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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrotechnische Steckplatzanordnung mit einer Anzahl an parallelen Steckplätzen, in die eine entsprechende Anzahl von elektrotechnischen Einsteckelementen einsteckbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Einsteckelement für eine Steckplatzanordnung sowie einen entsprechenden elektrotechnischen Stecksockel für eine Steckplatzanordnung.
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In der industriellen Steuerungstechnik ist es üblich, gleiche Komponenten (im gleichen Design) räumlich nebeneinander z. B. auf einer Tragschiene zu platzieren. So werden Reihenklemmen oder Stecksockel für die Aufnahme von elektrotechnischen Einsteckelementen für eine Steckplatzanordnung usw. alle nebeneinander positioniert, um z.B. den Vorteil einer durchgängigen Ordnung zu erreichen. Solche elektrotechnischen Einsteckelemente können z.B. elektromagnetische Schalter, wie Relais und Schütze, betreffen. Ein technischer Vorteil ist eine durchgängige Brückung (durch Einlegebrücken) z.B. der Versorgung. Bei der Reihenanordnung muss allerdings auf Spannungswerte, Stossspannungswerte und Abstände nach DIN-Norm EN 60947-1 zwischen den Komponenten Rücksicht genommen werden. Ein Trend besteht in der zunehmenden Miniaturisierung, da in der industriellen Steuerungstechnik immer mehr Komponenten eingesetzt werden, jedoch der Platzbedarf dementsprechend nicht weiter wächst. Bei zunehmender Miniaturisierung besteht allerdings ein zunehmendes Problem der Umsetzung, insbesondere wenn die Relais oder Schütze in einen Stecksockel gesteckt werden, besteht ein Konflikt darin, dass der Mindestabstand zum benachbarten Relais oder Schütz unterschritten wird. Gerade Relais und Schütze schalten bzw. überwachen relativ hohe Spannungen, so dass ein entsprechend guter Isolationsbedarf besteht.
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Die Anforderungen aus DIN EN 60947-1 an den Isolationsbedarf sehen bei 250 V Spannungen und sicherer Trennung zum Nachbarrelais die folgenden Isolationsanforderungen vor:
- Bemessungsstoßspannung = 4 kV
- Sichere Trennung mit einer Stufe höher = 6 kV
- Mindeststrecke für Luftisolation bei 6 kV = 5,5 mm ohne Toleranzen.
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Aus dem Patentdokument
DE 2 908 887 A1 ist eine konstruktive Gestaltung mit einem Vorsprung in einem Relais-Gehäuse bekannt. Dieser Vorsprung dient aber der mechanischen Stabilisierung des Gehäuses und nicht der Verlängerung von Isolationsabständen.
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Aus den Zahlenwerten erklärt sich, dass ein Relais in sehr schmaler Bauweise von ca. 3 mm Tiefe mit den bekannten Relaiskonstruktionen als nicht machbar gilt. Es besteht also ein Bedarf, durch konstruktive Maßnahmen die Isolation für Reihenanordnungen von elektromagnetischen Schaltern zu verbessern. Dies ist eine Aufgabe der Erfindung.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrotechnische Steckplatzanordnung gemäß Anspruch 1, einen elektrotechnischen Stecksockel für eine Steckplatzanordnung gemäß Anspruch 7 und ein elektrotechnisches Einsteckelement für eine Steckplatzanordnung gemäß Anspruch 12 gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.
