DE2332850A1

DE2332850A1 - Vorrichtung zum schutz von elektrischen stromkreisen vor ueberlastung

Info

Publication number: DE2332850A1
Application number: DE2332850A
Authority: DE
Inventors: Bertram William Baumbach
Original assignee: Reliable Electric Co
Current assignee: Reliable Electric Co
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1974-03-07
Also published as: BR7305644D0; SE394343B; JPS4963945A; ZA733711B; CA988976A; FR2197224B1; GB1415955A; AR195027A1; US3743888A; FR2197224A1; ES416506A1; AU5638273A; JPS569862B2; IT986184B

Description

RELIABLE ELECTRIC COMPANY, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 11333 Addison Street, Franklin Park« Illinois 60131, V.St.A.

Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Stromkreisen vor Überlastung.

Schutzvorrichtungen für Leitungen der Art, mit welchen sich die vorliegende Erfindung beschäftigt, werden im allgemeinen zwischen Kontaktbänken von Fernmeldeeinrichtungen angeordnet. Solche Schutzvorrichtungen können zwischen den Schaltereinrichtungen der Fernsprechvermittlung und Teilnehmeranschlüssen angeordnet sein. Diese Schutzvorrichtungen dienen hauptsächlich zum Schutz der Anschlußeinrichtungen vor Zerstörung infolge von Überspannung und Überstrom auf der Außenleitung.

Die Schutzvorrichtung ist für den Schutz zweier Leitungen einer Schaltung der Nachrichtentechnik konzipiert. Jede Schaltung ist mit einem Schutz sowohl gegen Überspannung als gegen Überstrom ausgerüstet. Zu diesem Zweck

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GRKIINAl »NSPECTE©

Ist für jede Schaltung ein Ableiter-Bauteil vorgesehen. Wenn eine kurz dauernde Überspannung an einer oder an beiden ankommenden, mit der Schutzvorrichtung verbundenen Leitungen auftritt, steht in der Schutzvorrichtung eine Funkenstrecke in einer geerdeten iiberspannungs-Nebenschlußleitung zur Verfugung, so daß die Überspannung die Einrichtungen der .Anschlüsse oder der zentralen Vermittlung nicht erreicht. Wenn eine fehlerhafte Überspannung längere Zeit anhält, oder wenri Überstrom bei einer derartigen Spannung auftritt, daß sich ein Bogen über die Funkenstrecke bildet, erzeugt der durch die Überspannungs-Nebenschlußschaltuna fließende Strom genügend Wärme, um eine schmelzbare : erle ο.dgl. aus Lötmittel in der Überspannunqs-Nebenschlußleitung zu schmelzen. Die Leitung wird dann durch eine Überstrom-Nebenschlußschaltung operriph.Zusätzlich ist in der Schaltung der Leitunq eine Heizdrahtspule angeordnet, welche die Lötmittel perle zum Schmelzen bringen soll, wenn ein Überstromzustand auftritt, bei welchem sich kein Bogen über die Entladungstrecke bilden kann. In diesem Falle schmilzt die Lötmittelkugel und schließt die Überstrom-Nebenschlußleitung zur Erde.

Das Bauteil enthält zwei normalerweise mit Abstand zueinander angeordnete Kontakte in Form eines Bechers und eines Spulenkörpers,die von einer Manschette aus Isoliermaterial umgeben sind, um einen möglichen Überschlag zu dem benachbarten Bauteil der anderen Leitung zu vermeiden. Diese Kontakte befinden sich in der Überstrom-Nebenschlußschaltung. Das becherförmige Teil ruht auf dem metallischen Erdleitungsstreifen. Die Hitzdrahtspule ist pm den Schaft des Spulenkörper gewickelt, wodurch die von iier Heixdrahtspuleausgehende Wärme den Spulenkörper erhitzt . der seinerseits <ji_e Wärme zu dem Lötmittelkuegelschen

