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Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät zum Schutz von elektrischen Niederspannungsinstallationen, mit einem Geräteunterteil und mindestens einem Geräteoberteil, wobei das Geräteunterteil Eingangs- und Ausgangsklemmen für elektrische Leiter und mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen verbundene, insbesondere als Steckerbuchsen ausgebildete, Kontaktelemente aufweist, und wobei das Geräteoberteil mindestens ein Schutzelement aufweist.
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Elektrische Stromkreise arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der Nennspannung, normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch transiente Überspannungen, die aufgrund von atmosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten und galvanisch, induktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden können. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elektronische Mess-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, gegen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzelemente entwickelt worden und seit vielen Jahren bekannt, die Überspannungsspitzen abfangen bzw. begrenzen.
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Die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz der Stromversorgung von Anlagen und Geräten gliedern sich je nach Ableiterauswahl und den zu erwartenden Umwelteinflüssen in verschiedene Stufen. Die Überspannungsschutzgeräte für die einzelnen Stufen unterscheiden sich dabei durch die Höhe des Ableitvermögens und den Schutzpegel.
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Die erste Schutzstufe (Typ 1) wird in der Regel von einem Blitzstromableiter gebildet, der als leistungsstärkstes Schutzgerät in der zentralen Stromversorgung eines Gebäudes installiert wird. Wesentlicher Bestandteil eines derartigen Blitzstromableiters ist eine Funkenstrecke mit mindestens zwei Elektroden, wobei beim Zünden der Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen entsteht.
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Die zweite Schutzstufe (Typ 2) bildet in der Regel ein Überspannungsableiter auf Varistorbasis. Diese Schutzstufe begrenzt nochmals die verbleibende Restspannung über dem Blitzstromableiter. Je nach Gefährdungspotential der zu schützenden Anlage, bzw. des zu schützenden Gebäudes, kann es im Einzelfall ausreichen, wenn mit der zweiten Schutzstufe begonnen wird.
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Die dritte Schutzstufe (Typ 3) wird als Geräteschutz bezeichnet und in der Regel unmittelbar vor dem zu schützenden Gerät installiert. Mit dem Geräteschutz wird eine Restspannung erreicht, die für das angeschlossene Gerät gefahrlos ist. Derartige Überspannungsschutzgeräte gibt es in verschiedenen Bauformen, insbesondere auch als Schaltschrankmodul.
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In der MSR-Technik weisen die Überspannungsschutzgeräte aufgrund der höheren Empfindlichkeit gegen Überspannungen häufig Überspannungsschutzelemente mit kombinierten Schutzschaltungen auf, wobei ein überspannungsbegrenzendes Bauelement dem Grobschutz und ein überspannungsbegrenzendes Bauelement dem Feinschutz dient. Die Bauelemente, bei denen es sich insbesondere um gasgefüllte Überspannungsableiter, Funkenstrecken, Varistoren oder Suppressordioden handeln kann, sind dabei häufig indirekt parallel geschaltet, wobei zwischen den Überspannungsschutzelementen Längselemente als Entkopplungswiderstände angeordnet sind, die an die jeweilige Schutzschaltung, d. h. an die verwendeten Überspannungsschutzelemente, angepasst sein müssen.
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Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Überspannungsschutzgeräten angewandt, die dem Geräteschutz dienen und als Schaltschrankmodul ausgebildeten sind. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt und kann grundsätzlich auch bei Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 oder des Typs 2 realisiert werden.
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Aus Gründen der Modularität, der Flexibilität sowie zur Erleichterung von Reparaturarbeiten werden Schaltschrankmodule häufig zweiteilig ausgebildet, wobei sie aus einem fest installierten Basiselement als Geräteunterteil und mindestens einem austauschbaren Schutzstecker als Geräteoberteil bestehen. Das Basiselement dient dabei zur Befestigung des Überspannungsschutzgeräts auf einer Tragschiene sowie zum Anschluss der einzelnen elektrischen Leiter, wozu das Basiselement entsprechende Eingangs- und Ausgangsklemmen aufweist, die in beliebiger Anschlusstechnologie – beispielsweise Schraubklemmen, Zugfederklemmen, Direktsteckklemmen oder Schnellanschlussklemmen – ausgeführt sein können. Je nach Ausführungsvariante kann ein derartiges Überspannungsschutzgerät als Zweileiter-, Dreileiter- oder Vierleiterschutz ausgebildet sein. Der Schutzstecker weist die eigentliche Überspannungsschutzschaltung mit dem bzw. den an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Überspannungsschutzelementen auf. Prinzipiell können auch zwei oder mehrere Schutzstecker in Längsrichtung der Tragschiene nebeneinander auf ein – entsprechend breites – Basiselement aufgesteckt werden.
