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Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie eine Energieeinspeisungsvorrichtung eines externen Energieversorgungssystems zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz eines Gebäudes. Weiterhin wird ein Energieerzeugungssystem mit einer derartigen an einem Energieversorgungsnetz eines Gebäudes angeschlossenen Energieeinspeisevorrichtung beansprucht.
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Neben Kraftwerken sind zahlreiche dezentrale Energieerzeugungssysteme bekannt. Diese dezentralen Energieerzeugungssysteme weisen eine Bemessungsspannung bis 250 Volt AC 1-phasig mit einem Bemessungsstrom nicht größer als 16 Ampere bzw. 400 Volt AC 3-phasig und einen Bemessungsstrom größer als 16 Ampere auf. Diese Energieversorgungssysteme dienen für den Hausgebrauch, also sind typisch für die Energieversorgung von Gebäuden. Die Einspeisung der mit derartigen Energieversorgungssystemen gewonnenen elektrischen Energie erfolgt über Wechselrichter mit selbsttätiger Schaltstelle. Als Energieversorgungssysteme werden dabei beispielsweise Photovoltaikanlagen, Ergometer, Brennstoffzellen, und kleine Windkraftanlagen verwendet. Die Erfindung eignet sich für sämtliche dezentralen Energieerzeugungssysteme.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer fertig vorkonfektionierten Photovoltaik- oder Solaranlage erläutert. Diese Anlagen können beispielsweise in Baumärkten oder Fachgeschäften erworben werden und können sofort nach Art eines „Plug and Play-Systems“ mit dem häuslichen Energieversorgungsnetz verbunden werden. Eine besondere Anpassung oder Einstellung des zugekauften Energieversorgungssystems ist also nicht erforderlich.
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Auf dem technischen Gebiet der Gebäudeinstallation werden Steckkupplungen verwendet, welche aus in oder am Gebäude installierten Steckdosen und an den Leitungsenden von elektrischen Geräten befestigten Steckern bestehen. Die Stecker werden in die Steckdosen eingesteckt, um die elektrischen Verbraucher oder Geräte an das Versorgungsnetz im Gebäude anzuschließen. Dabei werden regional Schutzkontaktsteckdosen und Schutzkontaktstecker verwendet. Die Stecker weisen dabei entweder zylindrische Kontaktstifte (Schuko®-System) oder im Querschnitt rechteckförmige Stecklaschen (Blattstecker-System) auf und zusätzliche Erdungskontakte. Die Schutzkontaktsysteme sind dabei in der Regel so aufgebaut, dass die Erdungskontakte beim Einstecken des Steckers in die Steckdose den elektrischen Kontaktstiften oder -laschen vorauseilen, so dass der Schutzleiteranschluss am Stecker bereits mit dem Schutzleiteranschluss an der Steckdose verbunden ist, bevor die elektrischen Kontaktstifte oder -laschen in ihre Gegenkontaktbuchsen greifen. Zweckmäßig sind die Neutralleiter bzw. Schutzleiter und die elektrischen Kontaktstifte oder -laschen dabei so ausgestaltet, dass die elektrischen Kontaktstifte oder -laschen am Stecker beim Kontaktieren mit den entsprechenden Buchsenkontakten in der Steckdose von außen nicht mehr berührt werden können.
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Bei dem in Deutschland üblichen Schuko®-Stecksystem besteht eine CEE 7/3-Schuko®-Steckdose aus einem Steckertopf mit zwei im Topfboden nebeneinander angeordneten Kontaktbuchsen und mit randseitig aus den Topfseitenwänden vorspringenden, federnden Kontaktbügeln eines Erdungskontakts. An den entsprechend kompatiblen CEE 7/4-Schuko®-Steckern stehen aus einer Stirnplatte zwei Kontaktstifte senkrecht ab. Am Steckeraußenmantel sind ferner Kontaktstreifen eines Erdungskontakts angeordnet. Wird der CEE 7/4-Schuko®-Stecker in eine CEE 7/3-Schuko®-Steckdose eingeschoben, tauchen die Kontaktstifte des Steckers vollständig in den Steckertopf der Steckdose ein und sind dadurch bereits zu Beginn des Einsteckens berührungsgeschützt. Wird der Stecker tiefer in die Steckdose geschoben, gleiten die vorerwähnten Kontaktstreifen auf dem Steckeraußenmantel an den Kontaktbügeln im Bereich der Steckertopfseitenwände entlang, so dass der Erdungskontakt bzw. Schutzleiterkontakt bereits geschlossen ist, wenn die Kontaktstifte am Stecker beginnen, in die Kontaktbuchsen an der Steckdose einzufahren.