überträgt. Das obere Ende des Spulenschaftes trägt einen

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Isolator mit einem peripheren Metallring, und die Heizspule ist mit dem peripheren Ring und mit der Spule verbunden. Der Ring und die Spule liegen zusammen mit der Heizspule in Reihe mit der Leitung. Die Spule und der Ring stehen in Eingriff mit Kontakten, welche Anschlußstifte der Leitung mit der Schutzvorrichtung verbinden. Einer'der Kontakte stellt eine Feder dar, welche die Kontakte der Überstrom-Nebenschlußschaltung beim Schmelzen des Lötmittelkuegelchens entweder durch Einwirkung der Heizspule oder durch Ein wirkung des Stroms durch die Überspannungs-Nebenschlußschaltung zusammendrückt.

Demgemäß soll die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung der beschriebenen Art zum Schutz elektrischer Stromkreise schaffen, welche einen Schutz gegen das Auftreten von Überspannung und von Überstrom bildet, und in welcher eine Heizdrahtspu3»iⁿ der Leitungsschaltuna in besonderer Stellung in der Nachbarschaft einer Lötmittelperle o.dgl. in der Überspannungs-Nebenschlußschaltunq anqeordnet ist, so daß das Lötmittel . durch einen hinreichend großen Strom in der Überspannungs-Nebenschlußschaltuna oder durch hinreichende Wäremeentwicklunq in der Heizspule zum Schmelzen gebracht werden kann.

Die Erfindung soll eine Leitungsschutzvorrichtung mit einer Heizdrahtspu.3eund einem Spulenkörper schaffen, die sich durch Einfachheit auszeichnet und sich für die Massenproduktion mit relativ geringen Kosten eignet. DieHeizdrahtspule der Schutzvorrichtung soll wiederverwendbar sein, indem lediglich das Lötmittelkuegelchen ersetzt werden muß, um die Einheit wieder in normale Betriebsbereitschaft zu versetzen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen steckaren Leitungsschutzvorrichtung;

Fig. 2 einen Teil einer seitlichen Schnittansicht der Schutzvorrichtung;

Fig. 3 einen Teil einer teilweise geschnittenen Vorderansicht der Schutzvorrichtung;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.2 im Bereich der Heizspule · und

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig.4, welche die Ableiter-Einheiten nach dem Schmelze des darin enthaltenen Lötmittel körpers zeigt.

In Fig. 1 ist eine Leitungsschutzvorrichtung 10 für zwei Fernmeldeleitungen dargestellt. Es ist jedoch hervorzuheben, daß die Prinzipien der Erfindung auch auf eine Schutzvorrichtung für nur eine einzige Leitung Anwendung finden können.

Die Schutzvorrichtung 10 umfaßt eine Grundplatte 15 und ein langgestrecktes abnehmbares Gehäuse 16 von allgemein rechteckigem Querschnitt. Die Grundplatte 15 und das Gehäuse 16 bestehen aus einem geeigneten dielektrischen Plastikmaterial. Das Gehäuse 16 kann an der Grundplatte 15 durch Vorsprünge 17 befestigt werden, welche in die entsprechend geformten Öffnungen in den Seitenwänden' des Gehäuses 16 einrasten. Das obere Ende des Gehäuses 16, d.h. das von der Grundplatte 15 entfernte Ende, kann einen Hals 18 besitzen, der in einem Flansch 19 ended, an welchem die Schutzvorrichtung beim Herausnehmen aus und beim Einsetzen in eine aufnehmende Einrichtung gefaßt werden kann.

