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Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Überspannungsschutzgerät weist ein wenigstens zweiteiliges Gehäuse auf, in welchem Komponenten wenigstens eines Überspannungsableiters aufgenommen sind.
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Im Bereich des Überspannungsschutzes von elektrischen Geräten bzw. Anlagen werden Überspannungsableiter eingesetzt, die bei einer bestimmten Überspannung ansprechen, welche bei einem Überspannungsereignis ansonsten zu Störungen und/oder Schäden in einem Stromkreis führen würde. Hierbei werden beispielsweise Gasableiter eingesetzt, die auf einer Funkenstrecke basieren. Sobald eine Funkenstrecke gezündet hat, wird eine leitfähige Verbindung über die Lichtbogenstrecke der Funkenstrecke hergestellt, über welche die Überspannung dann abgeleitet wird.
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Zu den Komponenten eines solchen Überspannungsableiters zählen typischerweise ein Entladungsraum für die Funkenstrecke, Anschlusselektroden, Isolationselemente und optional auch Zusatzelemente für eine Triggerung der Funkenstrecke. Diese Komponenten des Überspannungsableiters werden in einem Gehäuse untergebracht, das für den jeweiligen Aufbau geeignet auszubilden ist. Insbesondere können Gehäuse gekapselt oder ungekapselt ausgebildet sein. Ferner sind sie vorzugsweise druckfest ausgeführt.
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Beispielsweise ist es aus der
DE 10 2007 015 930 A1 bekannt, eine Funkenstrecke mit rotationssymmetrischen Teilen in einem druckfesten, metallischen Außengehäuse unterzubringen. Dieses Außengehäuse wird durch Umbördeln von beispielsweise zwei Gehäuseteilen geformt, wodurch sich ein dichtes und mechanisch stabiles Gehäuse ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Überspannungsschutzgerät mit einem alternativen Gehäuse zur Aufnahme der Komponenten eines Überspannungsableiters bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Überspannungsschutzgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Überspannungsschutzgerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-17.
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Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät weist ein Gehäuse auf, in welchem Komponenten wenigstens eines Überspannungsableiters aufgenommen sind. Bei dem Überspannungsableiter handelt es sich beispielsweise um einen Gasableiter, der für die Ableitung einer Überspannung durch Funken- oder Bogenentladung ausgebildet ist. Hierzu ist im Gehäuse ein geeignet ausgebildeter Entladungsraum für eine Funkenstrecke vorgesehen. Weitere im Gehäuse aufgenommene Komponenten können wenigstens zwei Elektroden und zum Beispiel Isolationselemente und Zündleiterplatten sein.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse des Überspannungsschutzgerätes zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass es mehrteilig ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorzugsweise zweiteilig ausgeführt. Das aus mehreren Teilen gebildete Gehäuse weist eine Längsachse X auf, die sich in Richtung der Überspannungsableitung des Überspannungsableiters erstreckt. Die Längsachse X stellt im Folgenden auch eine Steckachse S dar und gibt so eine Steckrichtung vor. Ist das Gehäuse im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, handelt es sich bei der Längsachse X um die Symmetrieachse des Gehäuses. Sie verläuft nicht zwingend in Richtung der größten Ausdehnung des Gehäuses, sondern in Richtung der Überspannungsableitung durch die Körpermitte des Gehäuses.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Gehäuseteile aus einem isolierenden Material wie einem Kunststoff geformt. Ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil sind dabei über eine lösbare mechanische Verbindung miteinander verbunden. Diese mechanische Verbindung kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein, wobei allen Ausführungsformen der Verbindung gemeinsam ist, dass hierfür an jedem Gehäuseteil jeweils wenigstens ein Verbindungselement ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß bewirkt die mechanische Verbindung zwischen einem ersten Verbindungselement an einem Gehäuseteil und einem korrespondierenden zweiten Verbindungselement an dem jeweils anderen Gehäuseteil eine wenigstens in Richtung der Längsachse X form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen. Bei einer Druckkraft, welche die beiden Gehäuseteile auseinanderdrückt, wird dies somit durch Form- und/oder Kraftschluss zwischen zwei jeweiligen Verbindungselementen an den Gehäuseteilen verhindert.
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Diese mechanische Verbindung ist durch eine relative Bewegung der beiden Gehäuseteile zueinander hergestellt, bei welcher wenigstens eine Steckbewegung des ersten Verbindungselementes relativ zu dem zweiten Verbindungselement in Richtung der Längsachse X und eine weitere Zusatzbewegung dieses ersten Verbindungselementes in eine zweite Richtung D oder K erfolgt.
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Eine solche form- und/oder kraftschlüssige Verbindung ist durch einfache Bewegungen der beiden Gehäuseteile zueinander einfach herstellbar und hat den Vorteil, dass sie durch eine Umkehr der jeweiligen Bewegungsrichtungen auch wieder lösbar ist. Ferner kann die Verbindung durch geeignete Ausformung der Verbindungselemente z.B. auch Toleranzen ausgleichen. Insgesamt kann so ein druckfestes Gehäuse für ein Überspannungsschutzgerät mit verschiedenen Vorteilen bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Längsachse X des Gehäuses außerhalb eines ersten und zweiten Verbindungselementes. Die Verbindungselemente sind dann so angeordnet, dass die Längsachse X des Gehäuses nicht durch diese hindurch verläuft. Es handelt sich dann z.B. nicht um Gewinde mit Gewindegängen, die in wenigstens einer Umdrehung um die Längsachse X herum verlaufen.