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Wird nun ein Schutzkontaktstecker als Schnittstelle zum Einspeisen des von einem Energieerzeugungssystem erzeugten Stroms in ein Energieversorgungsnetz verwendet, können im Fehlerfall auf der Generatorseite die Steckerstifte des Schutzkontaktsteckers unter Spannung stehen, was zu einer gefährlichen Situation führen kann. Die an den Kontakten anliegende Spannung kann für den Bediener lebensgefährlich sein.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Energieeinspeisevorrichtung so zu gestalten, dass sie mit einem in der Gebäudeinstallation üblichen Schutzkontaktstecker und -steckdosensystem weiterhin kompatibel ist, ohne stromführende Kontaktstifte oder sonstige stromführenden Kontaktvorsprünge.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die Unteransprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
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Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, zwischen das externe Energieerzeugungssystem und das gebäudeseitige Energieversorgungsnetz einen Adapter zwischen zu schalten. Diese Vorrichtung weist zunächst einen mit der Schutzkontaktsteckdose steckkompatiblen Schutzkontaktstecker auf. Dieser Schutzkontaktstecker bildet weiterhin die Schnittstelle zwischen der Energieeinspeisevorrichtung und dem gebäudeseitigen Energieversorgungsnetz. Als Schnittstelle zum Energieerzeugungssystem ist ein weiterer Stecker oder eine weitere Buchse einer sogenannten Energiesteckvorrichtung vorgesehen. Diese Energiesteckvorrichtungen sind in der DIN-VDE V 0628-1:2018-02 genormt. Diese Energiesteckvorrichtungen sind dabei so ausgestaltet, dass sämtliche stromführenden Teile stets berührungsgeschützt ausgestaltet sind.
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Die Besonderheit der erfindungsmäßigen Energieeinspeisevorrichtung besteht darin, dass der Schutzkontaktstecker nach dem erstmaligen Einstecken in die Schutzkontaktsteckdose am Gebäude dauerhaft verriegelt ist mit der Folge, dass die Steckverbindung zwischen dem Schutzkontaktstecker und der Schutzkontaktsteckdose nicht mehr gezogen werden kann.
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Dies hat einerseits zur Folge, dass die im Gebäude verbauten Schutzkontaktsteckdosen baulich nicht verändert werden müssen. Auch ist eine bauliche Vorinstallation einer Energiesteckvorrichtung am Gebäude nicht erforderlich. Andererseits sind sämtliche Anforderungen aus der in DIN-VDE V 0628-1:2018-02 erfüllt.
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Anspruch 2 bezieht sich auf die in Deutschland verwendete Konfiguration, nämlich die Verwendung eines Steckers „Typ F“ und einer entsprechenden Steckdose beziehungsweise einer CEE 7/3-Schuko®-Steckdose und eines CEE /4-Schuko®-Steckers. An dieser Stelle sei noch einmal angemerkt, dass die Erfindung auch mit sämtlichen anderen weltweit geläufigen Schutzkontaktsteckersystemen, also auch dem US-Blattsteckersystem realisierbar ist.
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Die nachfolgend beschriebenen Varianten und Ausführungsformen der Erfindung werden anhand des in Deutschland üblichen CEE 7/3-Schuko®-Steckdosen und CEE 7/4-Schuko®-Stecker-Systems beschrieben. Dabei weist der CEE 7/4-Schuko®-Stecker eine Stirnplatte mit zwei vorspringenden Kontaktstiften auf. Randseitig sind am Steckeraußenmantel Kontaktstreifen angeordnet. Die CEE 7/3-Schuko®-Steckdose weist ihrerseits einen Steckertopf mit zwei im Topfboden angeordneten Kontaktbuchsen zur Aufnahme der vorerwähnten Kontaktstifte auf. Randseitig stehen aus den Topfseitenwänden des Steckertopf federnde Kontaktbügel hinaus. Die federnden Kontaktbügel sind Bestandteil eines Erdungskontakts. Die Kontaktbügel wirken im Montageendzustand, also bei in die Steckdose eingestecktem Stecker mit den am Steckeraußenmantel angeordneten Kontaktstreifen zusammen. Derartige Steckvorrichtungen sind insbesondere als bekannter Stand der Technik in der Reichspatentschrift Nr. 567 906 beschrieben.