An der Grundplatte 15 sind eine Reihe von vorstehenden, leitfähigen Einsteck-Anschlußstiften 25 - 30 befestigt. Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung umfaßt

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einen ersten Leitungsstift 25, einen ersten Amtsleitungsstift 29, einen zweiten Leitungsstift 26, einen zweiten Amtsleitungsstift 30, einen Orientierungsstift 28 und einen Massestift 27. Der erste Leitungsstift 25 und der erste Amtsleitungsstift 29 liegen in einer der Leitungen durch die Schutzvorrichtung 10, während der zweite Leitungsstift 26 und der zweite Amtsleitungsstift 30 in der anderen Leitung durch die Schutzvorrichtung 10 liegen. Der Massestift 21 ist beiden Leitungen gemeinsam, während der Orientierungsstift 28 ein nicht verbundener oder "blinder" Stift ist, welcher die richtige Orientierung der Schutzvorrichtung beim Einstecken in die aufnehmende Einrichtung sicherstellt.

Der Stift 25 ist elektrisch und mechanisch mit einem Kontakt 35 verbunden, der aus einem ebenen, federähnlichen Material gebildet ist. Wie aus Fig.2 hervorgeht, besitzt der Kontakt 35 einen unteren Teil 37, der auf einer Längsrippe 38 auf der Grundplatte 15 aufliegt. Der untere Teil 37 läuft in einen Flansch 50 aus, in den der Stift 25 gesteckt ist. In entsprechender Weise ist der Kontakt 42, der dieselbe Form besitzt wie der Kontakt 35, mit dem Stift 26 verbunden.

Ein weiterer Kontakt 40 hält an seinem unteren Flansch 39 den Stift 29. In entsprechender Weise hält ein Kontakt 41, dessen Form der des Kontaktes 4o entspricht, den Stift 30.

Für jede der. beiden Leitungen ist ein herausnehmbares und ersetzbares Ableiter-Bauteil 60 für die Bildung einer ersten Nebenschlußverbindung mit dem Massestift 27 im Falle des Auftretens von Überstrom und einer zweiten Nebenschlußverbindung mit dem Massestift im Fall des Auftretens einer Überspannung vorgesehen. Die Bauteile

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'sind gleich und enthalten metallische Kontakte in Form eines Spulenkörpers 62 und eines Bechers 64. Der Spulenkörper 62 und der Becher 64 werden von einer Manschette 66 aus isolierendem Material umgeben. In dem Becher 64 befindet sich eine Kohlebogen-Entladungsstrecke mit zwei Kohleblöcken 68,70 und einem Isoliertedi 7?. Der Kohleblock 68 ist auf geeignete Weise mit dem Isolierteil 72 verkfe bt, und das Isolierteil 72 stößt an einem Ende als Distanzhalter gegen den Kchleblock 70, so daß ein Luftspalt 74 zwischen den Kohleblöcken 68 und 70 entsteht. Der Luftspalt 74 wird durch die Mindest-Durchschlagspannung festgelegt, für welche die Eihlvit konstruiert ist. Ein schmelzbares Lötmitteldistanzstück 76 befindet sich zwischen dem Kohleblock te \;nc (.s-rr. Jpuicrkörper €2, so daß bei normalem Betriebszustand der Einheit die zylindrische Grundscheibe 63 des Spuler.körpers und der Rand des Bechers 64 im Abstand voneinander qehalten werden.

Die oberen Teile der Kontakte 35,42,40,41 liegen in Ausnehmungen 78 der Seitenwände des Gehäuses 16. Die beiden oberen Teile der Kontakte 35,42 enden in einen-, nach unten gerichteten etwa V-förmiqen Abschnitt 30, der dem oberer. Ende des Schaftes 65 des zugehörigen Spulenkörpers 62 fest anliegt. Auf diese Weise bildet jeder Kontakt 35, 42 eine Feder, welche den Spulenkörper 62 gegen den Becher 64 drückt; das Aufeinandertreffen des Bechers 64 und des Spulenkörpers 62 wird jedoch im normalen P^⁴Tr* *v-szustanri der Schutzvorrichtung durch das Lötmitteldistanzstück 76verhindert.