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Zur einfachen mechanischen und elektrischen Kontaktierung des Geräteunterteils mit dem jeweiligen Geräteoberteil weist das Geräteunterteil mit den Anschlussklemmen verbundene Steckerbuchsen und das Geräteoberteil korrespondierende Steckerstifte auf, so dass das Geräteoberteil werkzeuglos auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist. Zusätzlich weist das bekannte Überspannungsschutzgerät noch einen Wechslerkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustandes mindestens eines Schutzelements auf, wodurch eine komfortable Fernüberwachung möglich ist. Darüber hinaus ist es beispielsweise aus der
DE 20 2004 006 227 U1 bekannt, dass das Geräteoberteil eine optische Zustandsanzeige aufweist, die mechanisch betätigbar ist. Dadurch kann der Zustand des Überspannungsschutzgeräts auch einfach direkt am Gerät abgelesen werden.
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Ein Überspannungsschutzgerät, von dem die Erfindung ausgeht, ist grundsätzlich bereits in der
DE 33 46 753 C2 beschrieben. Darüber hinaus werden derartige Überspannungsschutzgeräte seit vielen Jahren von der Anmelderin unter dem Produktnamen ”PLUGTRAB PT” vertrieben (vgl.
Phoenix Contact Prospekt "Überspannungsschutz TRABTECH 2007, Seiten 60 und 61). Ein wesentliches Merkmal dieser Überspannungsschutzgeräte besteht dabei in der Möglichkeit, die einzelnen Schutzstecker impedanzneutral stecken und ziehen zu können, wodurch empfindliche Signalkreise, wie beispielsweise Temperaturmessungen oder Bussysteme, beim Austausch des Schutzsteckers nicht beeinflusst werden. Hierzu sind im Geräteunterteil in den zwischen einander zugeordneten Eingangs- und Ausgangsklemmen durchgehend verlaufenden Leitungspfaden Längselemente, insbesondere Entkopplungswiderstände angeordnet. Da das Basiselement auch beim Austausch des Schutzsteckers in der Durchgangsverdrahtung installiert bleibt, ist somit ein unterbrechungsfreies und impedanzneutrales Ziehen und Stecken des Schutzsteckers zu Prüf- und Austauschzwecken möglich.
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Auch wenn sich die zuvor genannten Überspannungsschutzgeräte in der Praxis sehr bewährt haben, so weisen sie den Nachteil auf, dass nicht nur eine Vielzahl von an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Schutzsteckern, sondern auch eine große Anzahl von unterschiedlichen Basiselementen zur Verfügung gestellt werden muss, die jeweils auf die im Schutzstecker angeordnete Schutzschaltung abgestimmte Längselemente aufweisen. Die Anzahl der vom Hersteller der Überspannungsschutzgeräte zur Verfügung zu stellenden Basisteile wird im Stand der Technik dadurch reduziert, dass auch die Längselemente im steckbaren Geräteoberteil integriert werden, was dann jedoch zur Folge hat, dass beim Stecken und Ziehen des Schutzsteckers die Impedanz des Strom- bzw. Signalkreises verändert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Überspannungsschutzgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem eine möglichst große Typenvielfalt mit einer möglichst geringen Anzahl von unterschiedlichen Komponenten erreichbar ist, wobei ein impedanzneutrales Stecken und Ziehen des Schutzsteckers gewährleistet sein soll.
