EP2443709A1 - Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem gehäusekörper auf abstand gehaltenen, gegenüberliegende, bevorzugt flächigen elektroden - Google Patents

Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem gehäusekörper auf abstand gehaltenen, gegenüberliegende, bevorzugt flächigen elektroden

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EP2443709A1 EP11743796A EP11743796A EP2443709A1 EP 2443709 A1 EP2443709 A1 EP 2443709A1 EP 11743796 A EP11743796 A EP 11743796A EP 11743796 A EP11743796 A EP 11743796A EP 2443709 A1 EP2443709 A1 EP 2443709A1
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housing body
spark gap
shells
gap arrangement
electrodes
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    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel

Definitions

  • Spark gap arrangement with two spaced apart in a housing body, opposite, preferably flat electrodes
  • the invention relates to a spark gap arrangement with two in egg nem housing body held at a distance, opposite, preferably flat electrodes, forming a Lichtbogenbrennrau m, and a standing with the arc combustion chamber gas cooling and Druckausg easy chamber according to the preamble of patent claim 1.
  • a spark gap arrangement for use in the power supply which has an arc chamber, within which the arcing occurs between two electrodes of the spark gap.
  • the Lichtbogenkam mer is connected downstream of an intermediate chamber, the Volu men is much larger than the volume of the arc chamber.
  • Rothhi n there is a connection between the arc chamber and the intermediate chamber in the form of a pressure-resistant metallic flow channel, which projects into the intermediate chamber and ends in lateral openings for gas deflection.
  • an encapsulation is executable, so that a spark gap can also be installed where usually alsg around the risk of fire, the application of Ausblasenden routes is not or only partially possible.
  • spark gap arrangement which for applications with high lightning current loads and low follow currents, ie. particularly suitable for a circuit between N and PE, the spark gap being Order non-blowing is to be implemented and nu r allowed to take up a small space. Furthermore, a possibility is to be created of realizing, in a cost-effective and simple manner, a series of several identical or similar spark gaps or a through-connection and mechanical connection in a series arrangement of corresponding spark gaps.
  • the housing body is made of two half-shells, preferably made of an insulating plastic material.
  • the half-shells each have first recesses for electrode connection legs in a plane lying opposite one another.
  • the electrode connection legs are on the outside of the housing body with a known terminal in combination. This connection can be realized by Neten or Formschl uss.
  • the electrode connection legs are connected to the actual electrodes z. B. connected by riveting. In this way, the most cost-effective material for each purpose can be used.
  • the half shells have jewei ls a first space for receiving a Isolierstoffhalters for the electrodes and a second space for receiving a channels owning cooling block with high heat capacity.
  • the cooling block may consist of a metallic material and corresponding milled or otherwise introduced meandering channels for multiple gas deflection, corresponding cooling and pressure reduction have.
  • a U-shaped Kla mer is provided, the at least the receiving area of the cooling block, the half shells on the outside embracing, is arranged, this U-shaped bracket with high heat capacity is mechanically and pressure-resistant with the half shells, z. B. connected by riveting.
  • the half-shells in the region which is provided for receiving the cooling block, small slots or openings, so that a pressure equalization is possible. In the area of these small openings flowing gas is further cooled by the U-shaped bracket and ent ⁇ biases.
  • a second viscera removal in at least one of the half shells be ⁇ introduced ung as a passage slot for receiving a contacted with the electrode extended connection ⁇ leg so that a fädelmés juxtaposition and elekt ⁇ innovative contacting a plurality of such spark gap assemblies in very can be done simple and mechanically stable way.
  • One of the connecting legs for the electrodes has a molded tab for receiving a higher Tem temperature form-changing melting part, wherein the molded part is beaufsch with a defined spring force beiller and is directly or indirectly with a display element in Wirkverbi tion, so that signals a thermal overload can be.
  • a trigger device is provided, which is located in a Ausneh ⁇ mung or in a cavity of the insulating part.
