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Die Erfindung betrifft eine Gerätekombination zum Schutz von elektrischen Netzen vor Überspannungen oder Überströmen, bestehend aus einem U-förmigen Sockel und mindestens einem, auf den Sockel steck- oder schiebbaren Steckmodul, wobei der Sockel Anschlussklemmen zur Verbindung mit dem jeweiligen Netz und mit den Anschlussklemmen verbundene Steckkontakte aufweist, welche zu Steckgegenkontakten oder Kontaktzungen des Steckmoduls komplementär sind, weiterhin das Steckmodul ein Gehäuse aufweist, welches einen oder mehrere Blitzstrom- und/oder Überspannungsableiter aufnimmt und die Steckgegenkontakte oder Kontaktzungen eine Bodenseite des Gehäuses durchdringen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Überspannungsableiter, ausgebildet als Gerätekombination umfassend einen Sockel sowie vom Sockel aufgenommene Steckteile, welche die eigentlichen Überspannungsableiterelemente aufnehmen, gehören seit vielen Jahren zum Stand der Technik.
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Bei bekannten Gerätekombinationen mit Sockel und Steckteil muss bei der konstruktiven Auslegung dafür Sorge getragen werden, dass eine sichere elektrische Steckverbindung unter allen Betriebsumständen und über einen langen Zeitraum gewährleistet ist. Andererseits muss die Möglichkeit bestehen, im Wartungs- oder Fehlerfall das Steckteil nach Möglichkeit ohne Werkzeuge entfernen und durch ein Neuteil ersetzen zu können.
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Auch für Mess- und Prüfaufgaben ist es oftmals notwendig, das oder die Steckteile vom Sockel zu entfernen und anschließend wieder einzusetzen.
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Bisher bekannte Gerätekombinationen mit Sockel und Steckteil gehen davon aus, das Steckteil regelmäßig von oben in die Öffnung des entsprechenden U-förmigen Sockels einzuschieben und dann in eine Verrastposition zu überführen.
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Unter bestimmten bauseitigen Bedingungen ist jedoch nicht immer eine freie Zugänglichkeit des Steckteiles von oben gewährleistet, so dass grundsätzlich das Bedürfnis besteht, ein Steckteil auch seitlich in einen Sockel einschieben zu können.
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Weiterhin wird vielfach gefordert, das Steckteil in eine Freischaltungsposition überführen zu können, und zwar ohne dass das Steckteil komplett aus dem Sockel entfernt werden muss.
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Grundsätzlich ist die permanente korrekte Energieversorgung für die Betriebssicherheit von elektrischen Maschinen, Anlagen und Geräten von hoher Bedeutung. Um einen Anlagenstillstand zu verhindern oder die Gefahr der Beschädigung eines elektrischen Netzes oder eines an das Netz angeschlossenen Verbrauchers gering zu halten, muss eine Schädigung des Netzes und der Verbraucher durch Überspannungen oder Überströme auf Dauer verhindert werden.
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Die bekannten Überspannungsschutzgeräte werden bei Überspannungen oder Überlast aktiv und sind in der Lage, transiente Überspannungen abzuleiten oder einen fehlerhaften Stromkreis abzuschalten.
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Wie bereits eingangs erwähnt, werden Überspannungsschutzgeräte häufig als steckbare Gerätekombinationen realisiert, wobei ein Sockel ein Unterteil und ein Steckmodul ein Oberteil bildet.
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Im Fehler- bzw. Überlastfall kann kurzfristig ein Stoß- oder Kurzschlussstrom fließen, der den üblichen Nennstrom des Netzes um ein Mehrfaches übersteigt. Aufgrund hoher Kurzschlussströme kommt es zu starken magnetischen Kräften, die unter Umständen dazu führen, dass das eigentliche Überspannungselement aus dem Sockelteil herausgedrückt wird.