Der Spulenkörperschaft 65 besitzt einen teilweise reduzierten Umfang, wodurch eine Schulter 71 gebildet wird, die ein zylindrisches Isolierteil 73 trägt. Ein metallischer Kontaktring 75 ist als Hülle am Umfang des Isolatorteils 73 befestigt und steht in Gleitkontakt mit dem

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nach unten weisenden Ende 77 der Kontakte 40 bzw. 41. Eine Hitzdrahtspule 79 ist um den Schaft 65 des Spulenkörpers zwischen der Schulter 71 und der Platte 63 gewickelt. Die Enden der Hitzdrahtspule 79 sind am Umf'angsbereich der Platte 63 und des Ringes 75 verlötet. Der Spulenkörperschaft 65 ist für die Befestigung auf einem Dorn konisch ausgehölt, so daß die Hitzdrahtspule an Ort und Stelle gewickelt werden kann.

Im normalen Betriebszustand der Schutzvorrichtung fließt Strom über den Stift 29 durch den Kentakt 40, den Ring 75, Heizdrahtspule 79, den Spulenkörper 62, den Kontakt 35 zum Stift 25. In der anderen, -von dem Stift zum Stift 30 führenden Leitung fließt der Strom durch die Kontakte 41,42 und die Hitzdrahtspule, den Spulenkörper sowie den Kontaktring des zugehöriger. Bauteiles 60.

Ein Erdleitungsstreifen 45 besitzt einen herabhängenden Steqt 48, in welchem der Massestift ?7 sitzt. Die Bodenteile der entsprechenden Becher 64 ruhen auf dem Erdleitunasstreifen 45, wodurch die Becher. 64 aeerdet werden. An entgegengesetzten Seiten des Stegs 48 besitzt der Erdleitungsstreifen 45 dünne Streifen 52,5? aus dielektrischem Band, die nach unten weisen und den unteren Abschnitten der Kontakte 35,42 anliegen. Die Randstreifen 52,52 isolieren die Becher 64 von den Kontakten 35,42.

Wenn während einer relativ kurzen Zeit an einer der Leitungen eine überspannung auftritt, z.B. an dem Stift 25, stellt der Kontakt 35 einen Leitunqsweg durch sein oberes '■V"-förmiaes Ende 80 den Spulenkörper 62, das Lötmittel distanzstück 76 zu dem Kohleblock 68 her. Wenn die überspannung an dem Stift 29 liegt, stellt der Kontakt 40 den Leitungsweg durch die Heizspule 79 zu dem Spulenkörper 62 her. Diese Überspannungsspitze entlädt sich

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über den Spalt 74 zu dem Kohleblock 70 und wird durch den Erdleitungsstreifen 45 zuin Massestift ?7 geerdet. Unter diesen Bedingungen schmilzt das Lötmittel distanzstück 76 nicht. Die Bestandteile der Schutzvorrichtung ver bleiben in dem z.B. in Fig. 2 dargestellten Zustand, und es ist kein weiterer Vorgang nötig, um die Schutzvorrichtung wieder in ihren normalen Betriebszustand. zu versetzen. In ähnlicher Weise erfolgt beim Auftreten der Überspannung auf der anderen Leitung, nämlich der die Stifte 26 und 30 enthaltenden Leitung, die Erdung über die Kontakte 41 oder 4? und das ihnen zugeordnete Bauteil in der oben beschriebenen Weise.

