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Die Erfindung betrifft einen Stromwandler, mit einer Sekundärspule, Anschlusskontakten zum galvanischen Kontaktieren der Sekundärspule von extern und einem Gehäuse mit einem Gehäusekörper (3) und einem Gehäusekopf, wobei die Sekundärspule in dem Gehäusekörper aufgenommen oder/und an dem Gehäusekörper befestigt ist, und die Anschlusskontakte der Sekundärspule an dem Gehäusekopf vorgesehen sind.
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Stromwandler werden zumeist zur Messung von Wechselströmen eingesetzt und arbeiten nach dem Transformatorprinzip. Ein Transformator besteht aus einem magnetischen Kreis – meist einem Ferrit- oder Eisenkern, um den die Leiter zweier verschiedener Stromkreise gewickelt sind. Legt man an eine der Wicklungen eine Wechselspannung an, baut sich ein Magnetfeld auf. Wenn ein sich änderndes Magnetfeld eine Spule durchsetzt, wird eine elektrische Spannung induziert, deren Höhe sich zur ursprünglich angelegten Spannung so verhält, wie das Verhältnis der Windungszahlen der entsprechenden Wicklungen zueinander.
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Oftmals weist die Primärspule im Verhältnis zur Sekundärspule nur sehr wenige oder nur eine einzige Wicklung auf, die darin besteht, dass der Primärleiter durch die Sekundärspule hindurchgeführt wird.
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In diesem Fall spricht man von einem Aufsteck- oder Durchsteckwandler. Der in der Sekundärwicklung induzierte Strom ist in seiner Höhe abhängig von der Anzahl der Sekundärwicklungen und im Wesentlichen proportional zu dem induzierenden Primärstrom. Er ist daher sehr gut als Mess- oder Stellgröße geeignet.
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Im Unterschied zur Rogowski-Spule weist ein Stromwandler einen zumeist toroidförmigen ferromagnetischen Kern auf, der durch die Bündelung des Magnetfeldes einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Proportionalität zwischen Primär- und Sekundärstrom gewährleistet.
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Aufgrund des hohen Wirkungsgrads werden durch einen Stromwandler genügend hohe Sekundärströme generiert, dass sich diese direkt und ohne weitere Verstärkung zur Steuer- oder Regelung weiterer Schaltungskomponenten eignen.
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Dies bedingt jedoch den Nachteil, dass ein Sekundärkreislauf eines Stromwandlers nie offen betrieben werden darf, da sonst der sehr hohe („unendliche”) Widerstand zwischen den offenen Sekundärklemmen zu sehr hohen Spannungen zwischen diesen führt. Diese würden nicht nur eine Gefahr für den Menschen darstellen, sondern auch zu Spannungsüberschlägen und Durchschlägen führen, die den Stromwandler zerstören können.
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Ein Vorteil von Stromwandlern ist die galvanische Trennung von Primär- und Sekundärstrom. Damit ist der Sekundärkreislauf vom Potential des Primärkreislaufs unabhängig. Es sind also grundsätzlich potentialfrei Modifikationen des Sekundärkreislaufes möglich, ohne dass ein potentialbehafteter Primärkreislauf abgeschaltet werden müsste.
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Es besteht daher die Motivation, zum Beispiel in Stromversorgungseinrichtungen, Modifikationen an einer Schaltung des Sekundärkreislaufes bei einem primärseitig in Betrieb befindlichen Stromwandler vornehmen zu können, ohne dass der Stromwandler durch eine zwischenzeitliche Unterbrechung des Sekundärkreises zerstört wird.
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Dieses Ziel ist erreichbar, indem der Sekundärkreislauf des Stromwandlers vor dem Trennen von Anschlussleitern vorübergehend kurzgeschlossen wird.
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Zu diesem Zweck sind Stromwandler bekannt, die entsprechende Kurzschlusseinrichtungen zur manuellen oder automatischen Überbrückung der Anschlusskontakte aufweisen.