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Um diesen Problemen zu begegnen, können die Steckkontakte, Steckgegenkontakte bzw. Kontaktzungen so ausgebildet werden, dass zwischen ihnen im gesteckten Zustand nicht nur ein Kraft- sondern auch ein Formschluss vorliegt. Problematisch sind in einem solchen Fall jedoch die großen Kräfte beim Herausziehen des Steckmodules aus dem Sockel.
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Diesbezüglich wurde gemäß der
DE 10 2008 017 423 A1 vorgeschlagen, ein Überspannungsgerät so weiterzubilden, dass unter Beibehaltung bisheriger äußerer Abmessungen der Basis- und Steckerteile, einerseits ein lösbares Steckerteil mit einem für die elektrische Verbindung erforderlichen Steckanschluss zwischen dem Basis- und Steckerteil gebildet wird und andererseits das Lösen des Steckerteils im Basisteil bei rauen Arbeitsbedingungen verhinderbar ist, wobei die Möglichkeit bestehen soll, den Sitz des Steckerteils optisch überprüfen zu können.
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Diesbezüglich wird eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Drehriegels mit einer korrespondierenden Gegenöffnung in Form einer Nut vorgeschlagen, die als ein leicht bedienbarer, mittels eines Schraubendrehers lösbarer Drehriegel im Basisteil angeordnet ist und eine formschlüssige Verbindung und Verriegelung zwischen dem Basis- und Steckerteil herstellt.
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Die Befestigungsvorrichtung zwischen Basis- und Steckerteil in Form eines Drehriegels verhindert ein ungewolltes Herausziehen eines Steckerteils aus dem Basisteil und stellt ebenfalls den Festsitz der Kontaktanschlüsse zwischen den Steckerbuchsen des Basisteiles und den korrespondierenden Steckerstiften des Steckerteiles sicher. Der Festsitz der Kontaktanschlüsse wird dadurch erreicht, dass die Befestigungsvorrichtung in der Verriegelungsstellung gleichzeitig in das Basis- und Steckerteil eingreift und somit einen Formschluss zwischen den beiden Elementen sicherstellt. Zur Betätigung des Drehriegels enthält das Kopfteil des Riegels ein Profil, welches zur Aufnahme eines Werkzeuges geeignet ist.
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Die Lösung mit der Drehriegel nach
DE 10 2008 017 423 A1 gestattet zwar durch die erreichte Arretierungsfunktion ein Fixieren des Steckteiles im Basisteil, jedoch ist diese Verriegelungsposition nur bei einer definierten Endstellung des Steckteiles bezogen auf das Basisteil gewährleistet. Auch sind die Auszugskräfte nach wie vor hoch. Die Möglichkeit des seitlichen Einschiebens eines Steckteils in ein Basisteil ist bei der geschilderten Lösung des Standes der Technik nicht gegeben. Auch kann kein Freischalten ohne komplettes Entfernen des Steckteiles erfolgen.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Gerätekombination zum Schutz von elektrischen Netzen vor Überspannung oder Überströmen anzugeben, welche aus einem U-förmigen Sockel und mindestens einem, auf den Sockel steck- oder schiebbaren Steckmodul besteht, wobei die Gerätekombination ein definiertes Freischalten mit Verbleib des Steckmodules im Sockel ermöglichen soll und grundsätzlich die Möglichkeit besteht, das Steckmodul in quasi jeder beliebigen Position in vollständig aber auch teilweise eingestecktem Zustand bezogen auf den U-förmigen Sockel zu fixieren.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Es wird demnach von einer Gerätekombination zum Schutz von elektrischen Netzen vor Überspannung oder Überströmen ausgegangen. Hierbei kann es sich um transiente aber auch um temporäre Überspannungen handeln.
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Die Gerätekombination besteht aus einem an sich bekannten U-förmigen Sockel und mindestens einem, auf den Sockel steck- oder schiebbaren Steckmodul. Der Sockel weist Anschlussklemmen zur Verbindung mit dem jeweiligen Netz und mit den Anschlussklemmen verbundene Steckkontakte auf.
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Diese Steckkontakte sind zu Steckgegenkontakten oder Kontaktzungen des Steckmodules komplementär.