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Die Art der Zusatzbewegung zu der Steckbewegung kann verschieden gewählt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die mechanische Verbindung als Zusatzbewegung beispielsweise eine Drehbewegung des ersten Verbindungselementes in eine Drehrichtung D um die Längsachse X des Gehäuses. Diese Art der Verbindung wird somit durch eine Kombination aus einer Steckbewegung und einer Drehbewegung hergestellt. Es handelt sich um ein Stecken und Drehen, wobei ein erstes Gehäuseteil gegenüber einem zweiten Gehäuseteil verdreht wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Drehbewegung weniger als eine volle Umdrehung, insbesondere weniger als eine Viertelumdrehung, eines ersten Gehäuseteils gegenüber einem zweiten Gehäuseteil beinhaltet. Dies ermöglicht bei geeigneter Ausführung und Anordnung der Verbindungselemente einen einfachen und schnellen Zusammenbau des Gehäuses.
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Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform werden vorzugsweise mehrere erste und zweite Verbindungselemente an den beiden Gehäuseteilen vorgesehen, die geeignet verteilt sind, um ein rundum dichtes Gehäuse zu realisieren. Beispielsweise sind an einem Gehäuseteil mehrere Verbindungselemente in einem Kreis oder in mehreren vorzugsweise konzentrischen Kreisen um die Längsachse X angeordnet. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente ungefähr äquidistant auf einem jeweiligen Kreis angeordnet. Bei einer Drehbewegung eines Gehäuseteils um die Längsachse X vollzieht ein Verbindungselement keine vollständige Umdrehung um die Längsachse X, sondern bewegt sich lediglich in einem Winkelbereich von beispielsweise bis zu 30° auf einem Kreis um die Längsachse X.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die mechanische Verbindung als Zusatzbewegung eine lineare Bewegung des ersten Verbindungselementes in eine zweite Richtung K. Diese Art der Verbindung wird somit durch eine Kombination aus einer Steckbewegung und einer weiteren linearen Bewegung in eine andere Richtung hergestellt. Es handelt sich um ein Stecken und Schieben, wobei ein erstes Gehäuseteil gegenüber einem zweiten Gehäuseteil linear verschoben wird. Auch hierbei können an jedem Gehäuseteil mehrere Verbindungselemente vorgesehen sein. Diese liegen dann auf einer Geraden oder auf parallelen Geraden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die mechanische Verbindung so ausgeführt ist, dass die weitere Zusatzbewegung in eine zweite Richtung D oder K anschließend an die Steckbewegung in Richtung der Längsachse X erfolgt. Es erfolgt somit zunächst eine reine Steckbewegung ohne gleichzeitiges Drehen oder lineares Verschieben, und die Zusatzbewegung schließt zeitlich an die Steckbewegung an. Insbesondere wird so eine formschlüssige Verbindung hergestellt. Es handelt sich dann z.B. nicht um eine Schraubverbindung, bei der gleichzeitig ein Stecken und Drehen stattfindet. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgen Stecken und Zusatzbewegung zumindest zeitweise gleichzeitig, so dass die Zusatzbewegung zumindest teilweise zeitgleich mit der Steckbewegung in Richtung der Längsachse X erfolgt. Dies ist beispielsweise bei einer Art Schraubverbindung der Fall, die eine kraftschlüssige Verbindung bewirkt.
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Dabei können verschiedene Ausgestaltungen von ersten Verbindungselementen zum Einsatz kommen, wobei insbesondere zu unterscheiden ist zwischen ersten Verbindungselementen, die nur gemeinsam oder auch unabhängig von einem der beiden Gehäuseteile um die Längsachse X drehbar sind. Dies bedeutet, dass ein erstes Verbindungselement entweder alleine um die Längsachse X drehbar ist, oder es ist fest mit einem Gehäuseteil verbunden und wird nur um die Längsachse X gedreht, indem das betreffende Gehäuseteil um die Längsachse X rotiert wird. Erste Verbindungselemente können somit als separates Bauteil oder als Teil eines Gehäuseteils ausgebildet sein. Darüber hinaus kann es sich bei einem ersten und zweiten Verbindungselement um ein von einem Gehäuseteil abstehendes Element oder eine Aufnahme handeln, in welche ein Verbindungselement einführbar ist. Ferner können erste und zweite Verbindungselemente gegenüber der Längsachse X des Gehäuses axial oder radial verlaufen.