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Die Lösung besteht in einer Verzahnung von Stecksockel und Einsteckelement der Steckplatzanordnung zueinander. Es handelt sich praktisch um eine Kodierverzahnung. Diese Verzahnung wird bewirkt durch eine besondere gestalterische Kodierung für die Gehäusekonstruktionen von Stecksockel und Einsteckelement. Die beiden Gehäuse weisen dementsprechende Ausnehmungen (Vertiefungen) und Vorsprünge (Stege, Stifte) auf, die zueinander komplementär angeordnet sind. Damit ergibt sich dann auch, dass das Einsteckelement in den Stecksockel nur dann passt, wenn es in eine Vorzugsrichtung gedreht ist. Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, dass eine Verpolung durch ein fehlerhaftes Einstecken des Einsteckelementes vermieden wird. Ein wesentlicher Vorteil besteht aber darin, dass durch das Ineinandergreifen der Kodierelemente (gebildet durch Vorsprünge und Ausnehmungen) die Luft- und Kriechstrecken maßgeblich verlängert werden. Bedingt durch diese Maßnahmen geht auch keine Baubreite verloren. Das wäre der Fall, wenn die Relais zwischen Isolierstegen eingebettet werden würden. Die Luft-/Kriechstrecken werden verlängert, wenn die Anordnung der Elemente in einheitlich gleicher Ausrichtung erfolgt, so dass ein Anschlussbereich eines Moduls direkt benachbart ist zu einem „Barriere-Element (für eine Luft-Kriechstreckenverlängerung) eines direkt benachbarten Moduls.
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In einer Ausgestaltung ist die elektrotechnische Steckplatzanordnung mit einer Anzahl an parallelen Steckplätzen versehen, in die eine entsprechende Anzahl von elektrotechnischen Einsteckelementen einsteckbar sind, wobei das Einsteckelement eine Anzahl von Kontaktelementen aufweist, die in entsprechende Kontaktgegenstücke bei den Steckplätzen der Steckplatzanordnung eingreifen. Dabei ist das Einsteckelement und der jeweilige Steckplatz der Steckplatzanordnung so geformt, dass sich durch entsprechende Gestaltung der Gehäuse bestehend aus elektrisch isolierendem Material von Steckplatz und Einsteckelement eine Verzahnung wenigstens im Bereich eines oder mehrerer der Kontaktelemente ergibt.
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Dies kann sich in einer vorteilhaften Variante dadurch ergeben, dass die Aufnahme im Gehäuse des Steckplatzes wenigstens abschnittsweise komplementär zur Einsteckseite des Einsteckelementes geformt ist, wodurch Steckplatz und Einsteckelement durch den Einsteckvorgang ineinander verzahnt sind.
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Sind Kontaktreihen vorhanden, kann die Verzahnung mit Ausnehmungen und Vorsprüngen auch beidseitig der Kontaktreihen asymmetrisch erfolgen. Das hat den Vorteil, dass beidseitig die Strecken vergrößert werden und das Einsteckelement in einer Reihe eine ausreichende Isolation zur Umwelt hat.
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Ein weiterer Vorteil betrifft eine Verbesserung der Führung und damit Schutz der filigranen Kontaktstifte / und der Kontaktbuchsen beim Einsteckvorgang.
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Bei einer erweiterten Ausführungsform ist die Gestaltung der Gehäuse durch mehrfache komplementäre Ausnehmungen und Vorsprünge charakterisiert, so dass das Einsteckelement und der Steckplatz durch den Einsteckvorgang mehrfach ineinandergreifen. Durch die Verwendung mehrfacher Ausnehmungen und Vorsprünge lassen sich die Luft- und Kriechstrecken zur Isolation insbesondere auf der Kontaktseite vergrößern, so dass die elektrische Isolierung verbessert wird. Durch diese Art der Mehrfachverzahnung gibt es keine „Gerade“ als kürzeste Strecke zwischen den Potenzialen an den Kontakten des einen Einsteckelementes zum benachbarten Einsteckelement.
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Bei einer speziellen Ausführungsform wird die Verzahnung in dem Bereich, wo sich die Kontaktelemente befinden, an die eine erhöhte Spannung angelegt wird, durch eine Ausnehmung und einen entsprechenden komplementären Vorsprung gebildet, wobei die Ausnehmung dreiseitig gekapselt ist. Durch diese Maßnahme wird es erreicht, dass kein Nebenschluss durch offene Flanken in dem Gehäuseteil entsteht, wo sich die Kontaktelemente befinden, die höhere Spannungen führen.