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Das Steckmodul weist ein Gehäuse auf, welches einen oder mehrere Blitzstrom- und/oder Überspannungsableiter aufnimmt. Die Steckgegenkontakte oder die Kontaktzungen durchdringen eine Bodenseite des Gehäuses derart, dass eine sichere Verbindung zu den Steckkontakten im Sockel erfolgen kann.
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Bei den im Steckmodul enthaltenen Komponenten kann es sich ebenso um eine Schalter-Funkenstreckenkombination handeln, so dass die Gerätekombination auch vorsicherungsfrei betrieben werden kann.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem U-förmigen Sockel und dem Steckmodul eine Spindel zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung angeordnet.
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Diese Anordnung erfolgt derart, dass das Steckmodul in Richtung des U-förmigen Sockels aber auch von diesem weg bewegbar und in einer jeweiligen Lageposition gehalten ist.
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Hierdurch kann sowohl eine sichere elektrische Steckverbindung zwischen den Steckkontakten und den Steckgegenkontakten als auch ein definiertes Freischalten durch Kontakttrennung erreicht werden.
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Ist ein Freischalten gewünscht, wird die Spindel in eine Drehbewegung versetzt, derart, dass sich das Steckmodul aus dem U-förmigen Sockel herausbewegt. Diese Bewegung erfolgt solange, bis ein ausreichender Trennungsabstand zwischen den Steckkontakten und den Steckgegenkontakten bzw. von Kontaktzungen erreicht ist. Mit Erreichen der diesbezüglichen Abtrenn- oder Freischalteposition bleibt die Spindel in Eingriff mit einer im Sockelboden befindlichen Gewindebohrung, deren Gewinde komplementär zum Gewinde der Spindel realisiert ist.
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Erst bei einer weiteren Spindelbewegung tritt das diesbezügliche Spindelende aus der Gewindebohrung heraus und es kann das Steckmodul leicht ohne Kraftaufwand aus dem Sockel entnommen werden.
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Die Spindel ist erfindungsgemäß drehbar im Steckmodul gelagert und von der Steckmoduloberseite zugänglich ist, wobei im Sockel die zur Spindel komplementäre bereits erwähnte Gewindebohrung angeordnet ist.
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Bei einer alternativen Lösung kann die Spindel im Sockel drehbeweglich gelagert werden, wobei die zur Spindel komplementäre Gewindebohrung sich im Boden, das heißt in der Unterseite des Steckmoduls, befindet.
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Erfindungsgemäß weist mindestens eine der zum U-förmigen Sockel weisenden Seitenflächen des Steckmoduls eine Führungsnut auf, welche zu einem Führungsvorsprung oder einer Führungsschiene an mindestens einer Seitenwandung des U-förmigen Sockels komplementär ist.
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Diesbezüglich wird diejenige Seitenwandung betrachtet, die beim Einschieben des Steckmodules selbigem gegenüberliegt.
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Erfindungsgemäß ist der Führungsvorsprung oder die Führungsschiene in der Seitenwand gefedert gelagert oder gefedert eingesetzt, so dass bei einer Bewegung des Steckmoduls in Richtung Sockelboden oder vom Sockelboden aus aufwärts der Führungsvorsprung oder die Führungsschiene sich in Richtung Seitenwandung verlagert und beim Erreichen einer deckungsgleichen Position zur Führungsnut im Steckmodul in diese Nut eintritt. Die deckungsgleiche Position stimmt bevorzugt mit dem notwendigen Trennungsabstand zum Freischalten des Steckmodules bezogen auf den Sockel überein.
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Die Lageveränderung des Führungsvorsprunges oder der Führungsschiene ist erfindungsgemäß in einem Sichtfenster im Sockel erkennbar.