Ein Überstrornzustand kann auf einer der Leitungen infolge einer langer anhaltenden Spannung, die oberhalb der Durchschlagsspannuna liegt, auftreten. Wenn ein derartiger Überstromzustand auf der Leitung durch die Stifte ?5 und 29 auftritt, läßt d&r Strom durch das zugeordnete Bauteil 60 das Distanzstück 76 schmelzen, wie in Fig. 5 dargestellt ist, da das Lötmittel stück sich in der iJberspannunqs-Nebenschlußleitung befindet. Wenn das Lot mitteldistanzstück 76 schmilzt, setzt die Federkraft des Kontaktes 35 den Spulenkörper 62, die Heizdrahtspule und den Isolator 73 als Gesamtheit in Bewenunq, während der Kontakt 35 "gegen das Spulenkörperende und der Kontakt 40 gegen den Ring 75 gedrückt bleibt. Diese Federkraft bringt die Spulenkörperplatte 63 in Kontakt mit dem oberen Rand des Bechers 64, wodurch eine metallische Masseleitung zu dem Kassestift 27 über den Erdleitungsstreifen 47 hergestellt wird. Der Boden des Bechers 64 wird durch den Federdruck des Kontaktes 35 fest gegen den Erdleitungsstreifen 45 gepreßt, so daß für den Strom ein Leitungsweg mit geringem Widerstand gesichert ist. Wenn der beschriebene Überstromzustand in der die Stifte 26,30 enthaltenden Leitung auftritt, wird in der beschriebenen Weise eine Κε ssevr.„bindung durch den Stift 27 hergestellt, mit

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dem Unterschied, daß die Masseverbindung über die Kontakte 41 oder 42 und die entsprechenden Teile des zugehörigen Ableiter-Bauteils 60 erfolgt.

Wahlweise können die Plastikstreifen 52 aus einem Material bestehen, das schmilzt, wenn eine hinreichende Wärmemenge von dem Kohleblock 70 über den Becher 64 zu dem Plastikstreifen übertragen wird. Dieser Fall kann bei manchen Überstromzuständen eintreten, z.B. dann, wenn die Durchschlagsspannunq erreicht wird, der Strom jedoch nicht zum Schmelzen des Lötmittel distanzstück hinreicht. Beim Schmelzen des Plastikstrei-'fens 52 ergibt sich eine kurze metallische Erdverbindung von den Kontakten 35 oder 42, je nach Lage des Falles und der Federdruck der Kontakte 35 oder 42 drückt den elastischen Streifen 45 gegen den unteren Abschnitt 37 des Kontaktes.

Ein Überstromschutz wird außerdem durch die Heizdrahtspule 79 ausgeübt, die sich in jedem Bauteil 60 und damit in jeder Leitung befindet. Die Arbeitsweise der Heizspule ist für jeden Leitungsweq dieselbe, so daß es hinreicht, ihre Arbeitsweise für einen Leitungsweg, z.B. für die Leitung durch die Stifte 25 und 29 zu beschreiben.

Die Heizspule 79 ist so ausgelegt, daß sie eine hinreichende Wärmemenge erzeugt, um das Lötmitte] distanzstück

76 zu schmelzen, wenn Stärke und/oder Dauer des Stromes durch die Leitung einen festgelegten Betrag haben. Dieser Strom kann auf der Leitung auch dann auftreten, wenn die an dem Entladungsspalt erzeugte Spannung geringer als die Durchschlagsspannung ist, und dieser Strom kann ohne eine Schutzvorrichtung Einrichtungen in der Leitung zerstören. Demgemäß wird, wenn ein derartiger Überstromzustand den Draht der Heizspule 79 erwärmt,

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die Wärme auf den Spulenkörper 62 übertragen. Der Boden der Platte 63 liegt auf dem Lötmitteldistanzstück 76 in einem relativ großen Bereich auf, so daß die Wärme aus dem Spulenkörper leicht auf das Lötmittel distanzstück 76 übertragen wird und es qemäß Fig. 5 zum Schmelzen bringt. Danach schiebt der Pederdruck des Kontaktes 35 die Spulenkörperplatte 63 gegen den oberen Rand des Bechers 64, wodurch die Überstrom-Nebenschlußleitung zu dem Erdleitungsstreifen 45 und den'Massestift 27 geschlossen wird.