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Die komplementären Ausnehmungen und Vorsprünge der Gehäuse müssen nicht bei allen Kontakten oder allen Kontaktreihen vorgesehen sein. Es ist aber vorteilhaft, wenn wenigstens diese Ausbildungen in den Gehäuseteilen angeordnet sind, wo sich die Kontaktelemente befinden, die einer erhöhten elektrischen Isolierung bedürfen. Das sind in der Regel diejenigen Kontaktelemente, an die erhöhte Spannungen angelegt werden. Als Beispiel wird der Spannungsbereich um 250 V genannt, der im Bereich der Industriesteuerungen häufig überwacht und geschaltet werden muss und in der DIN-Norm EN 60947-1 spezifiziert ist.
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Die elektrotechnische Steckplatzanordnung kann bei einer vorteilhaften Variante dadurch entstehen, dass die Steckplätze sich ergeben durch parallele Reihung von Stecksockeln, die auf eine Tragschiene montiert werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung in einer anderen Ausprägung ein elektrotechnisches Einsteckelement für eine Steckplatzanordnung, wobei das Einsteckelement eine Anzahl von Kontaktelementen aufweist, die in entsprechende Kontaktgegenstücke bei der Steckplatzanordnung eingreifen können. Dabei weist das Gehäuse des Einsteckelementes wenigstens eine Ausnehmung auf, in die durch den Einsteckvorgang ein Vorsprung des Gehäuses des Steckplatzes eingreifen kann, wodurch sich eine Verzahnung zwischen Einsteckelement und Steckplatzanordnung ergibt, wobei das Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material besteht. Diese Gehäuseform des elektrotechnischen Einsteckelementes wirkt mit einer komplementären Gehäuseform des Steckplatzes der Steckplatzanordnung zusammen und ermöglicht die miniaturisierte schmale Bauweise, wie oben bei der Steckplatzanordnung beschrieben.
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Diesbezüglich ist es entsprechend von Vorteil, dass die Ausnehmung des elektrotechnisches Einsteckelementes wenigstens einen Vorsprung und/oder wenigstens eine weitere Ausnehmung aufweist, so dass Einsteckelement und Steckplatz nach dem Einsteckvorgang mehrfach ineinandergreifen. Damit können die Isolierstrecken zu benachbarten Einsteckelementen deutlich verlängert werden.
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Bei einer Variante ist es vorteilhaft, dass der wenigstens eine Vorsprung in einer lateralen Richtung an wenigstens einer Stelle unterbrochen ist, so dass eine Lücke entsteht, die durch einen entsprechender Vorsprung des Gehäuses des Steckplatzes verdeckt wird, wenn das elektrotechnische Einsteckelement in den Steckplatz gesteckt ist. Dadurch kann der Materialaufwand für die verschiedenen Barrieren in Form von Vorsprung und Ausnehmung zur besseren Isolation verringert werden.
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Bei einer Variante ist es vorteilhaft, dass die Verzahnung in dem Bereich, wo sich die Kontaktelemente des elektrotechnisches Einsteckelementes für eine Steckplatzanordnung befinden, die einer erhöhten elektrischen Isolierung bedürfen, durch wenigstens eine Ausnehmung und wenigstens einen entsprechenden komplementären Vorsprung gebildet wird, wobei die Ausnehmung dreiseitig gekapselt ist. So kann kein Nebenschluss durch offene Flanken in dem Gehäuseteil mit der Ausnehmung entstehen.