  • the Triggerei direction is preferably realized as a thin circuit board, which carries the necessary An Kunststoffbauium. Furthermore, the circuit board has an end which extends into the electrode gap, there to act as an ignition or triggering electrode.
  • Haibschaien form a flat housing body in a preferably rectangular shape, wherein the housing assembly is mounted in a freely configurable outer housing.
  • FIG. 1 shows a representation of one of the electrodes with connecting leg and contacted verlä ngerten connecting leg and the state with mechanically fixed terminal (right part of the image).
  • Figure 2 is a view similar to that of Figure 1, but with tab for receiving a shape-changing Schmelztei ls and a display element and a spring for pressurizing.
  • 3a shows a representation of the spark gap arrangement without upper half shell with arrow-like symbolized gas flow path in nerha lb of the cooling block.
  • Fig. 3b is a representation ⁇ similar to that of Fig. 3a with recognizable extended Anschl ussschenkel and a U-shaped bracket, which after assembly of the in Fig. 3a and b is still missing second sheath shell part deferred and is mechanically connected to the half shells;
  • Fig. 4 shows a view of the insulating material holder for the electrodes with a printed circuit board which can be used there as a wiring carrier for the ignition circuit and
  • Fig. Figure 5 shows a fully assembled U-shaped spark gap assembly
  • the spark gap has electrodes 1, which are connected to their respective connection bracket 2 in a force, material and / or form-locking manner.
  • One of the two electrodes can be connected to an extended connecting leg 3, so that an electrical contact and mechanical attachment to other Ableitermod ulen can be realized, as shown for example in FIG. 5 reveals.
  • FIG. 2 shows once again the preassembled unit of electrode 1, connection 2 and extended connecting leg 3, supplemented here by a tab 4, which serves to form a shaped part 5 with a defined lower melting temperature, eg. B. solder preform or wax bolt record.
  • the molded part 5 monitors both the thermal load of the surrounding plastic parts, that is, the half-shells or Isolierstoffhalters 11 (see Fig. 4) a ls also the tempera ture of the metallic parts.
  • the prestressed spring 7 moves the indicator slide 6.
  • the resulting pressure load is through the integrated cooling block 8, preferably from egg nem material with high heat capacity, eg. B. Copper, and there existing integrated Gasumienkungskanal extremely reduced.
  • a still necessary pressure equalization with the environment takes place through meander-shaped channels of the smallest cross section in the region 13 according to FIG. 3b.
  • Fig. 3a and 3b respectively show a lower half-shell 14 which have corresponding recesses for both the insulating material holder 11 and the cooling block 8.
  • the position of outer connecting cables 15 can also be seen here.
  • the U-shaped Klam mer 9 is used for additional cooling and extends the meandering channels and also contributes to the pressure reduction, it is designed isolated from electrical components.
  • the spark gap will be equipped with a corresponding necessary auxiliary ignition unit.
  • the necessary ignition circuit preferably comprising an interconnection of a varistor and a Gasabieiter for controlling the internal spark gap is located on egg ner insulating plate 10. This is completely integrated in the insulating material 11, which in turn is in the overall pressure-resistant housing body 13.
  • the thin Isolierstofffolie 10 serves not only as a carrier for the components of the auxiliary ignition circuit, but with a corresponding end which extends between the electrodes, as the ignition electrode.
