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Hintergrund der Erfindung
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Im Stand der Technik sind Überspannungsschutzgeräte bekannt. Die Überspannungsschutzgeräte weisen einen herkömmlichen Varistor auf. Der Varistor besteht aus einer flächigen Varistorkeramik, z.B. aus ZnO, die auf beiden Seiten der Fläche mit einer Elektrode ausgestattet ist. Die Varistorkeramik und die Elektroden sind zum Schutz vor Umwelteinflüssen als auch zum Schutz vor Berührung mit einem Epoxidharz umgeben. Zum Anschluss an andere Bauteile sind Varistoren mit Anschlüssen, z.B. als Anschlusslaschen oder Anschlussdrähte, ausgeführt, die nicht mit Epoxidharz umgeben sind.
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Bei einer thermischen Überlastung eines Varistors, welche z.B. durch ein starkes und/oder langhaltendes Überspannungsereignis / Netzfolgestrom oder aber als Langzeiteffekt einer Alterung durch einen Leckstrom induziert sein kann, kann der Varistor „durchlegieren“, wobei der Varistor zum einen stark erhitzt als auch explosionsartig zerstört werden kann.
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Um solche Effekte zu vermeiden, sind die Überspannungsschutzgeräte mit Abtrenneinrichtungen ausgestattet, die im Falle einer thermischen Überlastung eine Zuleitung zum Varistor unterbrechen.
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Während auf der einen Seite eine zunehmende Nachfrage nach Überspannungsschutzgeräten zu registrieren ist, ist auf der anderen Seite festzustellen, dass die Herstellungskosten solcher Geräte relativ hoch sind.
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Dies ist unter anderem darin begründet, dass die bisherigen Überspannungsschutzgeräte aus einer Vielzahl von Teilen aufgebaut werden.
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Diese Vielzahl von Bauteilen ist aber nicht nur in der Herstellung aufwändig und kostenträchtig, sie stellen auch eine Feherlquelle dar.
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Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Überspannungsschutzgerät zur Verfügung zu stellen, das zum einen kostengünstig und zuverlässig ist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Überspannungsschutzgerät mit Anschlusselementen, wobei das Überspannungsschutzgerät eine Überspannungsschutzeinrichtung aufweist, wobei das Überspannungsschutzgerät weiterhin zwei Kontaktelemente aufweist, wobei die Kontaktelemente die Überspannungsschutzeinrichtung elektrisch kontaktieren, wobei das erste Kontaktelement so ausgeformt ist, dass es zugleich auch ein Anschlusselement bildet, wobei die zwei Kontaktelemente und die Überspannungsschutzeinrichtung mit einem elektrisch nichtleitenden Material auf der Oberfläche umgeben sind, wobei das elektrisch nichtleitende Material einen Anschlussbereich gebildet auf dem zweiten Kontaktelement ausspart, wobei das Überspannungsschutzgerät weiterhin ein Anschlussblech aufweist, wobei das Anschlussblech so ausgeformt ist, dass es zugleich auch ein zweites Anschlusselement bildet, wobei das Anschlussblech in einem ersten nichtausgelösten Zustand mit dem Anschlussbereich elektrisch leitend mit einem thermisch erweichbaren Kontaktmittel verbunden ist, wobei das Überspannungsschutzgerät weiterhin einen Schieber und einen Kraftspeicher aufweist, wobei der Schieber so angeordnet ist, dass der Schieber auf einer Fläche des elektrisch nichtleitenden Materials unter Einwirkung der Kraft aus dem Kraftspeicher gleiten kann, wenn in einem zweiten Zustand das thermisch erweichbare Kontaktmittel erweicht, wobei der Schieber zwischen das Anschlussblech und den Anschlussbereich verschoben wird, wobei dem elektrisch nichtleitenden Material weiterhin mindestens eine weitere Funktion zukommt, ausgewählt aus einer Gruppe aufweisend, dass das elektrisch nichtleitende Material eine Farbe aufweist, die von der Farbe des Schiebers verschieden ist, sodass eine Verschiebung des Schiebers zu einem Farbwechsel in einer lokalen optischen Anzeige führt, und/oder dass der Schieber und das elektrisch nichtleitenden Material jeweils angeformt Führungselemente aufweisen, und/oder dass der Kraftspeicher sich an einem Haltelement abstützt, das in dem elektrisch nichtleitenden Material geformt ist.