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Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Überspannungsschutzgerät dadurch gelöst, dass zusätzlich ein Gerätezwischenteil vorgesehen ist, das einerseits auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist und auf das andererseits das Geräteoberteil aufsteckbar ist, wobei das Gerätezwischenteil zu den Kontaktelementen des Geräteunterteils korrespondierende, insbesondere als Steckerstifte ausgebildete Gegenkontaktelemente und mit den Gegenkontaktelementen verbundene, insbesondere als Steckerbuchsen ausgebildete Kontaktelemente aufweist. In dem Gerätezwischenteil ist darüber hinaus mindestens ein zwischen zwei Gegenkontaktelementen geschaltetes Längselement angeordnet, bei dem es sich insbesondere um einen Widerstand und/oder eine Induktivität handeln kann. Damit das Geräteoberteil auf das Gerätezwischenteil aufsteckbar ist, weist das Geräteoberteil zu den Kontaktelementen des Gerätezwischenteils korrespondierende Gegenkontaktelemente auf, die vorzugsweise ebenfalls als Steckerstifte ausgebildet sind.
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Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät ist somit nicht nur zweiteilig, sondern dreiteilig ausgebildet, weist nämlich neben dem Geräteunterteil und dem Geräteoberteil zusätzlich noch ein Gerätezwischenteil auf, wobei in dem Gerätezwischenteil die Längselemente angeordnet sind, so dass das Ziehen und Stecken des die Überspannungsschutzelemente aufweisenden Geräteoberteils weiterhin unterbrechungsfrei und impedanzneutral erfolgen kann. Im Unterschied zu dem bekannten Überspannungsschutzgerät ”PLUGTRAP PT” ist erfindungsgemäß nicht nur das Überspannungsschutzgerät zweiteilig ausgebildet, sondern darüber hinaus auch das Geräteunterteil nochmals aufgeteilt, nämlich in ein fest installiertbares Basiselement, welches zum Anschluss der einzelnen elektrischen Leiter und darüber hinaus vorzugsweise auch zur Befestigung des Überspannungsschutzgeräts auf einer Tragschiene dient, und ein auf das Basisteil aufsteckbares Gerätezwischenteil, in dem die Längselemente angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät wird vorzugsweise in der Mess-, Steuer- und Regeltechnik zum Schutz der dort eingesetzten Geräte und Signal- und Stromkreise eingesetzt. Insbesondere bei derartigen Anwendungen weist das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerat vorteilhafterweise eine kombinierte Schutzschaltung auf, die aus mindestens zwei Überspannungsschutzelementen besteht, wobei mindestens ein Überspannungsschutzelement als Feinschutzelement und mindestens ein Überspannungsschutzelement als Grobschutzelement dient. Das Feinschutzelement wird dabei beispielsweise von einer Suppressordiode oder einem Varistor und das Grobschutzelement von einem gasgefüllten Überspannungsableiter oder einer Funkenstrecke gebildet.
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Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät weist den Vorteil auf, dass ein Geräteunterteil – zueinander korrespondierende Abmessungen vorausgesetzt – zusammen mit unterschiedlichere Geräteoberteilen verwendet werden kann. Dadurch, dass sich die Längselemente, die schaltungstechnisch zwischen den verschiedenen Überspannungsschutzelementen im Geräteoberteil angeordnet sind, in dem Gerätezwischenteil befinden, ist sowohl eine Anpassung der Längselemente an die jeweils verwendeten Überspannungsschutzelemente als auch ein impedanzneutrales Stecken und Ziehen eines Geräteoberteils möglich.
