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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchführung für einen elektrischen Anschluss eines Einfahrkontaktes eines herausnehmbaren Schaltgerätes in einem luftisolierten Schaltfeld, wobei die Durchführung ein Isolierstoffgehäuse umfasst, in dem ein elektrischer Leiter angeordnet ist, der an einem Ende ein festes Kontaktstück zur Kontaktierung des Einfahrkontaktes aufweist, wobei in dem Isolierstoffgehäuse ein Kanal vorgesehen ist, der sich zwischen einer Einfahröffnung und zumindest einer Ventilationsöffnung erstreckt.
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Derartige Durchführungen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und dienen dazu, innerhalb des Schaltfeldes Einfahrkontakte des herausnehmbaren Schaltgerätes beispielsweise mit einem Sammelschienenraum und einem Kabelanschlussraum zu kontaktieren. Da die Einfahrkontakte im Betrieb des Schaltfeldes den sogenannten Hotspot darstellen, d.h. normalerweise die sich am stärksten erwärmenden Leiterteile innerhalb des Schaltfeldes sind, dient die Ventilationsöffnung dazu, die im Bereich der Einfahrkontakte bzw. der Durchführungen vorhandene warme Luft durch Konvektion abzuführen.
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Wenn allerdings das herausnehmbare Schaltgerät, beispielsweise ein elektrischer Leistungsschalter, für Wartungsarbeiten aus dem Schaltfeld entfernt wird bzw. wenn die Einfahrkontakte des Schaltgerätes aus ihrer jeweiligen Durchführung ausgefahren werden, besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Sammelschienenraum bzw. dem Kabelanschlussraum und der Vorderseite des Schaltfeldes. Wenn in einem solchen Fall im Bereich des Kabelanschlussraumes oder im Bereich des Sammelschienenraumes ein Lichtbogen entstehen sollte, könnte sich eine hierdurch induzierte Druckwelle mit extrem heißen Gasen und Partikeln durch den Leistungsschalterraum zur Vorderseite des Schaltfeldes hin ausbreiten und somit zu schweren Personenschäden führen.
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Zwar sind Schaltfelder im Stand der Technik üblicherweise mit einem sogenannten Shutter ausgebildet, d.h. mit verschiebbaren Blenden, die sich mechanisch zwangsgekoppelt vor die jeweilige Durchführung schieben, wenn das herausnehmbare Schaltgerät mit seinen Einfahrkontakten aus der Durchführung entfernt worden ist. Allerdings dient der Shutter lediglich als Berührungsschutz, damit die elektrischen Leiter in den Durchführungen nach dem Herausnehmen des Schaltgeräts aus dem Schalterraum nicht zugänglich sind. Das Ausbreiten einer Druckwelle mit den einhergehenden Verschmutzungen kann durch den Shutter nicht verhindert werden.
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Weiterhin kann im Betrieb auch bei eingefahrenem Schaltgerät ein Störfall mit einem Lichtbogenereignis im Schalterraum auftreten, was dazu führen kann, dass sich eine Druckwelle mit heißen, verunreinigten Gasen durch den Kanal in den benachbarten Schottraum, d.h. in den Sammelschienenraum und/oder den Kabelanschlussraum ausbreitet, was ebenfalls zu erheblichen Schäden und dem Ausfall und Abschalten der kompletten Schaltanlage führen kann
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Durchführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass bei einem Störfall mit Lichtbogenereignis eine erhöhte Sicherheit gegen sich unerwünscht ausbreitende Gase gegeben ist, wobei gleichzeitig eine gute Be- und Entlüftung der elektrischen Kontakte in der Durchführung sichergestellt ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass in dem Kanal ein Verschluss vorgesehen ist, durch den der Kanal insbesondere in Richtung Einfahröffnung verschließbar ist, und der sich bei einem Herausbewegen des Einfahrkontakts aus der Durchführung selbsttätig schließt.
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Durch den erfindungsgemäßen Verschluss im Bereich der Durchführung ist sichergestellt, dass der Kanal verschlossen ist, wenn der Einfahrkontakt aus der Durchführung ausgefahren ist, so dass ein Ausbreiten einer Druckwelle durch den Kanal hindurch aufgrund des Verschlusses ausgeschlossen ist.
