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Die Erfindung geht aus von einer Verbinderanordnung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
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Desweiteren geht die Erfindung aus von einem System, aufweisend eine Verbinderanordnung nach Anspruch 1, eine Leiterkarte und einen Stromkreisunterbrecher.
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Derartige Verbinderanordnungen und Systeme werden benötigt, um einen Stromkreisunterbrecher an einer Leiterkarte zu befestigen und elektrisch leitend mit einem Stromkreis der Leiterkarte zu verbinden. Dadurch ist es möglich, den betreffenden Stromkreis entweder zu schließen oder ihn bei Bedarf zu unterbrechen. Solche Stromkreise können für Hochstromanwendungen, also für hohe Stromstärken von mehr als 16 A („Ampere“), also z. B. mindestens 24 A, beispielsweise mindestens 32 A, insbesondere mindestens 48 A, bevorzugt mindestens 56 A, besonders bevorzugt vom sogar 64 A und mehr, so z. B. auch für Stromstärken von 70 A und mehr oder gar 76 A und mehr, z. B. sogar 82 A und mehr ausgelegt sein.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
EP 3 794 684 A1 offenbart eine Leiterkartensteckverbindung, die dazu dient, ein elektrisches Kabel mit einer Leiterkarte elektrisch zu verbinden, um ggf. auch Ströme hoher Stromstärken vom Kabel an die Leiterkarte zu übertragen.
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Die
WO 2012/000807 A1 zeigt ein busfähiges Anschlusssystem für diverse Module, z. B. einem leiterkartenmontierbaren Schütz. Dazu wird ein Halteelement offenbart, das einen Rahmen oder, zur Montage des besagten Schützes, einen Blockdeckel besitzt, welcher ein größeres Raster aufweist als der Rahmen.
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Nachteilig im Stand der Technik ist der hohe Aufwand, der nötig ist, um einen solchen Stromkreisunterbrecher auf einer Leiterkarte zu montieren und elektrisch leitend mit einem Stromkreis, insbesondere mit einem hochstromfähigen Stromkreis, der Leiterkarte zu verbinden.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach handhabbare und unaufwändig zu fertigende Verbinderanordnung mit einer möglichst hohen Stromtragfähigkeit anzugeben, mit der es möglich ist, einen Stromkreisunterbrecher an einer Leiterkarte zu befestigen und elektrisch leitend mit einem Stromkreis der Leiterkarte zu verbinden, um diesen Stromkreis wahlweise zu schließen oder zu unterbrechen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Eine Verbinderanordnung dient zur Leiterplattenmontage eines Stromkreisunterbrechers und besitzt zumindest Folgendes:
- Mindestens zwei um einen Verbindungswinkel gewinkelte Stiftkontakte, wobei jeder der Stiftkontakte einstückig aus Metall gebildet ist und zumindest Folgendes aufweist:
- Einen anschlussseitigen Anschlussbereich zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem Stromkreisunterbrecher,
- einen steckseitigen Steckbereich zum Einstecken in eine Durchgangskontaktöffnung einer Leiterkarte, wobei der Steckbereich folgendes aufweist:
- - Einem kreisrunden Querschnitt,
- - eine in Steckrichtung verlaufenden Steckachse und
- - zumindest zwei einander in der Steckachse kreuzende Schlitze, wodurch
- - im Steckbereich des jeweiligen Stiftkontakts zumindest vier in Steckrichtung weisende Stecksegmente mit je einer kreissegmentartigen Außenkontur gebildet sind, und
- einen den Steckbereich mit dem Anschlussbereich verbindenden, um den Verbindungswinkel gewinkelten Verbindungsabschnitt.