Die Schutzvorrichtung kann durch Entfernen des Gehäuses 16 und des betroffenen Bauteils 60 wieder in normale Betriebsbereitschaftversetzt werden. Das Bauteil 60 kann auseinandergenommen werden, das geschmolzene Lötmittel des Distanzstückes kann entfernt und ein neues Lötmitteldistanzstück angebracht werden, worauf die Teile wieder zusammengesetzt werden können. Die Heizspule "⁷^, der Spulenkörper 62 und das Isolatorteil 73 können wieder verwendet werden,' wodurch die Kosten für die Wiederherstellung der Schutzvorrichtung herabgesetzt werden.

Insgesamt wurde eine steckbare Leitunqsschutzvorrichtung für eine Fernmeldeschaltung beschrieben, welche geqer. Überspannung und Überstrom auf der !"»i'nm Schutz bietet. Ein mit Kohleblöcken ausgestatteter Modul enthält einen Luftspalt in einem Überspannungs-Neber.^chiußstronikreis zur Erdung von hohen Spannungsspitzen. Bei einem auf der Nebenschlußleitunq auftretenden Überstromzustand schmilzt ein Lötmittel tück wodurch Kontakte in einem Überstrom-Nebenschlußstromkreis zum Eingriff gebracht werden und die Leitung erden. Die Schutzvorrichtung besitzt ferner einen auf Überstrom ansprechenden Mechanismus in Form einer in der Leitung liegenden Hitzdrahtspule.

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Wenn die Spule erhitzt ist, schmilzt sie das Lötmitteldistanzstück und schließt die Kontakte in der Überstrom-Nebenschlußleitung. Einer dieser Kontakte ist ein Spulenkörper, auf welchen die Heizdrahtspule gewickelt ist und der zum Übertragen der Wärme auf ans Lötmitteldistanzstück dient.

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Claims

Ansprüche

1.; Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Stromkreisen vor Überlastung, insbesondere für Fernmeldeschaltungen, mit einer zwischen Anschlüssen verlaufenden Leitung, einem Masseanschluß, sowie mit einer ersten normalerweise geöffneten Nebenschlußschaltung zwischen der Leitung und dem Masseanschluß, wobei in der ersten Nebenschlußschaltung durch Kontaktfedern belastete Kontakte normalerweise durch' ein zwischenliegendes Lötmittelele— ment auseinandergehalten werden, gekennzeichnet durch eine zweite Nebenschlußschaltung (80,62,76,68,70,64,45) zwischen der Leitung (40,75,79,62,35) und dem Masseanschluß (27), wobei die zweite Nebenschlußschaltung mit dem Lötmittelelement (76) in Reihe liegende und einen Entladungsspalt (74) bildende Blöcke (68,70) enthält, und wobei ferner die Leitung eine auf einen Überstromzustand in der Leitung ansprechende Vorrichtung (79) enthält, die zum Aufweichen des Lötmittelelementes diesem eng benachbart angeordnet ist.·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Überstromzustand ansprechende Vorrichtung eine in Reihe zu den Anschlüssen geschaltete Drahtspule (79) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Überstromzustand in der Leitung Wärme produziert; und daß ein metallischer Körper (62), um den die Spule gewickelt ist, zur Wärmeübertragung zu dem Lötmittelelement (76) voraesehen ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper ein Spulenkörper (62) mit einer, an das Lötmittelelement anliegenden, flanschartigen Scheibe (63) und einen Schaft (65) ist, um den die Spule (79) gewickelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (65) einen Isolierkörper (73) trägt, der von einem das Kontaktstück (77,80) mit den Leitungsanschlüssen sowie mit dem Ring (75) und dem Spulenkörper (62) elektrisch verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstücke (77,80) mit den Leitungsanschlüssen, dem Ring (75) und dem Spulenkörper (62) in elektrischer Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper (62) mit einem der Kontakte (63) in der ersten Nebenschlußschaltung eingeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (73), der metallische Körper (62) sowie die Spule (79) durch die Feder (35) beim Erweichen des Lötmittelelements (76) als eine Einheit bewegbar sind.

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