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Gleichzeitig ist es aufgrund des erfindungsgemäßen Verschlusses möglich, den Querschnitt des Kanals größer auszubilden und dadurch eine verbesserte Entlüftung zu erzielen, da ein Ausbreiten einer Druckwelle durch den Kanal hindurch nicht möglich ist, wenn die Einfahrkontakte des herausnehmbaren Schaltgerätes ausgefahren sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss durch ein Federmittel in seine Schließstellung gedrückt werden. Auf diese Weise ist kostengünstig sichergestellt, dass sich der Verschluss automatisch dann in seine Schließstellung bewegt, wenn der Einfahrkontakt von dem Kontaktstück der Durchführung entfernt wird. Umgekehrt lässt sich der Verschluss entgegen der Federkraft automatisch und selbsttätig öffnen, wenn der Einfahrkontakt wieder in die Durchführung bewegt wird, um das Kontaktstück zu kontaktieren.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss durch Einfahren des herausnehmbaren Schaltgerätes in seine Betriebsstellung durch das Schaltgerät in eine Öffnungsstellung bewegbar sein. Es ist also nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Einfahrkontakt des Schaltgerätes den Verschluss direkt kontaktiert. Vielmehr kann der Verschluss auch durch an dem Schaltgerät vorgesehene Mittel, wie beispielsweise Vorsprünge oder Zapfen oder dergleichen in seine Öffnungsstellung bewegt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss in seiner Schließstellung an einem Anschlag anliegen. Durch einen solchen Anschlag können Druckkräfte, die auf den Verschluss wirken, besonders gut aufgenommen werden. Ein solcher Anschlag kann in den Verschluss integriert sein. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, den Anschlag durch eine Innenkontur des Isolierstoffgehäuses zu bilden. Hierdurch können die entstehenden Druckkräfte nicht nur besonders gut aufgenommen werden. Es ist nach einer weiteren Ausführungsform auch möglich, dem Anschlag die Funktion einer Abdichtung zukommen zu lassen, insbesondere wenn der Anschlag als umlaufender Vorsprung oder dergleichen ausgebildet wird, an dem der Verschluss entlang seiner Umfangskontur anliegt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss ein Verschlusselement aufweisen, das von dem Kontaktstück durchdringbar ist oder durchdrungen wird. Hierbei kann das Verschlusselement auf dem Kontaktstück und/oder in dem Isolierstoffgehäuse gleiten, wenn dieses geöffnet oder geschlossen wird, so dass das Kontaktstück gleichzeitig die Funktion einer Führung übernehmen kann.
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Wenn der Verschluss ein bewegliches Verschlusselement aufweist, das von dem Einfahrkontakt des herausnehmbaren Schaltgerätes in die Offenstellung des Verschlusselements bewegbar, insbesondere verschiebbar ist, so werden keine zusätzlichen Bauteile zum Öffnen bzw. Schließen des Verschlusses benötigt, was eine einfache und kostengünstige Konstruktion mit sich bringt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss ein Verschlusselement aufweisen, das als schwenkbare Klappe ausgebildet ist. Eine solche Klappe, die sich insbesondere bei einer Durchführung eignet, die eine Einfahröffnung mit unrundem Querschnitt aufweist, kann auf einfache Weise bei Einfahren des Einfahrkontaktes aufgeschwenkt werden und sich durch ein Federmittel bei Herausfahren des Einfahrkontaktes wieder schließen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Verschluss ein Verschlusselement aufweisen, das mit Durchströmungsöffnungen versehen ist. Bei dieser Ausführungsform lassen sich die Durchströmungsöffnungen schließen, wenn sich der Verschluss durch Ausfahren des Einfahrkontaktes in seine Schließstellung bewegt hat. Im eingefahrenen Zustand können die Durchströmungsöffnungen jedoch eine Verbindung zu der zumindest einen Ventilationsöffnung herstellen, so dass warme Luft durch die Ventilationsöffnung abgeführt werden kann. Gleichzeitig blockiert das Verschlusselement den Kanal zwischen Schalterraum und Sammelschienenraum bzw. Kabelanschlussraum. Dadurch wird ein Ausbreiten einer Druckwelle im Störfall in die Nachbarräume verhindert. Die Ventilation der elektrischen Kontakte im eingefahrenen Zustand erfolgt über zusätzliche Ventilationsöffnungen in der Durchführung und über die Durchströmungsöffnungen im Verschlusselement.