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Wird durch Ausführen einer Drehbewegung der Spindel, bevorzugt mit Hilfe eines Werkzeuges, eine Positionsverlagerung des Steckmodules in Richtung Lösen durchgeführt, tritt bei entsprechender Längsbewegung des Steckmodules bezogen auf den Sockel die federvorgespannte und federgelagerte Führungsschiene in die entsprechende Nut im Steckmodul ein, so dass es zu einer fühlbaren Arretierung kommt. Dieses Eintrittsmoment wird im Sichtfenster, zum Beispiel durch einen Farbwechsel, aufgrund der Bewegung der Führungsschiene erkennbar. Der Monteur oder Anlagenbetreiber kann dann ohne Weiteres feststellen, dass das Steckmodul sich in einem freigeschalteten Zustand befindet.
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Bei weiter ausgeführter Dreh- und daraus folgender Längsbewegung solange, bis die Spindel aus der zugehörigen Gewindebohrung austritt, kann letztendlich das Steckteil aus dem Sockel entnommen werden. In umgekehrter Weise erfolgt das Einsetzen des Steckmodules in den Sockel.
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Beim Erreichen einer Position des Steckmodules innerhalb des Sockels, welche durch das Eintreten des Führungsvorsprunges oder der Führungsschiene in die Führungsnut geprägt ist, liegt also die gewünschte Kontakttrennung vor.
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In erfindungsgemäßer Weise kann unter Nutzung der Führungsnut und dem Führungsvorsprung oder der Führungsschiene das Steckmodul auch seitlich in den U-förmigen Sockel eingeschoben und anschließend mittels der Spindel eine Bewegung des Steckmodules in Richtung Sockelboden zur Kontaktierung ausgeführt werden.
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Das seitliche Schieben kann ausgestaltend durch einen fixen oder lösbaren Anschlag begrenzt werden, welcher sich im oder am Sockel befindet. Durch diese Wirkung des Anschlages ist gewährleistet, dass die gewünschte korrekte Position zwischen den Steckkontakten und den Steckgegenkontakten erreicht ist, bevor die Bewegung des Steckmoduls in Richtung Sockelboden zur Kontaktierung ausgeführt wird.
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Der oder die Anschläge sind als seitliche, im Sockel einschiebbare Begrenzungswände ausgebildet, wobei die Begrenzungswände in einer Ausgestaltung an ihrer Oberseite jeweils eine Zentrierschräge zum leichteren Einführen des Steckmodules von oben in Richtung Sockel aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein erstes Sichtfenster in Steckrichtung des Steckmodules und ein zweites Sichtfenster in Einschubrichtung des Steckmodules ausgebildet werden, um auch quasi stirnseitig zu erkennen, ob ein freigeschalteter Zustand des Steckmodules vorliegt oder nicht.
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Ergänzend besteht die Möglichkeit, an der Bodenseite des Steckmodules Führungsausnehmungen vorzusehen, die einem jeweiligen Führungsnocken oder einer Führungsnase komplementär sind, welcher sich vom Boden des U-förmigen Sockelteiles nach oben, das heißt in Richtung Steckmodul, erstreckt. Hierdurch soll ein Verkannten oder Verkippen beim Einsetzen des Steckmodules in den Sockel verhindert werden.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
- 1-3 die Abfolge eines seitlichen Einschiebens des Steckmodules bezogen auf einen Sockel von rechts;
- 4 eine perspektivische Darstellung des Steckmodules mit Ansicht der Unterseite und dort erkennbarer Spindel;
- 5-7 Darstellungen des Einschiebevorganges des Steckmodules von links in Richtung Sockel;
- 8-10 Darstellungen bezogen auf den Fall des Einsteckens des Steckmodules in Richtung Sockel von oben mit Freischalteposition (9) und Verbindungsposition (10); und
- 11 eine perspektivische Draufsicht des Sockels mit Gewindebohrung 60.
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Die in den Figuren dargestellte Gerätekombination zum Schutz von elektrischen Netzen vor Überspannungen oder Überströmen geht von einem U-förmigen Sockel 1 und mindestens einem, auf den Sockel steck- oder schiebbaren Steckmodul 2 aus.