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Die Erfindung kann sehr vorteilhaft bei den elektrotechnischen Einsteckelementen, die einen elektromagnetischen Schalter beinhalten, insbesondere ein Relais oder ein Schütz, eingesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrotechnischen Stecksockel für eine Steckplatzanordnung. Der Stecksockel weist einen Steckplatz auf, in den ein elektrotechnisches Einsteckelement einsteckbar ist, wobei das Gehäuse des Stecksockels so gestaltet ist, dass es im Bereich des Steckplatzes wenigstens einen Vorsprung aufweist, so dass sich durch den Einsteckvorgang des Einsteckelementes eine Verzahnung von Stecksockel und Einsteckelement ergibt. Das Gehäusematerial besteht dabei aus elektrisch isolierendem Material.
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In einer erweiterten Variante weist das Gehäuse im Bereich des Vorsprungs wenigstens eine Ausnehmung und/oder wenigstens einen weiteren Vorsprung aufweist, so dass Einsteckelement und Steckplatz nach dem Einsteckvorgang mehrfach ineinandergreifen.
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In einer anderen Variante ist es vorteilhaft, dass der wenigstens eine Vorsprung in einer lateralen Richtung an wenigstens einer Stelle unterbrochen ist, so dass eine Lücke entsteht, die durch einen entsprechender Vorsprung des Gehäuses des Einsteckelementes verdeckt wird, wenn das elektrotechnische Einsteckelement in den Steckplatz gesteckt ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass der Vorsprung des Gehäuses wenigstens in dem Gehäuseteil angeordnet ist, wo die Kontaktelemente des elektrotechnischen Einsteckelementes für eine Steckplatzanordnung eine erhöhte elektrische Isolierung benötigen.
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Der elektrotechnische Stecksockel weist in einer Variante einen Steckplatz auf, der für die Aufnahme eines elektromagnetischen Schalters, insbesondere eines Relais oder eines Schütz, ausgelegt ist.
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Ebenfalls vorteilhaft ist noch eine Variante, bei der die Kodierelemente in Form von Stiften oder Stegen pro Stecksockel und Einsteckelement in wenigstens zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Kodierelemente in den wenigstens zwei Reihen gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergeben sich ebenfalls Kurzschlussbarrieren ohne Spalte, wenn das Einsteckelement in den Stecksockel gesteckt ist, wobei der Materialaufwand verringert ist.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Seitenansicht eines elektrotechnischen Stecksockels für eine Steckplatzanordnung und eines elektrotechnischen Einsteckelementes für die elektrotechnische Steckplatzanordnung;
- 2 eine Seitenansicht der gegenüberliegenden Seite des elektrotechnischen Stecksockels für eine Steckplatzanordnung und des elektrotechnischen Einsteckelementes für die elektrotechnische Steckplatzanordnung;
- 3 eine Schnittdarstellung für ein einzelnes Element der elektrotechnischen Steckplatzanordnung bei eingestecktem elektrotechnischen Einsteckelement;
- 4 eine Schnittdarstellung für die elektrotechnische Steckplatzanordnung mit mehreren Steckplätzen und mehreren elektrotechnischen Einsteckelementen;
- 5 eine Schnittdarstellung für ein einzelnes Element der elektrotechnischen Steckplatzanordnung, bei dem eine mehrfache Verzahnung zwischen Einsteckelement und Stecksockel realisiert wurde;
- 6 eine Ansicht von oben auf den Bereich der Kodierverzahnung bei dem Stecksockel in Form eines Labyrinths mit dreiseitigem Verschluss
- 7 eine Schnittdarstellung von einer anderen Variante einer Mehrfachkodierverzahnung mit unterschiedlich langen Kodierelementen;
- 8 eine perspektivische Ansicht auf die Kodierelemente von Stecksockel und Einsteckelement der Kodierverzahnung, bei denen die Kodierelemente in der lateralen Richtung mit Abständen angeordnet sind; und
- 9 eine perspektivische Ansicht auf eine weitere Variante der Kodierverzahnung, bei der die Kodierelemente jeweils bei Stecksockel und Einsteckelement in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Kodierelemente in den Reihen gegeneinander versetzt sind.