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Beispielsweise ist wenigstens ein Gehäuseteil topfförmig ausgebildet mit einer Längsachse X in Richtung der Überspannungsableitung des Überspannungsschutzgerätes. Ein solches topfförmiges Gehäuseteil weist einen Boden und wenigstens eine umlaufende Seitenwand auf, die einen Mantel bildet. Boden und Mantel müssen jedoch nicht durchgehend sein, sondern sie können auch Durchgangsöffnungen aufweisen, durch welche andere Bauteile und z.B. Dichtungen geführt sind. In dem wenigstens einen topfförmigen Gehäuseteil sind dann Komponenten des Überspannungsableiters aufgenommen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind beide Gehäuseteile topfförmig ausgebildet und ein erstes inneres Gehäuseteil ist in Richtung der Längsachse X in ein zweites äußeres Gehäuseteil eingeschoben. Ein topfförmiges Gehäuseteil ist dann mit seiner Öffnung voran vollständig oder teilweise in die Öffnung eines zweiten Gehäuseteils eingeschoben. Es bilden sich so ein inneres Gehäuseteil und ein äußeres Gehäuseteil. Dadurch liegen sich eine Mantelfläche des äußeren Gehäuseteils und eine Mantelfläche des inneren Gehäuseteils wenigstens bereichsweise gegenüber, und die lösbare mechanische Verbindung ist zwischen diesen beiden Mantelflächen ausgebildet. Dabei kann eine Mantelfläche im Sinne dieser Erfindung außen oder innen liegen. Darüber hinaus kann ein topfförmiges Gehäuseteil auch doppelwandig ausgeführt sein, wobei ein zweites topfartiges Gehäuseteil mit seiner Öffnung voran in den Raum zwischen zwei Wänden eingeschoben ist. Auch bei einer solchen Ausführungsform sind die sich dann gegenüberliegenden Flächen der beiden Gehäuseteile jeweils als Mantelflächen zu bezeichnen, auch wenn sie keinen äußeren Mantel eines Gehäuseteils bilden.
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Insbesondere bei zwei ineinander geschobenen, topfförmigen Gehäuseteilen ist es vorteilhaft, als in Richtung der Längsachse X formschlüssige Verbindung eine Bajonettverbindung einzusetzen. Daher sieht eine Ausführungsform der Erfindung eine mechanische Verbindung in Form einer Bajonettverbindung mit wenigstens einer Bajonettnut an einem der Gehäuseteile und wenigstens einem Bajonettstift an dem jeweils anderen Gehäuseteil vor. Dabei ist der Begriff Bajonettstift weit zu verstehen und umfasst jegliche geeignete Art von Verbindungselementen, die in einer Bajonettnut verriegelt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Stifte, Vorsprünge, Stege, Federn, etc.
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Auf dem Umfang eines inneren, topfförmigen Gehäuseteils sind beispielsweise mehrere Bajonettstifte ausgebildet, die radial nach außen von dem Gehäuseteil abstehen. Diese werden in korrespondierende Bajonettnuten in dem äußeren Gehäuseteil eingeführt und darin durch eine Steck- und Drehbewegung verriegelt. Vorzugsweise sind die Nuten von der Außenseite des Gehäuses nicht sichtbar. Ein umgekehrter Aufbau mit radial nach innen abstehenden Bajonettstiften an einem äußeren, topfförmigen Gehäuseteil und Bajonettnuten am inneren, eingeschobenen Gehäuseteil ist ebenfalls möglich. Werden die zwei so ineinander geschobenen Gehäuseteile entsprechend ausgeführt, kann so insbesondere das Abströmverhalten von ausgeblasenen Gasen gezielt beeinflusst werden.
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Eine Bajonettnut ist abgewinkelt ausgeführt und weist einen Steckabschnitt und einen Verriegelungsabschnitt auf. Der Verriegelungsabschnitt zweigt in einem Winkel α von dem Steckabschnitt ab. Insbesondere zweigt er in Richtung der weiteren Zusatzbewegung D oder K von dem Steckabschnitt ab. Der Steckabschnitt dient dazu, einen Bajonettstift in Richtung der Längsachse X einzuschieben, wobei dies noch keine Verriegelung bewirkt. Die Verriegelung erfolgt z.B. durch eine Drehbewegung des Bajonettstiftes um die Längsachse X, wodurch sich der Bajonettstift in den Verriegelungsabschnitt bewegt und dort zumindest in Richtung der Längsachse X formschlüssig gehalten ist. Verläuft der Steckabschnitt parallel zur Längsachse X, wird der Bajonettstift bei der Steckbewegung nur parallel zur Längsachse X bewegt. Der Steckabschnitt kann jedoch auch windschief zur Längsachse X verlaufen, wodurch der Bajonettstift bereits beim Stecken eine gewisse Zusatzbewegung erfährt.
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Eine Art Bajonettverbindung mit Stiften und abgewinkelten Nuten kann bei geeigneter Ausbildung der Gehäuseteile auch bei einer Ausführungsform realisiert werden, bei welcher die weitere Zusatzbewegung eine lineare Bewegung in eine Richtung K ist.
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Der Winkel α liegt beispielsweise bei etwa 90°. Es kann jedoch auch ein kleinerer oder größerer Winkel gewählt werden. Insbesondere mit einem Winkel größer als 90° wird eine kraftschlüssige Klemmwirkung erzielt, da die Bajonettverbindung dann innerhalb ihrer Bajonettnuten als Gewinde arbeitet. Ferner können im Verriegelungsabschnitt Rastmittel zum Verrasten eines Bajonettstiftes in dem Verriegelungsabschnitt vorgesehen sein. Hierdurch wird die Möglichkeit für einen verbesserten Toleranzausgleich geschaffen. Mit den Verrastungen ist die Verschraubkraft einstellbar, was beispielsweise nach Art eines Kabelbinders erfolgen kann.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass nur ein Gehäuseteil topfförmig ausgebildet ist und die Komponenten des Überspannungsableiters aufnimmt. Ein zweites Gehäuseteil ist hingegen deckelförmig ausgebildet und liegt auf der Öffnung des topfförmigen Gehäuseteils. Bei einer solchen Lösung liegt das deckelförmige Gehäuseteil mit einer Anlagefläche auf einer Stirnfläche des topfförmigen Gehäuseteils, und die lösbare mechanische Verbindung gemäß der Erfindung ist zwischen der Anlagefläche des deckelförmigen Gehäuseteils und der Stirnfläche des topfförmigen Gehäuseteils ausgebildet.