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Um sicherzustellen, dass nur ein solches Geräteoberteil auf ein Gerätezwischenteil aufgesteckt werden kann, dessen Schutzelemente auf die entsprechenden Längselemente abgestimmt sind, ist vorteilhafterweise zwischen dem Geräteoberteil und dem Gerätezwischenteil eine Kodierung ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise das Geräteoberteil an seiner Unterseite eine Ausnehmung und das Gerätezwischenteil an seiner Oberseite einen korrespondierenden Kodierstift aufweisen. Weisen Gerätezwischenteile mit unterschiedlichen Längselementen Kodierstifte an unterschiedlichen Positionen oder mit unterschiedlichen Abmessungen auf, so kann dadurch auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass nur ein dazu passendes Geräteoberteil mit einer korrespondierenden Ausnehmung auf das Gerätezwischenteil aufsteckbar ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts ist zwischen dem Geräteunterteil und dem Gerätezwischenteil eine Verrastung vorgesehen, die vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass das Gerätezwischenteil nach dem Aufstecken auf das Geräteunterteil unverlierbar in dem Geräteunterteil verrastet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Abziehen eines Geräteoberteils das Gerätezwischenteil nicht ebenfalls – ungewollt – von dem Geräteunterteil abgezogen wird. Da somit auch beim Austausch eines Geräteoberteils das Gerätezwischenteil sicher zusammen mit dem Geräteunterteil in der Durchgangsverdrahtung installiert bleibt, ist ein unterbrechungsfreies und impedanzneutrales Ziehen und Stecken des Schutzsteckers zu Prüf- und Austauschzwecken gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann auch bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerät das Geräteoberteil eine Anzeige aufweisen, die den Betriebszustand des Schutzelements signalisiert, so dass dieser direkt vor Ort ablesbar ist. Darüber hinaus kann das Überspannungsschutzgerät auch einen zusätzlichen Fernmeldekontakt aufweisen, so dass – alternativ oder zusätzlich – eine Fernüberwachung möglich ist. Zusätzlich kann das Geräteunterteil und/oder das Geräteoberteil eine Anzeige aufweisen, die den korrekten Einbauzustand des Geräteoberteils auf dem Gerätezwischenteil bzw. des Gerätezwischenteils im Geräteunterteil signalisiert.
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Weist das Geräteunterteil eine Erdungsklemme zum Anschluss eines Erdleiters auf, so kann die Erdungsklemme entweder direkt über einen im Geräteunterteil angeordneten metallischen Montagefuß oder indirekt, beispielsweise über einen Gasableiter, an den Montagefuß angebunden sein, wobei der Montagefuß vorzugsweise unmittelbar beim Aufsetzen des Geräteunterteils auf eine Tragschiene die elektrische Verbindung mit der das Erdpotential führenden Tragschiene herstellt.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen
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1 eine mögliche Gehäuseform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts, und
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2 das Überspannungsschutzgerät gemäß 1, im nicht zusammengesteckten Zustand, mit einer schematischen Darstellung einer Schaltungsanordnung der Überspannungsschutzelemente.
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1 zeigt eine Darstellung eines Überspannungsschutzgeräts 1, welches als Schaltschrankmodul ausgebildet ist und ein Geräteunterteil 2 und ein Geräteoberteil 3 aufweist. Das Geräteunterteil 3 weist an seinen beiden Stirnseiten Eingangsklemmen 4 und Ausgangsklemmen 5 auf, die in zwei Reihen versetzt übereinander angeordnet sind. Die Eingangs- und Ausgangsklemmen 4, 5 können insbesondere als Schraubklemmen oder als Zugfederklemmen ausgebildet sein.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Eingangsklemmen 4 mit Kontaktelementen 6 und die Ausgangsklemmen 5 mit Kontaktelementen 7 verbunden, wobei die Kontaktelemente 6, 7 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Steckerbuchsen ausgebildet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerät 1 ist auf das Geräteunterteil 3 nicht direkt das die Überspannungsschutzelemente 8, 9 aufweisende Geräteoberteil 3 sondern ein Gerätezwischenteil 10 aufgesteckt, auf das das Geräteoberteil 3 aufgesteckt wird. Hierzu weist das Gerätezwischenteil 10 an seiner Unterseite zu den Kontaktelementen 6, 7 des Geräteunterteils 2 korrespondierende Gegenkontaktelemente 11, 12 und – zum Aufstecken des Geräteoberteils 3 – mit den Gegenkontaktelementen 11, 12 verbundene Kontaktelemente 13, 14 auf. Die Gegenkontaktelemente 11, 12 sind hierbei als Steckerstifte und die an der Oberseite des Gerätezwischenteils 10 ausgebildeten Kontaktelemente 13, 14 als Steckerbuchsen ausgebildet.