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Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Ausführungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines einzelnen Elementes einer Steckplatzanordnung bestehend aus einem elektrotechnischen Stecksockel 10 und einem elektrotechnischen Einsteckelement 20. Es handelt sich konkret um einen Relaissockel 10 und ein Relais 20 als Einsteckelement. An der Form des Gehäuses des Relaissockels 10 lässt sich erkennen, dass es sich um einen Relaissockel handelt, der für die Tragschienenmontage vorgesehen ist. Solche Stecksockel werden vielfach in der industriellen Steuerungstechnik, insbesondere bei der Maschinen- und Anlagensteuerung, wie auch bei der Prozesssteuerung eingesetzt. Sie können aber auch bei Gebäudeinstallationen usw. eingesetzt werden.
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An dem Schaltbild des Relais 20 sind die üblichen Kontaktelemente 24 des Schaltrelais erkennbar. Auf der linke Seite sind drei Kontaktstifte dargestellt, an die der Laststrom angeschlossen ist. Auf der rechten Seite sind zwei Kontaktstifte dargestellt, an die der Steuerstrom angeschlossen wird. Höhere Spannungen können an den Kontaktstiften auftreten, die sich auf der linken Seite befinden. Typischerweise treten dort Spannungen von 250 V auf. Diese Kontaktstifte benötigen eine höhere elektrische Isolierung. Aus diesem Grund werden die Gehäuse von Stecksockel 10 und Einsteckelement 20 besonders gestaltet. In der 1 ist diesbezüglich dargestellt, dass der Stecksockel 10 einen besonderen Gehäusevorsprung 12 aufweist. Dieser ragt über die Anschlagsebene hinaus bis zu der das Relais 20 eingesteckt wird.
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2 zeigt eine Seitenansicht der gegenüberliegenden Seite der Anordnung von Stecksockel 10 und Relais 20. Mit gepunkteter Linie ist dargestellt, an welcher Stelle das Gehäuse des Relais 20 eine Ausnehmung 22 aufweist. Diese Ausnehmung 22 ist komplementär zu dem Gehäusevorsprung 12 gestaltet. Wenn das Relais 20 in der gezeigten Lage in den Steckplatz 16 des Stecksockels 10 eingesteckt wird, passt der Gehäusevorsprung 12 in die Ausnehmung 22 und beide Komponenten, Stecksockel 10 und Relais 20, greifen ineinander. Mit dem Bezugszeichen B1 ist eine Schnittebene markiert. Die folgenden Figuren entsprechen Schnittbildern entlang dieser Schnittebene B1.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung für einen einzelnen Stecksockel der elektrotechnischen Steckplatzanordnung bei eingestecktem elektrotechnischen Einsteckelement 20. Dort ist besser erkennbar, wie die Ausnehmung 22 und der Gehäusevorsprung 12 zueinander passen. Die Luftstrecke, die sich durch einen Spalt ergeben kann, ist durch die Ausnehmung 22 und den Gehäusevorsprung 12 mehr als verdoppelt.
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Dies ist am besten an der 4 erkennbar. Dort ist eine aus vier aneinandergereihten Stecksockeln 10 bestehende Steckplatzanordnung gezeigt. Die Aneinanderreihung kann sich durch Tragschienenmontage der Stecksockel ergeben. Es ist aber auch möglich, mehrere parallele Steckplätze in einem Gehäuse unterzubringen. In jeden Steckplatz 16 kann ein Relais 20 eingesteckt werden. Die Isolierstrecke, die sich durch die Aneinanderreihung ergibt, ist in 4 dargestellt und besteht aus den Strecken L1, L2, L3. Dadurch dass Gehäusevorsprung 12 und Ausnehmung 22 sich einander abwechseln, gibt es keine gerade Isolierstrecke zwischen den Kontaktelementen 14, 24 von benachbarten Steckplätzen.