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsschutzgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte: Erhalten einer Überspannungsschutzeinrichtung, Erhalten eines ersten Kontaktelements und eines zweiten Kontaktelements, Anordnen der erhaltenen Überspannungsschutzeinrichtung und des ersten Kontaktelements und des zweiten Kontaktelements, Umspritzen der zuvor angeordneten Kontaktelemente und der Überspannungsschutzeinrichtung, wobei auf dem zweiten Kontaktelement ein Anschlussbereich ausgespart wird, und wobei auf dem nichtleitenden Material eine weitere Funktion angeformt wird, ausgewählt aus einer Gruppe aufweisend, dass das elektrisch nichtleitende Material eine Farbe aufweist, die von der Farbe des Schiebers verschieden ist, sodass eine Verschiebung des Schiebers zu einem Farbwechsel in einer lokalen optischen Anzeige führt, und/oder dass der Schieber und das elektrisch nichtleitenden Material jeweils angeformt Führungselemente aufweisen, und/oder dass der Kraftspeicher sich an einem Haltelement abstützt, das in dem elektrisch nichtleitenden Material geformt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
- 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerätes,
- 2a eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 1 in einem ersten, nicht-ausgelösten Zustand,
- 2b eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 1 in einem zweiten, ausgelösten Zustand,
- 2c eine schematische Seitenansicht einer zweiten Seite der Ausführungsform gemäß 1,
- 2d eine Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 1,
- 3 eine schematische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerätes,
- 4a eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 3 in einem ersten, nicht-ausgelösten Zustand,
- 4b eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 3 in einem zweiten, ausgelösten Zustand,
- 4c eine schematische Seitenansicht einer zweiten Seite der Ausführungsform gemäß 3,
- 5 eine schematische Explosionsdarstellung noch einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerätes,
- 6a eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 5 in einem ersten, nicht-ausgelösten Zustand,
- 6b eine schematische Seitenansicht einer ersten Seite der Ausführungsform gemäß 5 in einem zweiten, ausgelösten Zustand,
- 6c eine schematische Seitenansicht einer zweiten Seite der Ausführungsform gemäß 5,
- 6d eine Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 5, und
- 7 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Herstellungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführliche Beschreibung
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschreiben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Darüber hinaus sei angemerkt, dass in den Verfahren die Reihenfolge der Schritte unterschiedlich gewählt sein kann oder aber einzelne Schritte in einem gemeinsamen Schritt verkörpert sein können. Insofern sind die Schritte lediglich als Darstellung bestimmter Aspekte zu verstehen.
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In den 1, 3 und 5 sind unterschiedliche Ausführungsformend in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Ausführungsformen der Erfindung zeigen ein Überspannungsschutzgerät mit (steck- oder lötbaren) Anschlusselementen.
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Das Überspannungsschutzgerät weist (zumindest) eine Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 auf.
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Weiterhin weist das Überspannungsschutzgerät (zumindest) zwei Kontaktelemente K1, K2 auf. Die Kontaktelemente K1, K2 kontaktieren die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 elektrisch. Dabei ist Kontakt weit aufzufassen. So kann das Kontaktelement direkt auf der Varistorkeramik aufliegen oder aber auf einer unter Umständen vorhanden Metallisierung auf der Varistorkeramik aufliegen oder aber mit dieser verlötet sein.