  • the holes 18 in the Isolierstoffhalter 11 are surrounded by domes 12 which serve to accommodate the Anschlus usbügel 2 with the corresponding main electrodes 1, for which purpose in the Ansch lussbügeln a correspondingly provided on the outer dimensions of the corresponding dome opening is introduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper (13) auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden (1), bildend einen Lichtbogenbrennraum, sowie einer mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehenden Gaskühl- und Druckausgleichskammer. Erfindungsgemäß ist der Gehäusekörper (13) aus zwei Halbschalen (14, 16) gebildet, welche jeweils in einer Ebene gegenüberliegende erste Ausnehmungen für Elektrodenanschlussschenkel (3 ) besitzen, welche wiederum außenseitig des Gehäusekörpers mit einer Anschlussklemme (15) in Verbindung stehen. Die Halbschalen (14, 16) weisen jeweils einen ersten Raum zur Aufnahme eines Isolierstoffhalters (11) für die Elektroden (1) und einen zweiten Raum zur Aufnahme eines Kanäle besitzenden Kühlblocks (8) mit hoher Wärmekapazität auf. Weiterhin ist mindestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks (8), die Halbschalen (14, 16) außenseitig umgreifend, eine U-förmige Klammer (9) vorgesehen, welche mit den Halbschalen mechanisch und druckbelastbar verbunden ist.

Description

Funkenstreckenanordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit zwei in ei nem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden, bildend einen Lichtbogenbrennrau m, sowie einer mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehender Gaskühl- und Druckausg leichskammer gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 198 45 889 B4 ist eine Funkenstreckenanordnung zum Einsatz in der Stromversorgung bekannt, die eine Lichtbogenkammer aufweist, innerhalb derer zwischen zwei Elektroden der Funkenstrecke der Lichtbogenüberschlag erfolgt. Der Lichtbogenkam mer ist eine Zwischenkammer nachgeschaltet, deren Volu men wesentlich größer ist als das Volumen der Lichtbogenkammer. Weiterhi n besteht eine Verbindung zwischen der Lichtbogenkammer und der Zwischenkammer in Form eines druckfesten metallischen Durchströmkanals, der in die Zwischenkammer hineinragt und in seitlichen Öffnungen zur Gasumlenkung endet.
Mit einer solchen Lösung ist eine Kapselung ausführbar, so dass eine Funkenstrecke auch dort installiert werden kann, wo üblicherweise aufg rund der Brandgefahr die Anwendung von ausblasenden Strecken nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Funkenstreckenanordnung anzugeben, welche für Anwendungen mit hohen Blitzstrombelastungen und niedrigen Folgeströmen, d .h . insbesondere für eine Schaltung zwischen N und PE geeignet ist, wobei die Funkenstreckenan- Ordnung nichtausblasend realisiert werden soll und nu r einen geringen Bauraum in Anspruch nehmen darf. Weiterhi n soll ei ne Möglichkeit geschaffen werden, in kostengünstiger und einfacher Weise ein Aneinanderreihen mehrerer gleichartiger oder ähnlicher Funkenstrecken bzw. eine Durchkontaktierung und mechanische Verbindung bei einer Reihenanordnung von dementspre- chenden Funkenstrecken zu realisieren,
Die Lösung der Aufgabe der Erfindu ng erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen .
Es wird demnach von einer Funkenstreckenanord nung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden a usgegangen, die einen Lichtbogenbrennraum bilden . Weiterhin ist ein mit dem Lichtbogenbrennraum in Verbindung stehender Gaskü hl- und Druckausgleichsraum, gebildet als entsprechende Druckausgleichskam mer, vorhanden.
Erfind ungsgemäß wird der Gehäusekörper aus zwei Halbschalen, bevorzugt aus einem Isolierstoff-Kunststoffmaterial gefertigt. Die Hal bschaien besitzen jeweils in ei ner Ebene gegenüberliegend erste Ausnehmungen für Elektroden- ansch lussschenkel . Die Elektrodenanschlussschenkel stehen außenseitig des Gehäusekörpers mit einer an sich bekannten Anschlussklemme in Verbindung. Diese Verbi ndung kann durch N ieten oder Formschl uss realisiert werden. Die Elektrodenanschlussschenkel sind mit den eigentlichen Elektroden z. B. durch Vernieten verbunden. Auf diese Art und Weise kann das jeweils kostengünstigste Material für den jeweiligen Zweck Anwendung finden .