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Ein System besteht aus einer Verbinderanordnung der vorgenannten Art und einer Leiterkarte sowie einem Stromkreisunterbrecher, insbesondere in Form eines Leitungsschutzschalters und/oder Fehlerstromschutzschalters, wobei die Leiterkarte einen Stromkreis besitzt. Der Stromkreis besitzt zumindest eine Leiterbahn und ist mit zumindest zwei Durchgangskontaktöffnungen der Leiterkarte elektrisch leitend verbunden. Dabei besteht die Durchgangskontaktöffnung aus einer kreisrunden Durchgangsöffnung der Leiterkarte, in welcher innenseitig elektrisches Kontaktmaterial aufgebracht und mit zu mindestens einer Leiterbahn gehört oder mit zumindest einer Leiterbahn elektrisch leitend verbunden ist. Der Stromkreisunterbrecher besitzt einen mechanischen Trenner/ Schalter mit zumindest zwei durch den Trenner/ Schalter wahlweise elektrisch trennbaren sowie elektrisch verbindbaren Anschlüssen. Mit jedem dieser beiden Anschlüsse ist je einer der gewinkelten Stiftkontakte anschlussseitig elektrisch leitend verbunden oder zumindest verbindbar. Steckseitig ist der jeweilige Stiftkontakt in die besagte Durchgangskontaktöffnung eingesteckt oder einsteckbar und so zum Anschluss des Stromkreisunterbrechers an den Schaltkreis elektrisch leitend mit dem Stromkreis verbunden oder zumindest verbindbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jeder Stiftkontakt mit seinem Steckbereich direkt in entsprechende Durchgangskontaktöffnungen der Leiterkarte steckbar und dadurch elektrisch mit dem darin befindlichen Kontaktmaterial der entsprechenden Leiterbahn des Stromkreises der Leiterkarte kontaktierbar ist. Durch die kreissegmentartige Außenkontur der Stecksegmente ist eine großflächige elektrische Verbindung zwischen dem Stiftkontakt einerseits und dem Kontaktmaterial, mit welchem die Innenfläche der Durchgansöffnung („Durchgangskontaktöffnung“) der Leiterkarte beschichtet ist, und damit auch eine besonders stromtragfähige elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitend damit verbundenen Stromkreis der Leiterkarte, ermöglicht.
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Da der Leiterkartenverbinder zumindest zwei, sich in seiner Steckachse kreuzende verlaufenden Schlitz aufweist, kann er die zur Steckverbindung notwendige Elastizität aufbringen. Insbesondere können seine dadurch gebildeten Stecksegmente sich beim Stecken unter Aufbringung einer entsprechenden Gegenkraft zumindest geringfügig aufeinander zu bewegen.
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Der Stiftkontakt kann zumindest in seinem Steckbereich eine Symmetrie aufweisen und kann, zumindest in diesem Bereich, rotationssymmetrisch und/oder spiegelsymmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch, ausgeführt sein. Bevorzugt kann es sich bei der Steckachse gleichzeitig um eine Stiftachse und damit um eine Symmetrieachse des Stiftkontakts oder zumindest eines Abschnitts, nämlich des Steckbereichs, des Stiftkontakts handeln.
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Vorteilhafterweise kann der Stiftkontakt in gestecktem Zustand mit seinem steckseitigen Ende durch die Durchgangskontaktöffnung der Leiterkarte ragen und dabei an dem in der Durchgangskontaktöffnung angeordneten Kontaktmaterial der Leiterkarte elektrisch leitend kontaktieren und so mit dem besagten Stromkreis elektrisch leitend zur Hochstromübertragung verbunden sein. Von besonderem Vorteil ist, dass in dem Steckbereich durch die besagten zumindest vier, insbesondere gleiche, in Steckrichtung weisende Stecksegmente des Leiterkartenverbinders gebildet sind. Diese Stecksegmente können durch eine zumindest geringfügige elastische Verformung des Steckbereichs, beispielsweise durch ein Zusammendrücken der Stecksegmente, zumindest geringfügig auf einander zu bewegt werden. Durch seinen mindestens einen Schlitz und seine Elastizität, insbesondere sein zumindest geringfügig reversibel verformbares Material, insbesondere Metall, weist der Steckbereich schließlich die dafür benötigte zumindest geringfügige Verformbarkeit auf.