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Das erste Kontaktelement K1 ist so ausgeformt, dass es zugleich auch ein erstes (steck- oder lötbares) Anschlusselement S1 des Überspannungsschutzgerätes bildet. Beispielsweise an einem Ende ist das Kontaktelement als Steckschwert (z.B. 1 und 5) oder als Lötelement (z.B. 3) oder als Schraubelement, etc. ausgebildet.
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Die zwei Kontaktelemente K1, K2 und die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 sind mit einem elektrisch nichtleitenden Material ISO auf der Oberfläche (zumindest abschnittsweise)umgeben, wobei das elektrisch nichtleitende Material ISO einen Anschlussbereich A gebildet auf dem zweiten Kontaktelement K2 ausspart.
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D.h. im Anschlussbereich A ist das unter der elektrisch nichtleitenden Material ISO befindliche Kontaktelemente K2 elektrisch kontaktierbar. Es sei angemerkt, dass der Bereich der Anschlusselemente S1, S2 ebenfalls frei von elektrisch nichtleitendem Material ISO ist
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Das Überspannungsschutzgerät weist weiterhin ein Anschlussblech B auf, wobei das Anschlussblech B so ausgeformt ist, dass es zugleich auch ein zweites (steck- oder lötbares) Anschlusselement S2 bildet.
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Das Anschlussblech B ist in einem ersten nichtausgelösten Zustand, welcher in 2a, 4a und 6a gezeigt ist, mit dem Anschlussbereich A elektrisch leitend mit einem thermisch erweichbaren Kontaktmittel, z.B. einem Lot oder einem Kleber, verbunden.
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Weiterhin weist das Überspannungsschutzgerät einen Schieber AS und einen Kraftspeicher F auf, wobei der Schieber AS so angeordnet ist, dass der Schieber auf einer Fläche des elektrisch nichtleitenden Materials unter Einwirkung der Kraft aus dem Kraftspeicher F gleiten kann, wenn in einem zweiten ausgelösten Zustand, der in den 2b, 4b, und 6b gezeigt ist, das thermisch erweichbare Kontaktmittel erweicht, wobei der Schieber AS zwischen das Anschlussblech B und den Anschlussbereich A verschoben wird. Dabei ist in den Figuren lediglich ein Verschieben gezeigt. Gleichwirkend kann aber auch ein Verdrehen bzw. eine Kombination aus Verdrehen und verschieben verwendet werden.
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Dem elektrisch nichtleitenden Material ISO kommt weiterhin mindestens eine weitere Funktion zu. Die Funktion ist z.B. dass das elektrisch nichtleitende Material ISO eine Farbe aufweist, die von der Farbe des Schiebers AS verschieden ist, sodass eine Verschiebung des Schiebers AS zu einem Farbwechsel in einer lokalen optischen Anzeige führt. D.h. ein Farbwechsel kann zur Signalsierung eines ausgelösten Zustandes verwendet werden. D.h. dem elektrisch nichtleitenden Material ISO kommt eine zusätzliche Aufgabe in Form der Signalsierung zu.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Schieber AS und das elektrisch nichtleitenden Material jeweils angeformte Führungselemente aufweisen. D.h. dem elektrisch nichtleitenden Material ISO kommt eine zusätzliche Aufgabe in Form einer mechanischen Stützung Führung zu.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Kraftspeicher F sich an einem Haltelement abstützt, das in dem elektrisch nichtleitenden Material ISO geformt ist. D.h. dem elektrisch nichtleitenden Material ISO kommt eine (weitere) zusätzliche Aufgabe in Form einer mechanischen Stützung Führung zu.
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Im Ergebnis führt dies zu einer Teilereduktion. Die Teilereduktion wiederum führt zu niedrigeren Herstellungskosten und zu eine erhöhten Sicherheit. Insbesondere können die Kontaktelemente K1, K2 als auch das Anschlussblech B als kostengünstige Stanz- bzw. Stanzbiegeteile ausgeführt sein.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 einen Varistor und/oder eine Funkenstrecke und/oder einen Gasableiter auf. D.h. die Erfindung kann mit einer Vielzahl unterschiedlicher Überspannungsschutzeinrichtungen verwendet werden und führt jeweils zu einer Teilereduktion.