Die Halbschalen weisen jewei ls einen ersten Raum zur Aufnahme eines Isolierstoffhalters für die Elektroden und einen zweiten Raum zur Aufnahme eines Kanäle besitzenden Kühlblocks mit hoher Wärmekapazität auf. Der Kühlblock kann a us einem metallischen Material bestehen und entsprechende eingefräste oder in sonstiger Weise eingebrachte mäanderförmige Kanäle zur vielfachen Gasumlenkung, dementsprechenden Abkühl ung und Druckreduzierung besitzen . Weiterhin ist eine U-förmige Kla mmer vorgesehen, die mindestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks, die Halbschalen außenseitig umgreifend, angeordnet ist, Diese U-förm ige Klammer mit hoher Wärmekapazität ist mit den Halbschalen mechanisch und druckbelastbar, z. B . durch Nieten verbunden.
An bevorzugt einer Stirnseite weisen die Halbschalen i m Bereich, der zur Aufnahme des Kühlblocks vorgesehen ist, kleine Schlitze oder Öffnungen auf, so dass ein Druckausgleich möglich wird . Im Bereich dieser kleinen Öffnungen strömendes Gas wird nochmals von der U-förmigen Klammer gekühlt und ent¬ spannt.
Senkrecht zur Ebene zwischen den ersten Ausnehmungen ist in mindestens einer der Halbschalen eine zweite Ausnehm ung als Durchtrittsschlitz einge¬ bracht, um einen mit der Elektrode kontaktierten verlängerten Anschluss¬ schenkel aufzunehmen, so dass ein fädelartiges Aneinanderreihen und elekt¬ risches Kontaktieren mehrerer derartiger Funkenstreckenanordnungen in sehr einfacher und mechanisch stabiler Weise erfolgen kann.
Einer der Anschlussschenkel für die Elektroden weist eine angeformte Lasche zur Aufnahme eines bei höherer Tem peratur sich formverändernden Schmelzteils auf, wobei das Formteil mit einer definierten Federkraft beaufsch lagt ist und unmittelbar oder mittelbar mit einem Anzeigeelement in Wirkverbi ndung steht, so dass eine thermische Überbelastung signalisiert werden kann.
Für das ebenfalls notwendig werdende Einstellen einer niedrigeren Ansprech¬ spannung ist eine Triggereinrichtung vorgesehen, welche in einer Ausneh¬ mung oder in einem Hohlraum des Isolierstoffteils befindlich ist.
Die Triggerei nrichtung ist bevorzugt als dünne Leiterplatte realisiert, welche die notwendigen Ansteuerbauelemente trägt. Weiterhin weist die Leiterplatte ein Ende auf, welches in den Elektrodenzwischenraum hineinreicht, u m dort als Zünd- oder Triggereiektrode zu wirken .
Die Haibschaien bilden einen flächigen Gehäusekörper in bevorzugt rechteckiger Form, wobei die Gehäuseanordnung in ein frei konfigurierbares Außengehäuse montierbar ist. Die Erfindung soll nachstehend anhand von Figuren und eines Ausführungs¬ beispiels näher erläutert werden .
Hierbei zeigen :
Fig. 1 eine Darstellung einer der Elektroden mit Anschlussschenkel und kontaktiertem verlä ngerten Anschlussschenkel sowie den Zustand mit mechanisch fixierter Anschlussklemme (rechter Bildteil);
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig, 1, jedoch mit Lasche zur Aufnahme eines sich formverändernden Schmelztei ls sowie eines Anzeigeelements und einer Feder zur Druckbeaufschlagung;
Fig. 3a eine Darstellung der Funkenstreckenanordnung ohne obere Halbschale mit pfeilartig symbolisiertem Gasströmungsverlaufs in nerha lb des Kühlblocks;
Fig. 3b eine Darstellung ä hnlich derjenigen nach Fig. 3a mit erkennbarem verlängerten Anschl ussschenkel sowie einer U-förmigen Klammer, die nach Montage des in der Fig . 3a und b noch fehlenden zweiten Haibschalenteils aufgeschoben u nd mit den Halbschalen mechanisch verbunden wird;
Fig . 4 eine Ansicht des Isolierstoffhalters für die Elektroden mit einer dort einsetzbaren Leiterplatte als Verdrahtungsträger für die Zündschaltung u nd
Fig . 5 eine vollständig montierte Funkenstreckenanordnung mit U-fÖrmiger
Klammer, die die Hai bschaien des Gehäusekörpers fixiert, und einen verlängerten Anschlussschenkel zum Aneinanderreihen weiterer Funkenstreckenanord nungen, die gleichzeitig kontaktiert werden können .