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Die Stirnfläche des topfförmigen Gehäuseteils ist so breit ausgeführt, dass eine solche Verbindung realisiert werden kann. Dabei kommt keine typische Bajonettverbindung zum Einsatz, sondern in der Anlagefläche des deckelförmigen Gehäuseteils und/oder in der Stirnfläche des topfförmigen Gehäuseteils ist wenigstens eine Aufnahme ausgebildet. In dieser Aufnahme ist ein Verbindungselement durch wenigstens eine Steckbewegung in Richtung der Längsachse X und eine Zusatzbewegung in eine andere Richtung D oder K formschlüssig gehalten. Das Verbindungselement ist entweder fest mit einem der beiden Gehäuseteile verbunden, so dass es durch eine Steckbewegung und eine weitere Zusatzbewegung seines Gehäuseteils in einer Aufnahme im anderen Gehäuseteil verriegelt wird. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei einem Verbindungselement um ein separates Bauteil, welches in Richtung der Längsachse X selbst wenigstens formschlüssig in jeweiligen Aufnahmen in beiden Gehäuseteilen gehalten ist.
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Als Aufnahmen kommen beispielsweise T-Nuten in Betracht, in die T-förmige oder Doppel-T-förmige Verbindungselemente eingesteckt und anschließend durch eine weitere Bewegung verriegelt werden können. Die Verbindungselemente können auch eine Trapezform oder Doppel-Trapezform wie bei Schwalbenschwanzverbindungen haben, wobei die zugehörigen Aufnahmen entsprechend an die Form der Verbindungselemente angepasst sind.
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Grundsätzlich sind auf der Stirnfläche eines ersten, topfförmigen Gehäuseteils mehrere Aufnahmen verteilt oder abstehende Verbindungselemente ausgeformt. Handelt es sich um Aufnahmen, können Verbindungselemente in sie eingesteckt und dann durch eine weitere Bewegung verriegelt werden. Dies erfolgt bei separaten Verbindungselementen jeweils pro Verbindungselement. Anschließend kann ein zweites Gehäuseteil so gegenüber dem Gehäuseteil mit den abstehenden Verbindungselementen platziert werden, dass seine Aufnahmen die abstehenden Verbindungselemente in sich aufnehmen. Dann erfährt das zweite Gehäuseteil in seiner Gesamtheit eine Zusatzbewegung in eine weitere Richtung D oder K, um alle Verbindungselemente gleichzeitig auch im zweiten Gehäuseteil zu verriegeln. Das zweite Gehäuseteil wird somit gegenüber dem ersten Gehäuseteil in eine Drehrichtung D gedreht oder in eine Richtung K linear verschoben. Das Gleiche erfolgt, wenn die Verbindungselemente bereits fest an dem ersten Gehäuseteil ausgeformt sind.
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In einer alternativen Ausführungsform können die abstehenden Verbindungselemente auch zuerst mit dem deckelförmigen Gehäuseteil verbunden werden bzw. bereits fest an diesem ausgeformt sein. Der Deckel wird dann so auf das topfförmige Gehäuseteil aufgesetzt, dass die Verbindungselemente in Aufnahmen auf seiner Stirnseite eingreifen können. Durch Bewegen des Deckels in die zweite Richtung D oder K werden alle Verbindungselemente gleichzeitig an dem Topf verriegelt. Der Deckel wird somit gegenüber dem topfförmigen Gehäuseteil in eine Drehrichtung D gedreht oder in eine Richtung K linear verschoben.
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Handelt es sich um ein topfförmiges Gehäuseteil mit einem flacheren Deckelteil, hat dies insbesondere den Vorteil, dass die gesamten Komponenten des Überspannungsableiters zunächst auf einfache Weise von oben in den Topf eingebracht und dort geeignet positioniert werden können. Anschließend wird der Deckel angebracht. Dies ermöglicht insgesamt eine vereinfachte Montage des Überspannungsschutzgerätes. Alternativ kann der Deckel ebenfalls topfförmig ausgeführt sein und über den unteren Topf gestülpt werden.
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Solche Ausführungsformen wären jedoch auch bei zwei topfförmigen Gehäuseteilen vorteilhaft, die mit ihren Stirnflächen aneinander liegen, so dass die lösbare mechanische Verbindung gemäß der Erfindung zwischen den beiden Stirnflächen ausgebildet ist. Dann ist ein topfförmiges Gehäuseteil als Deckel, d.h. als deckelförmig anzusehen.