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Beim Stecken können sich die Stecksegmente aufeinander zu bewegen, wobei sich ihre Außenflächen idealerweise parallel zur Steckrichtung ausrichten und unter Aufbringung einer entsprechenden nach außen wirkenden Gegenkraft mit einem in der Durchgangskontaktöffnung der Leiterkarte angeordneten Kontaktmaterial, auch in Steckrichtung betrachtet, mit einer größtmöglichen gemeinsamen Kontaktfläche idealerweise in paralleler Ausrichtung elektrisch leitend kontaktieren. Das Kontaktmaterial gehört bevorzugt zu einer Leiterbahn des Stromkreises der Leiterkarte, d. h. es ist zumindest elektrisch leitend mit der jeweiligen Leiterbahn verbunden.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass der Stromkreisunterbrecher bereits durch das Einstecken des Steckbereichs der Stiftkontakte in die Durchgangskontaktöffnungen der Leiterkarte an der Leiterkarte befestigt sein kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Verbindungswinkel größer ist als 85° und kleiner ist als 95°. Insbesondere kann es sich bei dem Verbindungswinkel idealisiert betrachtet um einen rechten Winkel handeln. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dadurch marktübliche Stromkreisunterbrecher eingesetzt werden können, Diese besitzen üblicherweise je zwei elektrische Anschlüsse, welche sich an einander gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses des jeweiligen Stromkreisunterbrechers befinden. Auf diese Weise können beide Anschlüsse mit geringstmöglichem Aufwand mit der Leiterkarte verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Schlitze entweder im Steckbereich oder spätestens im Verbindungsabschnitt, bevorzugt jedenfalls steckseitig des Verbindungswinkels, enden.
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Weiterhin kann jeder Stiftkontakt aus einem zumindest geringfügig reversibel verformbaren metallischen Material gebildet sein. Zumindest Abschnittsweise kann es sich bei dem Stiftkontakt um ein Drehteil handelt. Die Schlitze können durch Sägen oder Fräsen in den Steckbereich eingebracht sein.
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Der Steckbereich kann symmetrisch ausgeführt sein. Bei der Stiftachse kann es sich zumindest bereichsweise um eine Symmetrieachse des Steckbereichs handeln.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung vergrößert sich der Durchmesser des Steckbereichs im ungesteckten Zustand zum steckseitigen Ende des Stiftkontakts hin zumindest geringfügig. Dies hat den Vorteil, dass sich die Außenflächen der Stecksegmente im gesteckten Zustand unter Aufbringung einer durch die Verformung entsprechend nach außen gerichteten Gegenkraft, die als Andruckkraft und damit als Kontaktkraft wirkt, parallel ausrichten. Dies besitzt zusätzlich zum positiven Effekt, den die kreissegmentartigen Außenkontur besitzt, auch noch den weiteren positiven Effekt, dass die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Stiftkontakt und der Durchgangskontaktöffnung auch in Steckrichtung optimiert, nämlich maximiert, ist. Auf diese Weise wird insgesamt eine größtmögliche gemeinsame Kontaktfläche zwischen dem Stiftkontakt und der Durchgangskontaktöffnung bei gleichzeitiger Aufbringung der notwenigen Andruckkraft erreicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Verbindungsabschnitt zumindest im Bereich des Verbindungswinkels von einem elektrisch isolierenden Material umgeben. Dies ist zum einen vorteilhaft, weil der Kontaktstift dadurch berührungsgeschützt ist und gefahrlos an dem isolierenden Material händisch angefasst/ berührt werden kann. Zum anderen kann das isolierende Material auch durch einen Kontaktträger gebildet sein, welcher den jeweiligen Verbindungskontakt im Bereich dessen Verbindungswinkels umgreift.
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Ein solcher Kontaktträger kann weiterhin eine Rastvorrichtung zur zusätzlichen Befestigung/ Verbesserung der Befestigung des Stiftkontakts an der Leiterkarte aufweisen. Dies ist besonders vorteilhaft, weil damit auch ein besonders großer und schwere Stromkreisunterbrecher an der Leiterkarte befestigt werden kann, indem er beidseitig an den beiden Stiftkontakten an der Leiterkarte gehalten ist. Dadurch ist die Verbinderanordnung an der Leiterkarte mit einfachen Mitteln und händisch unaufwändig und selbsterklärend verrastbar und wieder lösbar, was den Vorteil hat, dass somit auch der Stromkreisunterbrecher an der Leiterkarte verrastbar und ebenso einfach wieder lösbar ist. Die Rastvorrichtung kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer Rastarme ausgeführt sein, an deren Ende sich je ein Rasthaken befindet.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1a ein Stiftkontakt gemäß dem Stand der Technik;
- 1 b eine Leiterkarte gemäß dem Stand der Technik;
- 1c ein Kontaktträger mit Rastarmen gemäß dem Stand der Technik;
- 1d eine Anordnung aus den vorgenannten Komponenten;
- 2a, b einen gewinkelten Stiftkontakt ohne und mit einer Kunststoffummantelung;
- 3a, b einen Stromkreisunterbrecher mit zwei damit zu verbindenden, bzw. damit verbundenen, gewinkelten Stiftkontakten;
- 4 Eine Leiterkarte und einen daran über die beiden gewinkelten Stiftkontakte mittels je einem Isolierkörper befestigten Stromkreisunterbrecher.