Wie in der Fig. 1 gezeigt, weist die Funkenstrecke Elektroden 1 auf, die kraft- , stoff- u nd/oder formschlüssig mit ihrem jeweiligen Anschlussbügel 2 verbunden werden. Eine der beiden Elektroden kann mit einem verlängerten Anschlussschenkel 3 verbunden werden, so dass eine elektrische Kontaktierung und mechanische Befestigung zu weiteren Ableitermod ulen realisierbar ist, wie dies z.B. die Fig . 5 erkennen lässt.
Die Führung der Anschlussschenke!, i nsbesondere des längeren Ansch lussschenkels 3 ist geometrisch so ausgebi ldet, dass trotz einer hohen Strombelastung im Abieitfail nahezu keine elektromagnetische Kraftwirkung zwischen den ei nzelnen Ableitermodulen entsteht.
Die Fig , 2 zeigt noch ei nmal die vormontierte Einheit aus Elektrode 1, An- schlussteii 2 und verlängertem Anschlussschenkel 3, hier ergänzt um eine Lasche 4, die dazu dient, ein Formteil 5 mit definiert niedriger Schmelztemperatur, z. B. Lotformteil oder Wachsbolzen, aufzunehmen . Das Formteil 5 überwacht sowohl die thermische Belastung der umgebenden Kunststoffteile, d.h, der Halbschalen oder des Isolierstoffhalters 11 (siehe Fig. 4) a ls auch die Tem peratur der metallischen Teile.
Bei einer entsprechenden Verformung bewegt die vorgespannte Feder 7 den Anzeigeschieber 6.
Die in den Fig . 3a, 3b und 5 gezeigte Funkenstreckenanordnung ist nichta us- blasend ausgeführt.
Die entstehende Druckbelastung wird durch den integrierten Kühlblock 8, bevorzugt aus ei nem Material mit hoher Wärmekapazität, z. B . Kupfer, und dort vorhandenen integrierten Gasumienkungskanälen extrem reduziert. Ein noch notwendig werdender Druckausgleich mit der Umgebung erfolgt durch mäan- derförmige Kanäle kleinsten Querschnitts im Bereich 13 nach Fig. 3b.
Die Fig . 3a und 3b zeigen jeweils eine untere Halbschale 14, die entsprechende Ausnehmungen sowohl für den Isolierstoffhalter 11 als auch für den Kühlblock 8 besitzen . Erkennbar ist hier auch die Lage äußerer An- schlusskiemmen 15.
Nach dem Aufsetzen der zweiten, weiteren Halbschale 16 (siehe Fig . 5) wird eine U-förmige Klammer 9, insbesondere Blechklammer, aufgeschoben und über dort vorhandene Bohrungen 17, die komplementär sind zu Ausnehmungen 18 in den Halbschalen bzw. im Isolierstoffkörper 11 mit diesen verbunden.
Die U-förmige Klam mer 9 dient zur ergänzenden Kühlung und verlängert die mäanderförmigen Kanäle und trägt ebenfalls zur Druckabsenkung bei, Sie ist von elektrischen Bauteilen isoliert ausgeführt.
Wenn gewünscht, kann zur Realisierung niedrigerer Ansprechspann ungen, z.B. im Bereich 1,5 kV, die Funkenstrecke mit einer entsprechend notwendigen Zündhilfseinheit ausgestattet werden .