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Der Sockel 1 weist Anschlussklemmen 3 zur Verbindung mit dem jeweiligen in den Figuren nicht dargestellten Netz auf.
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Weiterhin sind im Sockel mit den Anschlussklemmen verbundene Steckkontakte vorhanden, die sich hinter bzw. unter schlitzförmigen Öffnungen 4 im Bodenbereich des Sockels 1 befinden.
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Die Steckkontakte im Sockel 1 sind mit als Kontaktzungen 5 ausgebildeten Steckgegenkontakten des Steckmodules 2 komplementär.
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Das Steckmodul 2 umfasst ein Gehäuse, das im Gehäuseinneren einen oder mehrere Blitzstrom- und/oder Überspannungsableiter aufnimmt.
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Wie aus den Figuren ersichtlich, durchdringen die Kontaktzungen 5 einen Seitenabschnitt bzw. einen Seiten-Bodenabschnitt des Steckmodules 2.
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Zwischen dem Sockel 1 und dem Steckmodul 2 wirkt eine Spindel 6 (siehe 4), welche der Umwandlung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung dient, derart, dass das Steckmodul 2 in Richtung Sockel 1 und von diesem weg je nach Drehrichtung der Spindel bewegbar und in der jeweiligen Lageposition gehalten ist.
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Hierdurch kann sowohl eine sichere elektrische Steckverbindung zwischen den Steckkontakten und den Steckgegenkontakten als auch ein definiertes Freischalten durch Trennung dieser Kontakte erreicht werden.
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Diesbezüglich ist die Spindel 6 im Steckmodul 2 drehbar gelagert und von der Steckmoduloberseite 20 des Steckmodules 2 zugänglich. Weiterhin kann die Spindel an ihrer Oberseite einen Schraubenkopf, einen Vielkantkopf oder dergleichen Kopfausbildung 21 zur Aufnahme eines Werkzeuges besitzen.
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Im Sockel ist gemäß 11 im Bereich zwischen den U-Schenkeln, das heißt dem Sockelboden 101, eine zur Spindel 6 komplementäre Gewindebohrung 60 angeordnet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorgestellten Variante gemäß den Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wird, die Spindel 6 mit Kopf 21 im Steckteil 2 auszubilden und die zugehörige Gewindebohrung im Sockel 1 anzuordnen. Grundsätzlich ist auch eine kinematische Umkehr diesbezüglich möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
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Mindestens eine der Seitenflächen 22 des Steckmodules 2 weist eine Führungsnut 7 auf.
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In den gezeigten Beispielen sind zwei den Seitenwänden gegenüberliegende Führungsnuten 7 vorhanden.
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Diese Führungsnuten 7 sind im Sockel im Bereich der Seitenwände 100 des Sockels 1 federnd gelagerten Führungsschienen 8 komplementär.
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Führungsvorsprünge oder die Führungsschienen 8, die in der Seitenwand 100 gefedert gelagert oder gefedert eingesetzt sind, ermöglichen, dass bei einer Bewegung des Steckmodules 2 in Richtung Sockelboden 101 oder vom Sockelboden 101 aus aufwärts sich die Führungsschienen 8 in Richtung Seitenwandung 100 verlagern und in diese zumindest teilweise eindringen. Beim Erreichen einer deckungsgleichen Position zwischen den Führungsnuten 7 im Steckmodul 2 treten die jeweiligen Führungsschienen 8 in die entsprechende Nut 7 ein. Hierdurch ist das Steckmodul 2 bezogen auf den Sockel 1 gehalten, wobei die Lageveränderung der Führungsschienen 8 in einem Sichtfenster 9 im Sockel 1 erkennbar ist bzw. erkennbar sind.
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Mit Erreichen einer Position des Steckmodules 2 innerhalb des Sockels 1, welche durch das Eintreten der Führungsschienen 8 in die jeweilige Führungsnut 7 geprägt ist, befinden sich die Kontakte 5 bezogen auf die im Sockel befindlichen Kontakte in einer Freischalteposition, das heißt es liegt eine Kontakttrennung vor. Dies ist in den 2, 6 und 9 gezeigt.