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Die 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform. Dabei ist der Vorsprung 12 zweigeteilt, wobei in der Mitte eine Lücke entsteht. In diese Lücke greift ein stegförmiger Gehäusevorsprung 26 des Relais 20 ein, der an entsprechender Position im Relaisgehäuse angeordnet ist. Diese Position entspricht in etwa der Mitte der Ausnehmung 22. Durch diese Konstruktion kann die Isolierstrecke, wie auch die Kriechstromstrecke nochmals verlängert werden. Auch die Seitenführung beim Einstecken des Relais 20 wird dadurch nochmals verbessert.
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Die 6 zeigt eine Ansicht von oben auf den Bereich des Vorsprungs 12 im Steckplatz 16 des Stecksockels 10, wobei der Vorsprung 12 dreigeteilt ist und die entstehenden Lücken an einer Seite geschlossen sind. Diese Anordnung entspricht einem Labyrinth mit einer Nebenschlussblockade. Es kann kein Nebenschluss an der geschlossenen Seite des Labyrinths entstehen.
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Die 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Seitenansicht entlang der Schnittkante B1. Die Kodierverzahnung wird durch mehrfache Kodierelemente gebildet, die unterschiedliche Längen aufweisen. Die Isolierstrecke wird so mehrfach verlängert. Auch eine Variation der Breite der Kodierelemente ist ebenfalls realisierbar. Auch hier entsprechen die Kodierelemente stegförmigen oder rechteckblockförmigen Gehäusevorsprüngen.
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Die 8 zeigt noch eine perspektivische Ansicht einer anderen Anordnung von Kodierelementen von Stecksockel 10 und Einsteckelement 20, bei denen die Kodierelemente in der lateralen Richtung mit Abständen angeordnet sind. Es sind zwei Kodierelemente B im Bereich des Steckplatzes 16 des Stecksockels 10 gezeigt. Außerdem sind drei Kodierelemente A des Einsteckelementes 20 gezeigt. Sie sind gegeneinander versetzt angeordnet, damit ebenfalls keine offenen Isolierstrecken durch die Zwischenräume existieren. So kann eine wirkungsvollere labyrinthartige Struktur dadurch entstehen, dass ein „Kodierelement“ zwischen zwei gegenüberliegende „Kodierelemente“ bei dem Einsteckvorgang geschoben wird. Der Materialaufwand ist bei dieser Variante geringer als bei den durchgehenden, stegförmigen Barrieren der vorhergehenden Ausführungsbeispiele.
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Schließlich zeigt die 9 noch eine perspektivische Ansicht auf eine weitere Variante der Kodierverzahnung, bei der die Kodierelemente jeweils bei dem Steckplatz 16 des Stecksockels 10 und dem Einsteckelement 20 in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Kodierelemente in den Reihen gegeneinander versetzt sind. Wenn das Einsteckelement 20 bei dieser Variante in den Stecksockel 10 gesteckt wird, ergeben sich wieder durchgehende Barrieren, weil jeweils ein Gehäusevorsprung des Einsteckelementes 20 in die entsprechende Lücke des Stecksockels 10 passt.
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Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stecksockel
- 12
- Vorsprung Stecksockel
- 13
- Kontakt
- 14
- Kontaktelement Stecksockel
- 16
- Steckplatz
- 17
- Ausnehmung im Vorsprung
- 18
- weiterer Vorsprung im Vorsprung
- 20
- Einsteckelement
- 22
- Ausnehmung
- 24
- Kontaktelement Einsteckelement
- 26
- Vorsprung Einsteckelement
- 28
- weitere Ausnehmung in der Ausnehmung
- L1
- 1. Isolierstrecke
- L2
- 2. Isolierstrecke
- L3
- 3. Isolierstrecke
- B1
- Schnittkante
- A
- Kodierelement Einsteckelement
- B
- Kodierelement Stecksockel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2908887 A1 [0004]
- DE 19621558 A1 [0005]