Die notwendige Zündschaltung, bevorzugt umfassend eine Verschaltung aus einem Varistor und einem Gasabieiter zur Ansteuerung der internen Funkenstrecke, befindet sich auf ei ner Isolierstoffplatte 10. Diese ist vollständig im Isolierstoffhalter 11 integriert, der sich wiederum im insgesamt druckbeständigen Gehäusekörper 13 befindet.
Die dünne Isolierstofffolie 10 dient nicht nur als Träger für die Bauelemente des Zündhilfskreises, sondern mit einem entsprechenden Ende, das zwischen die Elektroden hineinreicht, auch als Zündelektrode.
Die Bohrungen 18 im Isolierstoffhalter 11 werden von Domen 12 umgeben, die der Aufnahme der Anschl ussbügel 2 mit den entsprechenden Hauptelektroden 1 dienen, wofür hierfür in den Ansch lussbügeln eine entsprechend auf die Außenausmessungen des entsprechenden Doms vorgesehene Öffnung eingebracht ist.

Claims

Ansprüche
1. Funkenstreckena nordnung mit zwei in einem Gehäusekörper auf Abstand gehaltenen, gegenüberliegenden, bevorzugt flächigen Elektroden, diese bildend einen Lichtbogenbrennraum sowie einer mit dem
Lichtbogenbrenn ra um in Verbindung stehender Gaskühl- und
Druckausgleichskammer,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehäusekörper aus zwei Halbschalen gebildet ist, welcher jeweils i n einer Ebene gegenüberl iegende erste Ausnehmu ngen für
Eiektrodenanschtussschenkel besitzen, welche wiederum außenseitig des Gehäusekörpers mit einer Anschlussklemme in Verbindung stehen, die Halbschalen jeweils einen ersten Raum zur Aufnahme eines
Isolierstoffhalters für die Elektroden und einen zweiten Raum zur
Aufnahme ei nes Kanäle aufweisenden Kühlblocks mit hoher
Wärmekapazität besitzen,
sowie weiterhin m indestens den Aufnahmebereich des Kühlblocks, die Halbschalen au ßenseitig umgreifend, eine U-förmige wärmeleitfähige Klammer vorgesehen ist, weiche mit den Haibschaien mechanisch und druckbelastba r verbunden ist.
2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
senkrecht zur Ebene zwischen den ersten Ausnehmungen in ei ner
Halbschale eine zweite Ausnehmung als Durchtrittsschlitz eingebracht ist, um einen mit der Elektrode kontaktierten oder kontaktierbaren
verlängerten Anschlussschenkel aufzunehmen, so dass ein fädelartiges Aneinanderreihen u nd gleichzeitig elektrisches Kontaktieren weiterer Funkenstreckenanordnungen möglich ist.
3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
einer der Anschlussschenkel eine angeformte Lasche zur Aufnahme eines bei hoher Temperatur sich formverändernden Schmefzteils aufweist, wobei das Formteii mit ei ner definierten Federkraft beaufschlagt ist und unmittelbar oder mittelbar mit einem Anzeigeeiement in Wirkverbi ndung steht.
4. Funkenstreckenanordnung nach ei nem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Einstell ung einer niedrigen Ansprechspan nung eine
Triggereinrichtung vorgesehen ist, welche in einer Ausnehmung oder einem Hohl ra um des Isolierstoffhalters befindlich ist.
5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Triggereinrichtung eine dünne Leiterplatte oder folienartige
Leiterplatte mit einem Ende umfasst, welche in den
Elektrodenzwischenraum hineinreicht.
6. Funkenstreckenanordnung nach ei nem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halbschalen einen flachen Gehäusekörper in vorzugsweise rechteckiger Form bilden, wobei diese Gehäuseanordnung in ein frei konfigurierbares Außengehäuse einsetzbar ist.
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