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Ausgehend von dieser Kontakttrennungsposition kann unter Nutzung der Spindel 6 mit Kopf 21 eine Drehbewegung in eine Längsbewegung gewandelt werden. Diesbezüglich wird das Steckmodul 2 in den Sockel 1 hineingezogen und mit diesem quasi verschraubt. In Endlageposition des Steckmodules 2 bezogen auf den U-förmigen Sockel 1 liegt die gewünschte elektrische Kontaktsicherheit und sichere mechanische Fixierung vor.
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Bei einer Bewegung entgegen der mit Pfeildarstellung gemäß 3 gezeigten Drehrichtung kann das Steckmodul 2 wieder ohne Kraftaufwand aus dem U-förmigen Sockel 1 heraus bewegt werden.
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Mit dem Herstellen der vollständigen Kontaktverbindung gemäß den 3, 7 und 10 ändert sich die Anzeige im Sichtfenster 9, zum Beispiel von ursprünglich Grün (freigeschalten) in Rot (Steckmodul kontaktiert).
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Die 1 bis 3 zeigen eine Abfolge der Möglichkeit des Einschiebens des Steckmodules 2 bezogen auf den Sockel 1 von rechts, und zwar unter Nutzung der Führungsnuten 7 in Verbindung mit den gefederten Führungsschienen 8.
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Das seitliche Einschieben des Steckmodules 2 kann durch einen fixen oder lösbaren Anschlag 10 begrenzt werden, welcher sich im Sockel 1 befindet oder dort eingesetzt wird. Zum Zweck eines leichteren Einsetzens des Steckmoduls 2 von oben (siehe 8 bis 10) können beidseitig bezogen auf den Sockel eingesetzte Anschläge 10 eine Schrägfläche 11 besitzen, um das Einstecken des Steckmodules 2 von oben zu erleichtern.
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Die jeweiligen Anschläge 10 können als seitliche, im Sockel einsetzbare Begrenzungswände ausgebildet sein.
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Das in der 1 angedeutete seitliche Einschieben des Steckmodules 2 erfolgt in Richtung des Pfeiles nach 1 bis hin zum Anschlag 10.
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Hiernach besteht die Möglichkeit durch Drehen der Spindel 6 (siehe 3) das Steckmodul 2 vollständig im Sockel elektrisch und mechanisch zu fixieren.
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In adäquater Weise vollzieht sich die mögliche Einschiebbewegung des Steckmodules 2 von links wie in den 5 bis 7 illustriert.
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In einer alternativen Weise kann das jeweilige Steckmodul 2 auch klassisch von oben in ein Steckteil 1 eingesetzt werden.
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Hierbei erfolgt zunächst ein Einstecken von oben bis die gefederten Führungsschienen 8 im Sockel 1 in die zugehörigen Führungsnuten 7 im Steckmodul 2 eingreifen, wie dies in 9 dargestellt ist. In diesem Fall ist im Sichtfenster 9 die Freischaltposition erkennbar.
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Mit anschließender Drehbewegung der Spindel erfolgt eine weitere Bewegung des Steckmodules 2 in Richtung Sockel 1. Hierbei werden die gefederten Führungsschienen 9 in zugehörige Rücksprünge in der entsprechenden Seitenwand 100 hineingedrückt, so dass die Einschraubbewegung des Steckmodules 2 bis zum Erreichen der vollständigen Endlage mit sicherer elektrischer Verbindung ausgeführt ist. Diesbezüglich vollzieht sich dann eine Änderung der Darstellung im Sichtfenster 9.
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Das Sichtfenster 9 wird durch mindestens ein weiteres stirnseitiges Sichtfenster 90 im Sockel 1 ergänzt, so dass unter allen Umständen erkannt werden kann, ob das Steckmodul sich in elektrischer Freischaltung befindet oder die gewünschte Kontaktverbindung zum Sockel vorliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008017423 A1 [0013, 0016]