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Ferner können Aufnahmen auf den Stirnflächen von topfförmigen oder deckelförmigen Gehäuseteilen ebenfalls einen Verriegelungsabschnitt aufweisen, wie er bezüglich der Bajonettnuten beschrieben wurde. Im Verriegelungsabschnitt sind dann optional Rastmittel zum Verrasten eines Verbindungselementes in dem Verriegelungsabschnitt vorgesehen. Hierdurch wird ebenfalls die Möglichkeit für einen verbesserten Toleranzausgleich geschaffen. Mit den Verrastungen ist die Verschraubkraft einstellbar.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Es zeigen
- 1 eine schräge Aufsicht auf ein Überspannungsschutzgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Gehäuseteils mit mehreren Verbindungselementen;
- 3 einen Schnitt A-A durch ein Überspannungsschutzgerät gemäß 1;
- 4 eine vergrößerte Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Verbindungsstelle;
- 5 eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Verbindungsstelle;
- 6 eine vergrößerte Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Verbindungsstelle;
- 7 eine vergrößerte Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Verbindungsstelle;
- 8 schematische Darstellungen (a), (b) und (c) von Ausführungsformen einer Bajonettnut;
- 9 schematische Darstellungen (a), (b) und (c) von Ausführungsformen einer Bajonettnut mit Rastmitteln;
- 10 einen schematischen Schnitt durch ein Überspannungsschutzgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 11 eine schematische Aufsicht auf ein unteres Gehäuseteil gemäß der Ausführungsform der 10;
- 12 einen schematischen Schnitt durch ein Überspannungsschutzgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 13 eine schematische Aufsicht auf ein unteres Gehäuseteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 14 eine dritte Ausführungsform eines unteren Gehäuseteils gemäß 13 und einer schematischen Darstellung eines oberen Gehäuseteils beim Steckvorgang;
- 15 eine schematische Aufsicht gemäß 14 beim Verriegelungsvorgang;
- 16 einen schematischen Schnitt B-B gemäß 14 beim Steckvorgang; und
- 17 das Überspannungsschutzgerät gemäß des schematischen Schnitts der 16 beim Verriegelungsvorgang.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert, wobei insbesondere der innere Aufbau des jeweils beschriebenen Überspannungsschutzgerätes nur beispielhaft zu verstehen ist. Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Gehäuse kann auch bei einer anderen Art von Überspannungsschutzgerät vorteilhaft eingesetzt werden.
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1 zeigt eine leicht schräge Aufsicht auf ein Überspannungsschutzgerät 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, während 3 einen Längsschnitt A-A durch dieses Überspannungsschutzgerät zeigt. Die Komponenten eines Überspannungsableiters sind in einem mehrteiligen Gehäuse untergebracht, das wenigstens aus zwei topfförmigen Gehäuseteilen 20 und 30 besteht, die über eine lösbare mechanische Verbindung miteinander verbunden sind. Bei den Komponenten innerhalb des so gebildeten Gehäuses handelt es sich beispielsweise um einen Entladungsraum für eine Funkenstrecke, Anschlusselektroden, Isolationselemente und optional auch Zusatzelemente für eine Triggerung der Funkenstrecke.
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Das untere Gehäuseteil 30 wird im Folgenden auch als Unterschale bezeichnet, während das obere Gehäuseteil 20 als Oberschale bezeichnet wird. Beide Gehäuseteile 20, 30 sind topfförmig ausgebildet. Wie dem Längsschnitt der 3 zu entnehmen ist, ist die Unterschale 30 dabei doppelwandig ausgeführt und die Oberschale 20 ist mit ihrer Öffnung voran koaxial in Richtung einer Steckachse S in den Bereich zwischen zwei Wandungen eingeschoben. Dort ist sie nach Art eines Bajonettverschlusses mit der Unterschale 30 verriegelt.
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Das so gebildete Gehäuse weist eine Längsachse X auf, die sich in Richtung der Überspannungsableitung des Überspannungsableiters erstreckt und durch die Körpermitte des Gehäuses verläuft. Ist das Gehäuse im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, handelt es sich bei der Längsachse X um die Symmetrieachse des Gehäuses. Die Längsachse X stellt die Steckachse dar und gibt somit auch die Steckrichtung S an.
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Der Aufsicht der 1 sind hierzu mehrere Bajonettnuten 31, 32, 33 und 34 zu entnehmen, die an einer inneren Mantelfläche 35 der Unterschale 30 ausgeformt sind. Diese vier Bajonettnuten sind gleichmäßig über die innere Mantelfläche 35 verteilt. In den Bajonettnuten 31, 32, 33 und 34 befindet sich jeweils eine Rampe (z.B. Rampe 34' in der Nut 34). Bajonettstifte 21, 22, 23, und 24 an einer äußeren Mantelfläche 25 der Oberschale 20 sind in diesen Bajonettnuten verriegelt, wobei sie über eine jeweilige Rampe 34' in einen Verriegelungsabschnitt gedreht wurden. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Oberschale 20 losgelöst von der Unterschale 30, wobei mehrere Bajonettstifte 21, 22, 23, 24 radial von der äußeren Mantelfläche 25 der Oberschale 20 abstehen. Die Oberschale 20 wird gegenüber der Unterschale 30 so ausgerichtet, dass die Bajonettstifte 21, 22, 23 und 24 in Steckrichtung S von oben in die Bajonettnuten 31, 32, 33 und 34 eingeschoben werden können. Anschließend wird die Oberschale 20 so um die Steckachse S gedreht (Drehrichtung D), dass die Bajonettstifte 21, 22, 23, 24 in den Bajonettnuten 31, 32, 33, 34 verriegeln.