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Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein. Richtungsangaben wie beispielsweise „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.
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Die 1a zeigt einen dem Stand der Technik entsprechenden Stiftkontakt 1. Dieser besitzt einen Steckbereich 11, der durch zwei sich in einer nicht gezeigten Steckachse rechtwinklig kreuzenden Schlitzen 140 in vier in Steckrichtung weisende Stecksegmente 114 unterteilt ist. Die Steckachse ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet, ergibt sich dem Fachmann aber aus der Symmetrie des Steckbereichs 11 anhand des vorgesagten.
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Die 1b zeigt eine Leiterkarte 4 mit Durchgangskontaktöffnungen 41 und Rastausnehmungen 43. Die Durchgangskontaktöffnungen 41 sind als Durchgangskontaktöffnungen mit je einer elektrisch leitenden Innenbeschichtung aus elektrisch leitendem Kontaktmaterial versehen.
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Die 1c zeigt einen Kontaktträger 3 mit Rastarmen 33. In dem Kontaktträger 3 sind zwei Stiftkontakte 1 aufgenommen.
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Die 1d zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung aus den vorgenannten Komponenten, nämlich den zwei Stiftkontakten 1, der Leiterkarte 4 sowie dem mittels seiner Rastarme 33 an den Rastausnehmungen 43 der Leiterkarte 4 verrasteten Kontaktträger 3.
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Die 2a zeigt einen einteiligen, gewinkelten Stiftkontakt 1'. Dieser besitzt einen Anschlussbereich 18 sowie einen Steckbereich 11, die über einen gewinkelten Verbindungsabschnitt 19 des Stiftkontakts 1' miteinander in Verbindung stehen. Der Steckbereich 11 ist durch zwei sich in einer nicht gezeigten Steckachse rechtwinklig kreuzenden Schlitzen 140 in vier in Steckrichtung weisende Stecksegmente 114 unterteilt.
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Die 2b zeigt den gewinkelten Stiftkontakt 1' mit einer Ummantelung 3', welche den Stiftkontakt 1' im Bereich seines Verbindungsabschnitts 19 umgibt. Die Ummantelung 3' besteht aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material.
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Die 3a zeigt einen Stromkreisunterbrecher 2 in Form einer sogenannten „Black Box“, also ohne seine Funktionsweise darzustellen. Dieser besitzt in der Zeichnung rechts und links - also an zwei einander gegenüberliegenden Seiten - je einen nicht näher bezeichneten elektrischen Anschluss. An jedem dieser Anschlüsse ist der jeweils daran anzuschließende gewinkelte Stiftkontakt 1' angeordnet.
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Die 3b zeigt den Stromkreisunterbrecher 2 mit den beiden daran angeschlossenen gewinkelten Stiftkontakten 1'.
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Die 4 zeigt eine Anordnung, aufweisend z.B. die aus dem Stand der Technik bekannte - oder ein damit vergleichbare - Leiterkarte 4 und den daran befestigten und elektrisch leitend damit verbundenen Stromkreisunterbrecher 2. Dazu ist die jeweilige Ummantelung 3' durch je eine Rastvorrichtung, die als Rastarm 33 ausgeführt ist, ergänzt, so dass es sich bereits um einen Kontaktträger 3'' handelt. Auf diese Weise besitzt jeder der beiden gewinkelten Stiftkontakte 1' einen eigenen separaten Kontaktträger 3'', welcher an der Leiterkarte 4 mit seinem jeweiligen Rastarm 33 verrastbar ist. Gemeinsam können die beiden Kontaktträger 3'' sich selbst, den jeweils darin aufgenommenen gewinkelten Stiftkontakt 1' und damit den Stromkreisunterbrecher 2 an der Leiterkarte 4 befestigen. Zum Lösen ist an jedem Rastarm 33 ein Hebelarm 34 angeformt. Durch Zusammendrücken der beiden Hebelarme 34 schwenken die beiden gezeigten Rastarme 33 entrastend auseinander und der Stromkreisunterbrecher 2 kann von der Leiterkarte 4 gelöst werden.