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So beschreibt die
DE 10 2010 060 387 A1 beispielsweise eine elektrische Anschlusseinrichtung für einen Stromwandler, bei welcher die Anschlussvorrichtung einen Kurzschlussstrompfad mit einem verlagerbaren Kurzschlussbrückenelement aufweist, welches von einer Gegenkontaktstruktur einer Gegenanschlusseinrichtung verlagerbar ist.
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In anderen Einsatzszenarien, in denen ein Ausschalten des Primärstromes ohne weiteres möglich ist, ist ein Stromwandler mit integrierter Kurzschlussvorrichtung allerdings suboptimal, da zu aufwendig.
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Vielmehr können andere Einsatzszenarien dadurch gekennzeichnet sein, dass die Installationsbedingungen es erfordern, dass ein Teil des Wandlers mechanisch lösbar ausgebildet ist.
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Dazu beschreibt die
DE 201 10 845 U1 beispielsweise einen Stromwandler, bestehend aus zwei Wandlerbauteilen, die zu einem eine Leiterdurchtrittsöffnung umgebenden magnetischen Kreis fügbar sind.
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In wiederum anderen Einsatzszenarien können unterschiedliche Installationsbedingungen unterschiedliche Anschlussanforderungen stellen.
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Die Aufgabe besteht daher darin, einen Stromwandler anzugeben, der unabhängig vom Anwendungsszenario kostengünstig bereitzustellen ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Gegenstands des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist damit ein Stromwandler, mit einer Sekundärspule, Anschlusskontakten zum galvanischen Kontaktieren der Sekundärspule von extern und einem Gehäuse mit einem Gehäusekörper und einem Gehäusekopf, wobei die Sekundärspule in dem Gehäusekörper aufgenommen oder/und an dem Gehäusekörper befestigt ist, und die Anschlusskontakte der Sekundärspule an dem Gehäusekopf vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsmechanismus vorgesehen ist, mit dem der Gehäusekopf und die Anschlusskontakte einerseits mit dem Gehäusekörper und der Sekundärspule andererseits mechanisch bzw. galvanisch lösbar verbunden werden können.
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Der erfindungsgemäße Stromwandler bietet den Vorteil, dass der Gehäusekopf, welcher die Anschlusskontakte des Stromwandlers aufweist, abnehmbar und damit auswechselbar ist. Daraus ergeben sich eine Reihe weiterer Vorteile.
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Eine wesentliche Komponente eines Stromwandlers stellt die Sekundärspule dar, welche in der Regel von einem Gehäusekörper umschlossen wird. In einer gängigen Ausführungsform eines Stromwandlers als Durchsteck- oder Aufsteckstromwandler ist die Sekundärspule in einem flachen Gehäusekörper angeordnet, welcher mittig eine Öffnung zur Durchführung eines Primarleiters im Sinne der Primärspule aufweist. Durch den durch den Gehäusekörper hindurchgeführten Primärleiter besteht eine mechanische Fixierung des Gehäusekörpers, die ohne eine Deinstallation des Primärleiters nicht zu lösen ist.
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Der erfindungsgemäße Stromwandler kann vorteilhaft derartig ausgeführt werden, dass zumindest ein Teil des Stromwandlers, nämlich der Gehäusekopf mit den Anschlusskontakten, ausgewechselt werden kann, ohne dass der Primärleiter deinstalliert werden muss. Damit verringert sich der Arbeitsaufwand im Falle einer Wartung, Umrüstung oder der Änderung einer Installation.
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Ein anderer Vorteil ergibt sich für die Produktion des Stromwandlers. Gehäusekörper und Gehäusekopf können unabhängig voneinander gefertigt und erst in einem späten Fertigungsstadium, bei Auslieferung oder bei der Installation zusammengefügt werden.
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In den gängigen Ausführungsformen wird die Sekundärspule von dem Gehäusekörper aufgenommen beziehungsweise umschlossen. Ebenso betrifft auch ein teilweises Umschließen der Sekundärspule durch den Gehäusekörper oder eine Ausführung des Gehäusekörpers als Befestigungselement für die Sekundärspule den erfindungsgemäßen Gegenstand.