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Die Bajonettstifte 21, 22, 23, 24 und Bajonettnuten 31, 32, 33, 34 können an verschiedenen Positionen an den beiden Gehäuseteilen 20, 30 angeordnet und auch in verschiedene Richtungen ausgerichtet sein. 4 zeigt beispielsweise die Ausführungsform der 3, bei welcher eine äußere Wandung der doppelwandigen Unterschale 30 an einer nach innen gerichteten Mantelfläche 35 eine Bajonettnut 31 aufweist, während die Oberschale 20 auf einer nach außen gerichteten Mantelfläche 25 einen nach außen von der Steckachse S weg gerichteten Bajonettstift 21 aufweist. In der Ausführungsform der 5 weist dagegen eine innere Wandung der doppelwandigen Unterschale 30 eine Bajonettnut 31 in einer nach außen gerichteten Mantelfläche 35 auf, während die Oberschale 20 an einer nach innen gerichteten Mantelfläche 25 einen nach innen zur Steckachse S hin gerichteten Bajonettstift 21 aufweist.
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In den Ausführungsformen der 6 und 7 weist hingegen die Unterschale einen Stift 37 auf, während die Oberschale 20 eine zugehörige Nut 27 aufweist. In der Ausführungsform der 6 liegt der Stift 37 der Unterschale 30 auf einer inneren Mantelfläche 35 einer äußeren Wandung, so dass die Nut 27 folglich auf der äußeren Mantelfläche 25 der Oberschale 20 liegt. Die 7 zeigt einen umgekehrten Fall mit einer Nut 27 auf der inneren Mantelfläche 25 der Oberschale 20, und einem Stift 37 auf einer äußeren Mantelfläche 35 einer inneren Wandung der doppelwandigen Unterschale 30. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Nuten bzw. die Stifte von der Außenseite des Überspannungsgerätes 10 vorzugsweise nicht sichtbar sind.
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Die Bajonettnuten sind für eine Verriegelung mit den Bajonettstiften jeweils abgewinkelt ausgeführt, wobei verschiedene Formen von Nuten und Abwinkelungen gewählt werden können. 8 zeigt beispielhaft (a) eine unter einem Winkel α abgewinkelte Nut 31, wobei der Winkel α kleiner als 90° ist. Dabei zweigt ein Verriegelungsabschnitt 41 in einem Winkel α von einem Steckabschnitt 40 ab. Ein Bajonettstift wird zunächst in Richtung der Steckachse S durch eine Öffnung in den Steckabschnitt 40 eingeführt und anschließend durch eine Drehbewegung um die Steckachse S zumindest formschlüssig in dem Verriegelungsabschnitt 41 verriegelt. Bei der Ausführungsform (b) liegt der Winkel α bei etwa 90° und bei der Ausführungsform (c) ist er größer als 90°. Die Ausführungsform (c) kann insbesondere dazu genutzt werden, um durch die Schräge des Verriegelungsabschnitts 41 zusätzlich zu dem Formschluss auch eine kraftschlüssige Klemmwirkung und damit eine Art Gewinde bereitzustellen.
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Die Ausführungsformen (a), (b) und (c) der 9 zeigen schematisch mehrere Möglichkeiten für die Einbringung von Rastmitteln in einen Verriegelungsabschnitt 41. Mit diesen Rastmitteln kann ein Stift verrasten, um so die Verschraubkraft einstellen zu können. Bei der Ausführungsform (a) befinden sich Rastmittel 50 auf der Oberseite des Verriegelungsbereiches 41, während sie sich bei den Ausführungsformen (b) und (c) jeweils auf der Unterseite des Verriegelungsbereiches 41 befinden.
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10 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Überspannungsschutzgerät 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind nicht zwei topfartige Gehäuseteile ineinandergeschoben, sondern lediglich eine Unterschale 30' ist topfartig ausgeführt, während ein flacherer Deckel 20' auf die Unterschale 30' aufgesetzt ist. Innerhalb der Unterschale 30' sind Komponenten eines Überspannungsableiters in Schichten gestapelt, wobei die Gehäuseteile 20', 30' und die im Gehäuse aufgenommenen Bauteile im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Längsachse X sind. Hierbei handelt es sich um zwei Elektroden 80 und 81, zwischen denen eine Isolation 82 angeordnet ist. Im Bereich der Längsachse X sind z.B. ein Gasableiter 83 und eine Zündleiterplatte 84 angeordnet.
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Der obere Deckel 20' liegt mit einer Anlagefläche 26 auf einer Stirnfläche 36 der Unterschale 20'. Eine lösbare mechanische Verbindung mit einem oder mehreren Verbindungselementen 70 ist zwischen dieser Anlagefläche 26 und der Stirnfläche 36 ausgebildet. Dabei ist beispielsweise wie in der Ausführungsform der 10 wenigstens ein Verbindungselement 70 T-förmig an dem oberen Gehäuseteil 20' ausgeformt und steht axial in Richtung der Steckachse S von der Anlagefläche 26 in Richtung Unterschale 30' ab. Dieses T-förmige Verbindungselement 70 ist in einer Aufnahme 60 in Form einer T-Nut in der Unterschale 30' verriegelt. Dies ist erfolgt, indem das T-förmige Verbindungselement 70 zunächst in Steckrichtung S in eine Öffnung eingeschoben und anschließend durch eine Drehbewegung um die Steckachse S in einer T-Nut verriegelt wurde. Auf der Stirnfläche 36 der Unterschale 30' sind mehrere solche Aufnahmen mit T-Nuten in einem Kreis angeordnet, wie es beispielhaft der schematischen Darstellung der 11 zu entnehmen ist. Die Anzahl und Anordnung solcher Aufnahmen mit T-Nuten kann jedoch auch anders gewählt werden, so dass die Ausführungsform der 11 lediglich exemplarisch zu verstehen ist.