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In dem Gerätezwischenteil 10 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Längselemente 15 angeordnet, bei denen es sich beispielsweise um Entkopplungswiderstände handeln kann. Die Längselemente 15 sind jeweils zwischen zwei Gegenkontaktelementen 11, 12 angeordnet, so dass dann, wenn das Gerätezwischenteil 10 auf das Geräteunterteil 2 aufgesteckt ist, die Eingangsklemmen 4 jeweils über ein Längselement 15 mit den Ausgangsklemmen 5 verbunden sind. Um das Geräteoberteil 3 auf das Gerätezwischenteil 10 aufstecken zu können, weist das Geräteoberteil 3 an seiner Unterseite zu den Kontaktelementen 13, 14 korrespondierende Gegenkontaktelemente 16, 17 auf, die im vorliegenden Fall wiederum als Steckerstifte ausgebildet sind. Ist das Geräteoberteil 3 auf das Gerätezwischenteil 10 aufgesteckt, so erfolgt eine Entkopplung der beiden im Geräteoberteil 3 angeordneten Überspannungsschutzelemente 8, 9 über die dazwischen geschalteten Längselemente 15.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Geräteoberteil 3 eine Suppressordiode als Feinschutzelement 8 und ein gasgefüllter Überspannungsableiter als Grobschutzelement 9 angeordnet. Um zu gewährleisten, dass das Geräteoberteil 3 nur auf ein solches Gerätezwischenteil 10 aufgesteckt werden kann, das auf die Überspannungsschutzelemente 8, 9 abgestimmte Längselemente 15 aufweist, ist an der Unterseite des Geräteoberteils 3 eine Ausnehmung 18 ausgebildet und an der Oberseite des Gerätezwischenteils 10 ein korrespondierender Kodierstift 19 angeordnet.
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Um sicherzustellen, dass beim Abziehen des Geräteoberteils 3 vom Gerätezwischenteil 10 das Gerätezwischenteil 10 nicht ungewollt vom Geräteunterteil 2 mit abgezogen wird, ist zwischen dem Geräteunterteil 2 und dem Gerätezwischenteil 10 eine Verrastung ausgebildet, wozu im Geräteunterteil 2 zwei Ausnehmungen 20 und an den Stirnseiten des Gerätezwischenteils 10 korrespondierend dazu jeweils ein Rastvorsprung 21 ausgebildet sind. Die Rastschräge des Rastvorsprungs 21 ist dabei so gestaltet, dass das Gerätezwischenstück 10 zwar relativ einfach, insbesondere ohne Werkzeug, auf das Geräteunterteil 2 aufgesteckt werden kann, ein Abziehen des Gerätezwischenteils 10 von dem Geräteunterteil 2 jedoch nicht, jedenfalls nicht ohne weiteres, möglich ist.
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Aus der Darstellung gemäß den 1 und 2 ist darüber hinaus erkennbar, dass das Geräteunterteil 2 einen Montagefuß 22 zur Befestigung des Überspannungsschutzgeräts 1 auf einer Tragschiene 23 aufweist. Über den Montagefuß 22 ist dabei eines der Kontaktelemente 6 des Geräteunterteils 2 elektrisch leitend mit der Tragschiene 23 verbunden, wenn das Geräteunterteil 2 auf der Tragschiene 23 aufgerastet ist.
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Darüber hinaus kann den Figuren entnommen werden, dass das Geräteunterteil 2 etwa U-förmig ausgebildet ist, wodurch ein Aufnahmeraum 24 für das Gerätezwischenteil 10 und das darauf aufgesteckte, dieselbe Grundfläche aufweisende Geräteoberteil 3 gebildet ist. Bei der Montage des Überspannungsschutzgeräts 1 wird in der Regel zunächst das Geräteunterteil 2 auf der Tragschiene 23 aufgerastet. Danach kann entweder zunächst das Gerätezwischenteil 10 auf das Geräteunterteil 2 aufgerastet und danach das Geräteoberteil 3 auf das Gerätezwischenteil 10 aufgesteckt werden oder es wird zunächst das Geräteoberteil 3 auf das Gerätezwischenteil 10 aufgesteckt und anschließend diese beiden Bauteile gemeinsam in die Aufnahme 24 im Geräteunterteil 2 eingesteckt und mit dem Geräteunterteil 2 verrastet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004006227 U1 [0010]
- DE 3346753 C2 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Phoenix Contact Prospekt ӆberspannungsschutz TRABTECH 2007, Seiten 60 und 61 [0011]