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Üblicherweise ist die Abdeckung oder der Kontakteinsatz einer Steckdose an der Wand mit Hilfe einer zentralen, die Abdeckung durchsetzenden Befestigungsschraube gesichert. Unter der Abdeckung sitzt in der Gebäudewand üblicherweise ein Kontaktträger mit Kontaktelementen und mit Befestigungskrallen zur Fixierung sowohl des Kontaktträgers als auch der Steckdosenabdeckung an der Gebäudewand. In der vorgeschlagenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Befestigungsschraube entnommen und durch eine Befestigungsschraube ersetzt, welche auch die Stirnplatte des Steckers mit den Kontaktstiften am Adapter durchsetzt. Nach dem erstmaligen Einstecken des Adaptersteckers wird die Befestigungsschraube durch den Adapterstecker und die Abdeckung oder den Steckertopf der Steckdose hindurch geschoben und am Kontaktträger der am oder im Gebäude verbauten Schuko®-Kontaktsteckdose verschraubt. In Folge der Verschraubung ist ein Abziehen des Steckers aus der Steckdose unmöglich. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, die Schraube mit einem sogenannten Schraubenkleber zu versehen, um ein Herausschrauben der Schraube zumindest zu erschweren. Auch ist es möglich, auf die Einschrauböffnung der Schraube eine Abdeckung aufzusetzen, um die Schraube unzugänglich zu machen. Weiterhin kann eine spezielle Sicherheitsschraube eingesetzt werden, die ein Einschrauben - aber nicht das Ausschrauben zulässt (Einwegschlitz).
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In einer Alternativgestaltung ist es auch möglich, das Gehäuse der Energieeinspeisevorrichtung zweiteilig auszugestalten, so dass die vorerwähnte Befestigungsschraube nur vom Gehäuseinnenraum her erreichbar ist, also bei verschlossenem Gehäuse unzugänglich ist. Hierzu wird vorzugsweise nach dem Befestigen des Steckers das Gehäuse verrastet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist vorgeschlagen, den Schutzkontaktstecker im Steckertopf der Schutzkontaktsteckdose einfach zu verkleben.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, bei einem CEE 7/4-Schuko®-Stecker an den Kontaktstreifen der Schutzleiter in Einsteckrichtung voraus eilende Schnapphaken anzuordnen. Diese Schnapphaken greifen bei gestecktem Schuko®-Stecker in die Austrittsöffnungen der Kontaktbügel im Steckertopf der CEE 7/3-Schuko®-Steckdose und hintergreifen diese Austrittsöffnungen an ihren dem Steckertopf abgewandten Öffnungsrändern. Diese Variante hat jedoch die Konsequenz, dass der Schutzkontaktstecker von der Schutzkontaktsteckdose nicht mehr demontiert werden kann. Es handelt sich dann also um eine vollständig unlösbare Verbindung. Um die Verbindung zwischen der mit dem Gebäude verbauten Schuko®-Steckdose und dem Adapter auf die vorgenannte Weise zu optimieren, besteht die Möglichkeit, die Abdeckung dieser Steckdose durch eine für den vorgenannten Zweck optimierte Version zu ersetzen, so dass die Verrastung mit Hilfe der Haken zwischen Steckdose und Adapter sicher hergestellt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es vorgeschlagen, aus dem Steckertopfboden der mit dem Gebäude verbauten Schuko®-Steckdose mehrere Schnapphaken senkrecht hervorstehen zu lassen und in der Stirnplatte des Adapter-Schuko®-Steckers komplementäre Fenster vorzusehen. Bei gestecktem Stecker durchgreifen die Hakenelemente der Schnapphaken dann die Fenster und hintergreifen die dem Steckertopfboden abgewandten Ränder der Fenster. Diese Variante hat den Vorteil, dass bei einem 2-teiligen Steckergehäuse die an den Rändern der Fenster verhakten Hakenelemente der Schnapphaken bei geöffnetem Gehäuse zugänglich gemacht werden könnten, um den Schuko®-Stecker vorzugsweise mit einem Werkzeug wieder aus der Schuko®-Steckdose lösen zu können, wenn beispielsweise die Energieeinspeisevorrichtung entfernt werden soll.
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Ebenso ist die kinematische Umkehrung der vorerwähnten Verriegelung denkbar, bei der Schnapphaken aus der Stirnplatte des Schuko®-Steckers in Richtung auf die mit dem Gebäude verbauten Schuko®-Steckdose hervorstehen und in komplementäre Fenster im Topfboden des Steckertopfs der Schuko®-Steckdose eingreifen. Sofern die Schnapphaken mit dem Schuko®-Stecker einstückig verbunden sind, wäre diese Verriegelung unlösbar.