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11 zeigt eine Aufsicht auf ein unteres Gehäuseteil 20' gemäß der Ausführungsform der 10 und eine Aufnahme für ein T-förmiges Verbindungselement soll beispielhaft anhand einer Aufnahme 60 erläutert werden. Diese Aufnahme weist eine runde Stecköffnung 62 auf, deren Durchmesser so dimensioniert ist, dass der runde Kopf des Verbindungselementes 70 in Steckrichtung S durch diese Stecköffnung 62 geschoben werden kann. Anschließend wird das Verbindungselement 70 in Drehrichtung D um die Steckachse S gedreht, wobei sich sein Hals in einem Verdrehschlitz 63 bewegen kann, während sein Kopf in einem Verriegelungsabschnitt 64 wenigstens in Richtung der Steckachse S formschlüssig verriegelt.
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Der Verriegelungsabschnitt 64 ist in der 11 gestrichelt dargestellt. Auch dieser Verriegelungsabschnitt 64 kann in einem Winkel von dem Verlauf einer Stecköffnung 62 abzweigen, der größer als 90° ist, um so eine Gewindewirkung zu erzeugen. Auch ergänzende Rastmittel können vorgesehen werden.
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Der erläuterte Verriegelungsvorgang kann gleichzeitig mit vier T-förmigen Verbindungselementen durchgeführt werden, indem der Deckel 20' mit den vier Verbindungselementen so gegenüber den Aufnahmen in der Unterschale 30' platziert wird, dass ihre Köpfe in Steckrichtung S in die jeweilige Stecköffnung eingeschoben werden können. Dann wird der Deckel 20' um die Steckachse S gedreht und alle Verbindungselemente verriegeln gleichzeitig in den jeweiligen Aufnahmen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist ein Verbindungselement nicht fest mit einem Gehäuseteil verbunden, sondern es handelt sich um ein separates Bauteil, dass lösbar mechanisch mit beiden Gehäuseteilen verbunden wird. Die mechanische Verbindung kann im Wesentlichen analog zu der Ausführungsform der 10 erfolgen, wobei jedoch in beiden Gehäuseteilen 20', 30' Aufnahmen für mehrere Verbindungselemente vorgesehen sind. 12 zeigt hierzu einen schematischen Schnitt durch ein Überspannungsschutzgerät 10' gemäß einer solchen dritten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein verwendetes Verbindungselement 71 sowohl in einer Aufnahme 60 in der Unterschale 30', als auch in einer weiteren Aufnahme 61 in dem Deckel 20' aufgenommen ist. Ferner handelt es sich um eine alternative Form für ein Verbindungselement, das als Doppel-Trapez bzw. Doppel-Schwalbenschwanz ausgeführt ist. Der Querschnitt der Aufnahmen 60, 61 ist entsprechend an die Form dieses Verbindungselementes angepasst. Auch bei dieser Ausführungsform könnten jedoch beispielsweise auch Verbindungselemente mit der Form eines Doppel-T in jeweiligen T-Nuten eingesetzt werden. Die übrigen Komponenten des Überspannungsschutzgerätes 10` können ferner analog zu bereits beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein.
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Zunächst werden dann alle Verbindungselemente 71 in Steckrichtung S in Aufnahmen 60 in dem unteren Gehäuseteil 30' gesteckt und durch eine Drehbewegung in den Aufnahmen verriegelt. Anschließend wird das obere Gehäuseteil 20' so gegenüber dem unteren Gehäuseteil 30' platziert, dass die Aufnahmen 61 des oberen Gehäuseteils 20' im Bereich der Verbindungselemente 71 liegen, die axial nach oben von der Stirnfläche 36 des unteren Gehäuseteils 30' abstehen. Die Aufnahmen 61 können so in Steckrichtung S auf die Verbindungselemente 71 gesteckt werden. Durch eine Drehbewegung des oberen Gehäuseteils 20' verriegeln die Verbindungselemente 71 mit den Aufnahmen 61, wobei die Aufnahmen 61 ebenfalls als Verbindungselemente agieren.
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Bei den Ausführungsformen der 1 bis 12 beinhaltet die mechanische Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen eine Kombination aus einer Steckbewegung in Richtung einer Steckachse S und einer Drehbewegung um diese Steckachse S herum. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet die mechanische Verbindung eine Kombination aus einer Steckbewegung in Richtung einer Steckachse S und einer linearen Zusatzbewegung. Eine solche Kombination soll beispielhaft anhand der 13 bis 17 erläutert werden, wobei die übrigen Komponenten des Überspannungsschutzgerätes ansonsten analog zu bereits beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein können.