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Dieser ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass derjenige Teil des Verbindungsmechanismus, der zur mechanischen Verbindung dient, als Nut-Feder Kombination, beispielsweise in Form eines Schiebemechanismus, ausgeführt ist. Bei entsprechender Dimensionierung bietet eine solche mechanische Verbindung hinreichende Belastbarkeit hinsichtlich während Installation und Betrieb auftretender mechanischer Belastungen.
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Bei einer Ausführung von Gehäusekörper und Gehäusekopf als Spritzgusselement sind entsprechende Nuten oder Federn kostengünstig zu realisieren.
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Vorteilhaft weist derjenige Teil des Verbindungsmechanismus, über den die Anschlusskontakte mit den Enden der Sekundärspule elektrisch verbindbar sind, elektrisch leitende Federkontakte auf.
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Da ein häufiger Wechsel der Gehäuseköpfe in der Regel nicht zu erwarten ist, kann die Ausgestaltung der Federkontakte el derart erfolgen, dass sie auf eine geringe Anzahl von Kontaktierungen und Dekontaktierungen ausgelegt sind.
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Vorteilhaft weist der Stromwandler ferner eine Kurzschlussvorrichtung auf, über die die Sekundärspule kurzschließbar ist, wenn der Gehäusekopf vom Gehäusekörper entfernt wird. Eine solche Kurzschlussvorrichtung erlaubt auch während eines Stromflusses in der Primärspule die Trennung von Gehäusekopf und Gehäusekörper ohne die Gefahr von Spannungsüberschlägen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Verbindungsmechanismus so ausgestaltet ist, dass ein Entfernen des Gehäusekopfes vom Gehäusekörper zu einem automatischen Kurzschließen der Kurzschlussvorrichtung führt, so dass die Gefahr einer Fehlbedienung vermindert werden kann.
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In Ergänzung oder alternativ zu einer Kurzschlussvorrichtung im Gehäusekörper weist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gehäusekopf eine Kurschlussvorrichtung auf. Wie die zuvor beschriebene Kurzschlussvorrichtung kann auch diese manuell oder automatisch ausgebildet sein, wobei diese Kurzschlussvorrichtung in der Regel dann betätigt wird, wenn ein Kontaktieren oder Dekontaktieren von Anschlussleitern an den Stromwandler erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist ein Gehäusekopf für einen erfindungsgemäßen Stromwandler eine Schutzelektronik oder/und eine Funktionselektronik auf. Diese kann auch eine Elektronik zur Überwachung des Sekundärkreises umfassen. So kann beispielsweise eine Überwachung der Impedanz des Sekundärkreises erfolgen, die derart gestaltet ist, dass bei Überschreiten einer vorbestimmten Schwelle eine Kurzschlussvorrichtung den Stromwandler vor Überspannung schützt.
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Vorteilhaft sind die Anschlusskontakte des Gehäusekopfes als Push-In Kontakte oder Schraubkontakte ausgebildet. Diese sind zuverlässig und kostengünstig zu realisieren. Die individuelle Ausgestaltung kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Applikation erfolgen, wobei für denselben Stromwandler Gehäuseköpfe mit unterschiedlichen Anschlusskontakten bereitgestellt werden können.
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Vorteilhaft ist daher für einen erfindungsgemäßen Stromwandler ein Satz von Gehäuseköpfen ausbildbar, wobei der Verbindungsmechanismus so ausgestaltet ist, dass der Gehäusekörper mit den Gehäuseköpfen des Satzes alternativ verbindbar ist.
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Damit wird es möglich die Herstellung zu rationalisieren, da für unterschiedliche, sich in ihrer Anschlusstechnik unterscheidenden Stromwandlern, nunmehr einheitliche Gehäusekörper ausbildbar sind, die für die Erstellung des endgültigen Produktes mit dem jeweils gewünschten Gehäusekopf kombiniert werden können.