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Um die durch den Anschluss der Energieeinspeisevorrichtung am Energieversorgungsnetz des Gebäudes gleichsam verlorene Schutzkontaktsteckdose nicht zu verlieren, ist es in einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen, an der Energieeinspeisevorrichtung ihrerseits eine mit dem Schuko®-Stecker in Serie geschaltete zusätzliche Schuko®-Steckdose vorzusehen. In konsequenter Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels würde die oben bereits erwähnte Verriegelung mit Hilfe der durchgehenden Befestigungsschraube dann so ausgestaltet werden, dass die zentrale Befestigungsschraube sowohl den Steckertopfboden der Schuko®-Steckdose am oder im Gebäude als auch die Stirnplatte des Schuko®-Steckers an der Energieeinspeisevorrichtung als auch den Steckertopfboden der zusätzlichen Schuko®-Steckdose an der Einspeisevorrichtung durchsetzen würde.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es vorgeschlagen, die seitlichen Führungsschienen des Steckers in einer Form auszubilden, die dazu geeignet ist, sich mit den entsprechenden Führungsnuten der mit dem Gebäude verbauten Schuko®-Steckdose zu verzahnen und so den Stecker mit der mit dem Gebäude verbauten Schuko®-Steckdose so fest zu verbinden, dass ein Lösen von Hand nicht mehr möglich ist. Hierzu werden die Führungsrippen des Schuko®-Steckers mit Metallrippen versehen, die sich in Einsteckrichtung ohne Widerstand in die Führungsnuten der Schuko®-Steckdose einführen lassen. Beim Zurückziehen des Schuko®-Steckers krallen sich die Rippen in die Führungsnuten und verhindern so ein Lösen der Verbindung.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Energieerzeugungssystem, beispielsweise eine Photovoltaikanlage mit einer an ein Energieversorgungsnetz eines Gebäudes angeschlossenen Einspeisevorrichtung in sämtlichen vorstehend beschriebenen Varianten.
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Anhand der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiele ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten geschildert. Es zeigen:
- 1 eine Vorderansicht auf einen Steckertopf einer CEE 7/3-Schutzkontakt-Steckdose Typ F,
- 2 eine Vorderansicht auf eine Stirnplatte eines CEE 7/4-Schutzkontakt-Steckers Typ F,
- 3 die in 1 gezeigte Schuko®-Steckdose und den in 2 gezeigten Schuko®-Stecker mit einem zusätzlichen aus dem Steckertopfboden abstehenden Schnapphaken und mit einem Fenster zur Aufnahme des Schnapphakens in der Stirnplatte des Schuko®-Steckers,
- 4 eine Ausführungsform der erfindungsmäßigen EnergieeinspeiseVorrichtung sowie
- 5 eine alternative Ausführungsform des Schutzkontaktsteckers mit Führungsschienen, welche als verzahnte Leisten ausgebildet sind.
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Der Steckertopf 1 einer CEE 7/3-Schutzkontaktsteckdose ist in der Steckdose zentral angeordnet. Der Topfboden 2 des Steckertopfs1 ist von zwei Kontaktbuchsen 3 durchsetzt. Der Steckertopf 1 in 1 ist hohlzylindrisch und weist deshalb einen kreisförmigen Querschnitt auf. In der 12:00-Uhr-Position und in der 6:00-Uhr-Position stehen aus den Topfseitenwänden 2 Kontaktbügel 5 eines Erdungskontakts an der Schutzkontaktsteckdose hinaus. Ferner sind in der 3:00-Uhr-, und 9:00-Uhr-Position Führungsnuten 6 für einen einzufügenden Stecker vorgesehen.
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Der zum Steckertopf 1 steckkompatible CEE 7/4-Schutzkontaktstecker 7 weist zwei aus seiner Stirnplatte 8 senkrecht abstehende Kontaktstifte 9 auf. In der 12:00-Uhr-, und 6:00-Uhr-Position sind in entsprechende Nuten in den Seitenwänden des Schutzkontaktsteckers 7 Kontaktstreifen 10 vorgesehen. Die Kontaktstreifen 10 dienen als Erdungskontakt des Schutzkontaktsteckers 7. In der 3:00-Uhr-, und 9:00-Uhr-Position sind am Schutzkontaktstecker 7 Führungsschienen 11 angeordnet, welche beim Einschieben des Schutzkontaktsteckers 7 in den Steckertopf 1 der Schutzkontaktsteckdose mit den Führungsnuten 6 nach Art einer Nut-Feder-Kombination als Bahnführungen zusammenwirken.
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Der Schutzkontaktstecker 7 soll gemäß der Erfindung dauerhaft in der Schutzkontaktsteckdose verriegelt werden. Hierzu weist die in 3 gezeigte Ausführungsform der Stecker-Steckdosenkombination einen Steckertopf 1 gemäß 1 auf. Aus dem Topfboden 2 des Steckertopfs 1 steht senkrecht ein Schnapphaken 12 mit einem Hakenelement 13 hinaus. Der Schnapphaken 12, also der unterhalb des Hakenelements 13 angeordnete Stab des Schnapphakens 12 ist federelastisch ausgestaltet.