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13 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein unteres Gehäuseteil 30'' mit einer Verriegelungsmöglichkeit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Auf der Stirnfläche 36 des unteren Gehäuseteils 30'' sind zwei Aufnahmen mit jeweils einer T-Nut ausgebildet, deren Funktion beispielhaft anhand einer Aufnahme 60 erläutert wird. Die beiden Aufnahmen liegen sich gegenüber der Steckachse S gegenüber. Eine Aufnahme 60 weist erneut eine runde Stecköffnung 62 auf, deren Durchmesser so dimensioniert ist, dass der runde Kopf eines Verbindungselementes 70 eines oberen Gehäuseteils 30'' in Steckrichtung S durch diese Stecköffnung 62 geschoben werden kann (nicht dargestellt). Anschließend wird das Verbindungselement 70 linear in Richtung eines Linearschlitzes 63' bewegt, während sein Kopf in einem Verriegelungsabschnitt 64 wenigstens in Richtung der Steckachse S formschlüssig verriegelt. Der Verriegelungsabschnitt 64 ist in der 13 gestrichelt dargestellt. Auch dieser Verriegelungsabschnitt 64 kann in einem Winkel von dem Verlauf einer Stecköffnung 62 abzweigen, der größer als 90° ist, um so eine Gewindewirkung zu erzeugen. Auch ergänzende Rastmittel können vorgesehen werden.
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Der erläuterte Verriegelungsvorgang kann gleichzeitig mit zwei oder mehr T-förmigen Verbindungselementen durchgeführt werden, indem ein Deckel 20'' mit den Verbindungselementen so gegenüber den Aufnahmen in der Unterschale 30'' platziert wird, dass ihre Köpfe in Steckrichtung S in die jeweilige Stecköffnung eingeschoben werden können. Dann wird der Deckel 20'' linear in Richtung der Linearschlitze der Aufnahmen bewegt und alle Verbindungselemente verriegeln gleichzeitig in den jeweiligen Aufnahmen.
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14 zeigt ein solches Überspannungsschutzgerät mit einem unteren Gehäuseteil 30'' gemäß 13 und einer schematischen Darstellung eines oberen Gehäuseteils 20'' beim Steckvorgang, wobei der Steckvorgang erneut exemplarisch anhand der Aufnahme 60 erläutert wird. Das obere Gehäuseteil 20'' (schematisch gestrichelt dargestellt) wird versetzt zum unteren Gehäuseteil 30'' platziert, so dass das axial nach unten abstehende Verbindungselement 70 mit einer Bewegung in Richtung der Steckachse S in die Stecköffnung 62 eingesteckt werden kann. Das Verbindungselement 70 an dem oberen Gehäuseteil 20'' ist ebenfalls gestrichelt dargestellt. Wie der 15 zu entnehmen ist, wird das obere Gehäuseteil 20'' in Richtung K linear gegenüber dem unteren Gehäuseteil 30'' verschoben, wodurch sich das Verbindungselement 70 in den Verriegelungsabschnitt 64 der T-Nut schiebt und dort verriegelt. Die vollständige Verriegelung erfolgt vorzugsweise, wenn das obere und untere Gehäuseteil bündig übereinander liegen. 15 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Überspannungsschutzgerät bei einem solchen Verriegelungsvorgang.
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16 und 17 zeigen diese Verriegelung ergänzend anhand eines schematischen Schnitts B-B gemäß 14. Daraus ist ersichtlich, wie zunächst ein oberes Gehäuseteil 20'' so gegenüber einem unteren Gehäuseteil 30'' platziert wird, dass ein T-förmiges Verbindungselement 70 in Steckrichtung S in eine Aufnahme 60 eingesteckt werden kann. Anschließend wird das obere Gehäuseteil 20'' linear in Richtung K bewegt, wodurch sich der Kopf des Verbindungselementes 70 in den Verriegelungsabschnitt 64 der T-Nut bewegt und dort in Richtung der Steckachse S formschlüssig verriegelt.
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Bezugszeichenliste
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- 10,10'
- Überspannungsschutzgerät
- 20,20',20''
- Erstes Gehäuseteil, Oberschale, Deckel
- 30,30',30''
- Zweites Gehäuseteil, Unterschale
- 21,22,23,24
- Verbindungselement, Bajonettstift
- 25
- Mantelfläche
- 26
- Anlagefläche
- 27
- Nut
- 31,32,33,34
- Verbindungselement, Aufnahme, Bajonettnut
- 34'
- Rampe
- 35
- Mantelfläche
- 36
- Stirnfläche
- 37
- Stift
- 40
- Steckabschnitt
- 41
- Verriegelungsabschnitt
- 50,51,52
- Rastmittel
- 60
- Aufnahme, T-Nut
- 61
- Aufnahme, Schwalbenschwanznut
- 62
- Stecköffnung
- 63
- Verdrehschlitz
- 63'
- Linearschlitz
- 64
- Verriegelungsabschnitt
- 70
- Verbindungselement, T-Stück
- 71
- Verbindungselement, Schwalbenschwanzelement
- 80,81
- Elektrode
- 82
- Isolation
- 83
- Überspannungsableiter, Gasableiter
- 84
- Zündleiterplatte
- X,S
- Längsachse, Steckachse, Steckrichtung
- D
- Drehrichtung
- K
- Bewegungsrichtung, linear
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007015930 A1 [0004]