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Ferner sind in bestehenden Installationen Umrüstungen oder Ausbauten derart möglich, dass ein Stromwandler mit einem Gehäusekopf ohne Kurzschlusssicherung oder ohne Schutzelektronik ohne erhebliche Installationsaufwände durch einen neuen Gehäusekopf mit einer anderen, gegebenenfalls erweiterten Funktionalität ersetzt werden kann.
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Schließlich ist es vorteilhaft, den Verbindungsmechanismus zwischen Gehäusekörper und Gehäusekopf derart zu vereinheitlichen, dass ein Gehäusekopf mit unterschiedlichen Gehäusekörpern kombinierbar ist.
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Vorteilhaft ist also ein Satz von Gehäusekörpern für einen erfindungsgemäßen Stromwandler mit einem derartigen Verbindungsmechanismus ausgestaltet, dass der Gehäusekopf mit den Gehäusekörpern des Satzes alternativ verbindbar ist.
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Auch diese Ausführungsform erlaubt eine weitere Rationalisierung bei der Fertigung von Stromwandlern, da nunmehr einheitliche Gehäuseköpfe für Stromwandler beispielsweise unterschiedlicher Größe und Leistungsklasse bereitgestellt werden können.
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So könnte derselbe Gehäusekopf sowohl mit einem Gehäusekörper für Niderspannungsanwendungen als auch mit einem für Hochspannungsanwendungen kombiniert werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Stromwandler Primärleiter und Sekundärspule galvanisch voneinander getrennt sind, wird die Spannungsfestigkeit des Stromwandlers durch die dielektrische Trennung von Primärleiter und Sekundärspule bestimmt. Durch geeignete Dimensionierung der Abstände und/oder dielektrische Dimensionierung der Materialien (z. B. Gehäuseschale, Luft) zwischen Primärleiter und Sekundärspule ist der erfindungsgemäße Stromwandler mit Spannungsdifferenzen zwischen Primärleiter und Sekundärspule von über 1000 V betreibbar.
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Der Vorteil, denselben Gehäusekopf in Kombination mit verschiedenen Gehäusekörpern verwenden zu können, ist auch dann nutzbar, wenn der Gehäusekörper zum Abnehmen des Kopfes teilweise demontiert werden muss. Häufig wird der Gehäusekörper eines Stromwandlers aus zwei komplementären Gehäuseschalen, einer Ober- und einer Unterschale ausgebildet. In einer konstruktiv einfach ausgestalteten Ausführungsform wird der als Einzelteil zu betrachtende Gehäusekopf vor dem Zusammenfügen der Gehäuseschalen installiert. Dabei kann die Fixierung des Gehäusekopfes über eine umlaufende Nut- Federverbindung erfolgen, die durch das Zusammenfügen der Gehäuseschalen geschlossen wird. Dadurch wird die Verbindung zwischen Gehäusekopf und Gehäusekörper in jede Richtung durch relative Druck-, Zug- oder Scherkräfte belastbar.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Stromwandler gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, aufgetrennt in Gehäusekörper und Gehäusekopf,
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2 einen Stromwandler gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus 1, mit zusammengefügtem Gehäusekörper und Gehäusekopf,
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3a, b einen Gehäusekopf eines Stromwandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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4a, b einen Gehäusekopf eines Stromwandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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5 einen Stromwandler gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, zusammengefügt aus Gehäusekörper und einer alternativen Ausführung eines Gehäusekopfs.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromwandlers 1, aufgetrennt in Gehäusekörper 3 und Gehäusekopf 2. Die Darstellung ist perspektivisch, der Gehäusekopf 2 ist abgehoben über seinem Installationsort auf dem Gehäusekörper 3 dargestellt.