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Zum Einführen des Schutzkontaktsteckers 7 gleiten die Führungsschienen 11 am Schutzkontaktstecker 7 in die Führungsnuten 6 am Steckertopf 1 sowie die Kontaktstifte 9 am Schutzkontaktstecker 7 in die Kontaktbuchsen 3 des Steckertopfs 1. Der Schnapphaken 12 greift in ein in die Stirnplatte 8 eingelassenes Fenster 14 und hintergreift mit seinem Hakenelement 13 im eingesteckten Zustand den Rand 15 im Fenster 14. Mit anderen Worten verrastet der Schnapphaken 12 mit seinem Hakenelement 13 im Bereich des Randes 15 im Fenster 14 am Schutzkontaktstecker 7. In der Darstellung der 4 ist in der Vorderseite des Gehäuses 16 der Energieeinspeisevorrichtung eine zusätzliche Schutzkontaktsteckdose mit einem Steckertopf 1, einem Topfboden 2 und mit im Topfboden 2 angeordneten Kontaktbuchsen 3 vorgesehen. Die zusätzliche Schutzkontaktsteckdose ist mit Hilfe eines schwenkbaren Deckels 17 verschließbar. Die zusätzliche Schutzkontaktsteckdose an der Vorderseite des Gehäuses 16 weist auch die typische zentrale Befestigungsschraube 18 auf, welche üblicherweise die Abdeckungen oder Teilabdeckungen von Steckdosen an der Wand bzw. an dem in der Wand eingebauten Kontaktblock fixiert. In 4 weiterhin erkennbar ist ein Kontaktstift 9 des an der Rückseite des Gehäuses 16 platzierten CEE 7/4-Schutzkontaktsteckers 7. Mit diesem Schutzkontaktstecker 7 wird das Gehäuse 16 der Energieeinspeisevorrichtung in der nicht dargestellte Wandsteckdose des Gebäudes fixiert. Die Befestigungsschraube 18 durchsetzt dabei bei in der Gebäudesteckdose gestecktem Schutzkontaktstecker 7 sowohl das Gesamtgehäuse 16, also die zusätzliche Schutzkontaktsteckdose, den Schutzkontaktstecker 7 sowie die Gebäudesteckdose in ihrer zentralen Befestigungsöffnung. Die Befestigungsschraube 18 ist im Kontaktträger in der Gebäudewand verschraubt und sichert so das Gehäuse 16 und damit die Energieeinspeisevorrichtung an der Steckdose des Gebäudes.
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In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind die seitlichen Führungsschienen 11 des Schutzkontaktsteckers 7 als verzahnte Leiste 21 ausgebildet, die sich beim Stecken des Schutzkontaktsteckers 7 in den Steckertopf 1 in die Führungsnuten 6 am Steckertopf 1 festkrallen. Diese verzahnten Leisten 21 sind aus Metall hergestellt und in die Führungsschienen 11 des Schutzkontaktsteckers 7 eingelassen, um so die Fixierung mit dem Steckertopf 1 sicherzustellen.
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An der Unterseite des Gehäuses 16 sind in 4 schließlich drei berührungsgeschützte Anschlusskontakte 19 einer Energiesteckvorrichtung 20 erkennbar. Mit der Energiesteckvorrichtung 20 ist die Energieeinspeisevorrichtung mit dem Energieerzeugungssystem verbunden und bildet so die Schnittstelle zwischen dem an der Energiesteckvorrichtung 20 angeschlossenen Energieerzeugungssystem und der mit dem Schutzkontaktstecker 7 verbundenen Gebäudesteckdose des gebäudeseitigen Energieversorgungsnetzes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckertopf
- 2
- Topfboden
- 3
- Kontaktbuchse
- 4
- Topfseitenwand
- 5
- Kontaktbügel
- 6
- Führungsnut
- 7
- Schutzkontaktstecker
- 8
- Stirnplatte
- 9
- Kontaktstift
- 10
- Kontaktstreifen
- 11
- Führungsschiene
- 12
- Schnapphaken
- 13
- Hakenelement
- 14
- Fenster
- 15
- Rand
- 16
- Gehäuse
- 17
- Deckel
- 18
- Befestigungsschraube
- 19
- Anschlusskontakt
- 20
- Energiesteckvorrichtung
- 21
- verzahnte Leiste
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN-VDE V 0628-1:2018-02 [0011]