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In weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen sind die zwei Kontaktelemente K1, K2 mit der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 verlötet. Bei geeigneter Wahl der Prozessparameter bei der Herstellung kann eine Verlötung beispielsweise in einem Umspritzschritt S400 zur Verfügung gestellt werden.
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In weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen weist das elektrisch nichtleitende Material ISO einen Thermoplast oder einen Duroplast oder ein Epoxidharz auf.
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In weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen weist der Anschlussbereich A, wie in 2d und 6d gezeigt, auf dem zweiten Kontaktblech K2 eine Ausstülpung auf. Die Ausstülpung sorgt für eine gezielte Stromverteilung und führt im Fehlerfall zu einem thermisch bevorzugten Verlauf, sodass eine schnelle Abschaltung der Trennstelle gebildet aus Anschlussblech B und Kontaktelement K2 gewährleistet ist. Zudem erlaubt die Ausstülpung eine besonders sichere Verlötung der Trennstelle.
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In weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen, welche z.B. in 2a, 2b und 6a und 6b gezeigt sind, ist an dem elektrisch nichtleitenden Material ISO weiterhin mindestens eine mechanische Kodierung C angeformt, die zur Angabe einer Leistungsklasse dient.
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D.h. mit der Kodierung C kann z.B. verhindert werden, dass Überspannungsschutzgeräte, die einer falschen Leistungsklasse angehören, in einen Sockel mit einer unpassenden Kodierungsaufnahme eingesteckt werden können. So können Schäden an der zu schützenden Anlage vermieden werden.
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Ohne weiteres kann das elektrisch nichtleitende Material eine Halteeinrichtung für das zweite (steck- oder lötbare) Anschlusselement S2 und/oder für das Anschlussblech B aufweisen. D.h. das Anschlussblech B ist gehalten und kann somit ohne weitere Maßnahmen mit dem Anschlussbereich A verlötet werden.
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Zudem kann das Überspannungsschutzgerät weiterhin ein Gehäuse G aufweisen. Das Gehäuse kann (zumindest zu einem Teil) durch das das elektrisch nichtleitende Material ISO gebildet sein. Weiterhin kann eine Haube H vorgesehen sein. Das elektrisch nichtleitende Material ISO kann dann z.B. auch angeformte Halteelemente (z.B. Rastelemente) für die Haube H aufweisen.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann das Überspannungsschutzgerät eine Fernmeldeschnittstelle aufweisen. Die Fernmeldeschnittstelle kann dabei z.B. das Auffedern des Kontaktbleches B oder durch Verschieben des Schiebers AS mittelbar oder unmittelbar betätigt werden.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die zwei Kontaktelemente K1, K2 und die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 - abgesehen vom Anschlussbereich A - mit dem elektrisch nichtleitenden Material ISO auf der Oberfläche umspritzt. D.h. es kann ein zuverlässiger Anschluss bei gleichzeitig hohem Berührschutz und Schutz vor Umwelteinflüssen zur Verfügung gestellt werden.,
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Wie bereits zuvor ausgeführt kann auch vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente K1, K2 direkt auf einer Varistorkeramik bzw. Metallisierungen der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 ohne Verlötung / Verklebung mit der Oberfläche aufliegen. In diesem Fall werden alleine durch die Halterung mit elektrisch nichtleitendem Material ISO die elektrische Kontaktierung durch Haltekräfte zur Verfügung gestellt. Dies führt zu einer weiteren Kostenreduktion, da nunmehr ein Prozessschritt des Verlötens entfallen kann.
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Die vorstehend dargestellten Ausführungsformen des Überspannungsschutzgerätes können besonders einfach hergestellt werden wird.