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Der Gehäusekopf 2 weist zwei Anschlusskontakte 4 auf, über die bei montiertem Gehäusekopf 2 die Sekundärspule – nicht sichtbar – im Gehäusekörper 3 kontaktierbar ist. Als mechanischer Teil eines Verbindungsmechanismus weist das Gehäuse des Gehäusekopfes 2 eine Nut 5 auf, in die eine Feder 6 des Gehäusekörpers 3 eingreifen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Nut 5 um den Gehäusekopf 2 umlaufend ausgebildet, entsprechend ist die Feder 6 des Gehäusekörpers 3 ringartig ausgebildet, so dass der montierte Gehäusekopf 2 gegenüber dem Gehäusekörper 3 keine Bewegungsfreiheit aufweist. Die umlaufende Feder 6 erlaubt kein horizontales Verscheren des Gehäusekopfes 2 gegenüber dem Gehäusekörper 3, der Eingriff der Feder 6 in die Nut 5 erlaubt keine vertikale Lageänderung. Zur Installation des Gehäusekopfes 2 ist bei dieser Ausführungsform der mit zwei Gehäuseschalen ausgebildete Gehäusekörper 3 zu öffnen.
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2 zeigt den Stromwandler 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer ersten Ausgestaltung eines Gehäusekopfes 2. Die aus 1 ersichtliche Nut-Feder Konstruktion greift in 2 ineinander und wird durch den oberen Rand des Gehäusekörpers 3 verdeckt.
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3a zeigt eine erste Ausgestaltung eines Gehäusekopfes 2 eines Stromwandlers 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bestehend aus einer vorderen Gehäusekopfschale 10, einer hinteren Gehäusekopfschale 11, sowie den Anschlusskontakten 4. Die als Schraubkontakt 9 ausgebildeten Anschlusskontakte 4 werden durch Zusammenfügen der vorderen Gehäusekopfschale 10 sowie der hinteren Gehäusekopfschale 11 über in den Gehäusekopfschalen 10, 11 befindliche Stege fixiert. Ferner weisen die Anschlusskontakte 4 einen Federkontakt 7 auf, über den – nicht sichtbar – ein Gegenkontakt im Gehäusekörper 3 kontaktierbar ist, so dass über diese als elektrischer Teil des Verbindungsmechanismus die Anschlusskontakte 4 mit den Enden der Sekundärspule elektrisch verbindbar sind.
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3b zeigt die in 3a dargestellte erste Ausführungsform eines Gehäusekopfes 2 in montiertem Zustand.
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4a zeigt eine zweite Ausführungsform eines Gehäusekopfes 2' eines erfindungsgemäßen Stromwandlers 1, bestehend aus einer vorderen Gehäusekopfschale 10', einer hinteren Gehäusekopfschale 11', sowie den Anschlusskontakten 4'. Die als Push-In Kontakte 8 ausgebildeten Anschlusskontakte 4' werden durch Zusammenfügen der vorderen Gehäusekopfschale 10' sowie der hinteren Gehäusekopfschale 11' über in den Gehäusekopfschalen 10', 11' befindliche Stege fixiert. Ferner weisen die Anschlusskontakte 4' einen Federkontakt 7 auf, über den – nicht sichtbar – ein Gegenkontakt im Gehäusekörper 3 kontaktierbar ist, so dass über diese als elektrischer Teil des Verbindungsmechanismus die Anschlusskontakte 4' mit den Enden der Sekundärspule elektrisch verbindbar sind.
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4b zeigt die in 4a dargestellte zweite Ausführungsform eines Gehäusekopfes 2' in montiertem Zustand. Am unteren Rand des Gehäusekopfes 2' ist eine Nut 5 als Teil des mechanischen Verbindungsmechanismus erkennbar.
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5 zeigt einen Stromwandler 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit dem in 1 dargestellten Gehäusekörper 3 und der in 4b dargestellten zweiten Ausgestaltung eines Gehäusekopfes 2'. Die aus 1 ersichtliche Feder 6 greift in die aus 4b ersichtliche Nut 5. Die ineinandergefügte Nut-Feder Konstruktion wird durch den oberen Rand des Gehäusekörpers 3 verdeckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromwandler
- 2, 2'
- Gehäusekopf
- 3
- Gehäusekörper
- 4, 4'
- Anschlusskontakt
- 5
- Nut
- 6
- Feder
- 7
- Federkontakt
- 8
- Push-In Kontakt
- 9
- Schraubkontakt
- 10, 10'
- Vordere Gehäusekopfschale
- 11, 11'
- Hintere Gehäusekopfschale