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Die gewinkelten Stiftkontakte 1' sind dabei mit ihrem jeweiligen Steckbereich 11 durch je eine Durchgangskontaktöffnung 41 der Leiterkarte 4 gesteckt und kontaktieren elektrisch mit dem Kontaktmaterial der elektrisch leitenden Innenbeschichtung dieser Durchgangskontaktöffnung 41. Dieses Kontaktmaterial gehört zu Leiterbahmen eines vom Stromkreisunterbrecher 2 wahlweise zu unterbrechenden oder auch elektrisch leitend zu verbindenden Stromkreises der Leiterkarte 4.
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Beim Einstecken des Steckbereichs 11 des jeweiligen Stiftkontakts 1' in die jeweilige Durchgangskontaktöffnung 41 der Leiterkarte 4 bewegen sich die an ihren Enden außen konisch verlaufenden Stecksegmente 114 geringfügig aufeinander zu, was durch das ausreichend elastische, metallische Material der Stiftkontakte 1' begünstigt ist. Dabei richten sich ihre im nicht gesteckten Zustand geringfügig nach außen gerichteten Außenflächen idealerweise parallel zur Steckachse und somit zur Steckrichtung aus. Dies geschieht unter Aufbringung einer entsprechenden nach außen wirkenden Gegenkraft, durch die sie mit dem in der Durchgangskontaktöffnung 41 der Leiterkarte 4 angeordneten Kontaktmaterial mit einer größtmöglichen gemeinsamen Kontaktfläche idealerweise in paralleler Ausrichtung elektrisch leitend kontaktieren. Das Kontaktmaterial gehört bevorzugt zu einer Leiterbahn des Stromkreises der Leiterkarte 4 und/oder es ist zumindest elektrisch leitend mit der Leiterbahn verbunden. Dadurch ist im Betriebszustand eine Übertragung besonders hoher Stromstärken zwischen dem Stromkreisunterbrecher 2 und der Leiterkarte 4 mit sehr geringem händischen und konstruktiven Aufwand ermöglicht. Diese Stiftkontakte 1' müssen dazu lediglich an den - sonst auch im Schaltschank o.ä. einsetzbaren - Stromkreisunterbrecher 2 angeschlossen werden und gemeinsam in die Durchgangskontaktöffnungen 41 der Leiterkarte 4 gesteckt werden, während die Rastarme 33 der Stiftkontakte 1' an Rastausnehmungen 43 der Leiterkarte 4 verrasten. Durch Zusammendrücken der beiden Hebelarme 34 der beiden gezeigten Kontaktträger 3'' kann diese Verrastung - wie bereits erwähnt - wieder aufgehoben, also entrastet, und der Stromkreisunterbrecher 2 von der Leiterkarte 4 entfernt werden.
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Somit ist der Stromkreisunterbrecher 2 in einer sehr unaufwändigen und preiswerten Weise sowohl mechanisch an der Leiterkarte 4 befestigt als auch elektrisch leitend damit verbunden und auch wieder getrennt werden. Besonders wichtig ist es weiterhin, dass diese elektrisch leitende Verbindung durch die Außenkontur der Stecksegmente 114, welche sich optimal in die Form der Durchgangskontaktöffnung 41 einfügt, eine besonders hohe Stromtragfähigkeit besitzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stiftkontakt
- 1'
- gewinkelter Stiftkontakt
- 11
- Steckbereich
- 114
- Stecksegment
- 140
- Schlitze
- 18
- Anschlussbereich gewinkelter Verbindungsabschnitt
- 2
- Stromkreisunterbrecher
- 3, 3', 3''
- Kontaktträger, Ummantelung
- 33
- Rastarm/ Hebelarm
- 4
- Leiterkarte
- 41
- Durchgangskontaktöffnung
- 43
- Rastausnehmung
- α
- Verbindungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3794684 A1 [0004]
- WO 2012000807 A1 [0005]