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In einem Schritt S100 wird eine Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 erhalten. In einem weiteren Schritt S200, der parallel zu Schritt S100 oderzeitlich auch vor Schritt S100 oder auch zeitlich überlappend mit Schritt S100 ausgeführt sein kann, werden ein erstes Kontaktelement K1 und ein zweites Kontaktelement K2 erhalten.
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In einem weiteren Schritt S300, der mit den Schritt S100 und/oder Schritt S200 zusammenfallen kann, werden die erhaltene Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 und das erhaltene erste Kontaktelement K1 und das zweite Kontaktelement K2 angeordnet.
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Beispielsweise wird zunächst das erste Kontaktelement K1 erhalten, anschließend die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 erhalten und auf dem ersten Kontaktelement K1 angeordnet. Dann wird das zweite Kontaktelement K2 erhalten und auf die Anordnung der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 und erstem Kontaktelement K1 angeordnet.
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Nachdem die Elemente entsprechend positioniert sind, werden diese in einem weiteren Schritt S400 umspritzt. Bei geeigneter Prozessparameterwahl kann mit dem Umspritzen auch ein Lötprozess initiiert werden. In einem solchen Fall muss natürlich zuvor ein entsprechendes Lötmittel zwischen die entsprechenden Elemente eingebracht werden. Ohne weiteres wäre es aber auch möglich einen Lötschritt separiert vor dem Umspritzen vorzusehen, oder aber, wenn das zu umspritzende Material beim oder nach dem Umspritzen seine Temperatureigenschaften ändert, auch nach dem Umspritzen.
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Beim Umspritzen wird auf dem nichtleitenden Material ISO zumindest eine der zuvor erwähnten weiteren Funktionen angeformt.
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Es versteht sich von selbst, dass Halbzeuge, die die Ergebnisse einzelner Fertigungsschritte bereitstellen, ebenso in einen entsprechend angepassten Herstellungsprozess eingebunden werden können.
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D.h. mittels der Erfindung werden keine zusätzlichen Bauteile mehr benötigt. Insbesondere bildet bereits einer der (steck- oder lötbaren) Geräteanschlüsse K1/S1 bereits unmittelbar einen direkten Anschluss der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1.
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Die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 ist (zumindest in Teilen) mit elektrisch nichtleitendem Material ISO umgeben, dass neben dem Schutz vor Umwelteinflüssen/Berührschutz auch weitere Funktionen zur Verfügung stellt. Insbesondere stellt das elektrisch nichtleitende Material ISO mindestens einen Teil eines Gehäuses bereit und/oder ein Farbcodierung für eine Statusanzeige und/oder eine Kodierung und/oder Halteelemente und/oder Führungselemente.
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Insbesondere bei geringeren Anforderungen an das Überspannungsschutzgerät kann auf ein Verlöten der Kontaktelemente K1, K2 mit der verzichtet Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 werden, da die Kontaktkraft zwischen der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 und den der Kontaktelemente K1, K2 ausreichend durch das umspritzte elektrisch nichtleitende Material ISO aufgebracht wird.
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Es sei zum Abschluss nochmals angemerkt, dass der Begriff „umspritzen“ weit zu verstehen ist und auch als ein umhüllen, z.B. in einem formgebenden Verfahren, verstanden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- ÜSE1
- Überspannungsschutzeinrichtung
- K1, K2
- Kontaktelement
- S1, S2
- Anschlusselement
- A
- Anschlussbereich
- B
- Anschlussblech
- AS
- Schieber
- F
- Kraftspeicher
- C
- Kodierung
- H
- Haube
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Verfahrensschritte
- S100
- Erhalten einer Überspannungsschutzeinrichtung
- S200
- Erhalten von einem ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement
- S300
- Anordnen der erhaltenen Überspannungsschutzeinrichtung und des ersten Kontaktelements und des zweiten Kontaktelements
- S400
- Umspritzen der zuvor angeordneten Kontaktelemente und der Überspannungsschutzeinrichtung