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Die Problematik der Isolationsfestigkeit für Anwendungen im Mittel- und Hochspannungsbereich und das Vermeiden von Wirbelströmen in der erfindungsgemäßen Ausführung des Verschlusses kann dadurch sichergestellt werden, dass das Verschlusselement entweder Isolierstoff und/oder nicht magnetisches Metall umfasst.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein luftisoliertes Schaltfeld mit einer oder mehreren Durchführungen der vorstehend beschriebenen Art.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dargestellt wird nachfolgend immer eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Durchführung zwischen Schalterraum und Sammelschienenraum (außer 1). Bei einer Durchführung zwischen Kabelanschlussraum und Schalterraum müssen die Pfeile für Ventilationsströmungen und die Bezeichnungen „oben“ und „unten“ entsprechend umgedreht werden. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch ein luftisoliertes Schaltfeld;
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Durchführung von 1, wobei der Einfahrkontakt des Schaltgerätes das feste Kontaktstück kontaktiert;
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3 die Durchführung von 2, wobei der Einfahrkontakt des Schaltgerätes aus der Durchführung entfernt worden ist;
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4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Durchführung mit eingefahrenem Einfahrkontakt;
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5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Durchführung mit eingefahrenem Einfahrkontakt;
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6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform;
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7 und 8 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform mit ausgefahrenem bzw. eingefahrenem Einfahrkontakt; und
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9 und 10 vergrößerte Darstellungen des Verschlussrings der Ausführungsformen von 7 und 8.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein luftisoliertes Schaltfeld 10, das einen Sammelschienenraum 12, einen Leistungsschalterraum 14 und einen Kabelanschlussraum 16 umfasst, wobei oberhalb des Leistungsschalterraums 14 ein Niederspannungsschaltschrank 18 vorgesehen ist.
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In dem Leistungsschalterraum 14 ist ein herausnehmbares Schaltgerät, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Leistungsschalter 20, vorgesehen, der durch Öffnen einer Türe 22 des Leistungsschalterraumes 14 aus dem Schaltfeld 10 entfernt werden kann.
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Zur Kontaktierung des Leistungsschalters 20 weist dieser zwei übereinander angeordnete Einfahrkontakte 30 und 40 auf, von denen jeder in eine zugehörige Durchführung 32 und 42 einfahrbar ist. Auf diese Weise kann der Einfahrkontakt 30 über die Durchführung 32 mit in dem Sammelschienenraum 12 angeordneten Sammelschienen 13 kontaktiert werden. Der Einfahrkontakt 40 kann über die Durchführung 42 mit einem im Kabelanschlussraum 16 angeordneten Kabelanschluss 17 kontaktiert werden. Nicht näher bezeichnet sind zwischen dem Kabelanschluss 17 und der Durchführung 42 angeordnete Bauteile wie Stromwandler, Stützer, Erdungsschalter und dergleichen.
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Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte Anordnung aus Leistungsschalter und Durchführungen für jede Phase innerhalb des Schaltfeldes vorgesehen ist.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Durchführung 32, die den ansonsten abgeschotteten Sammelschienenraum 12 elektrisch mit dem Leistungsschalterraum 14 verbindet.
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Die Durchführung 32 umfasst ein im dargestellten Ausführungsbeispiel abgewinkelt ausgebildetes Isolierstoffgehäuse 34, in dem ein elektrischer Leiter 36 angeordnet ist, der an seinem einen Ende ein festes, zapfenförmiges Kontaktstück 38 zur Kontaktierung des Einfahrkontakts 30 des Leistungsschalters 20 aufweist.
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An seinem anderen, in 2 oberen Ende weist der elektrische Leiter 36 einen Anschluss 39 für eine Sammelschiene auf.
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Wie 2 verdeutlicht, ist die Durchführung 32 in einer zwischen Sammelschienenraum 12 und Leistungsschalterraum 14 angeordneten Wand 15 befestigt, wobei vor der Wand 15 und in dem dargestellten Betriebszustand oberhalb der Durchführung 32 ein Shutter 50 angeordnet ist, der sich mechanisch zwangsgeführt automatisch schließt (3), nachdem der Leistungsschalter 20 so weit aus der Durchführung 32 herausgezogen worden ist, dass sich der Einfahrkontakt 30 vor der Durchführung 32 befindet.
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Wie 2 ferner verdeutlicht, durchläuft bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kanal 37 das Isolierstoffgehäuse 34 im Bereich des elektrischen Leiters 36, d.h. der Kanal 37 erstreckt sich von der vorderen, rechten Einfahröffnung 52 der Durchführung 32 bis hin zu einer in 2 links oben vorgesehenen Ventilationsöffnung 54, in deren Bereich sich der Anschluss 39 befindet. Somit kann die Durchführung 32 bei eingefahrenem Einfahrkontakt von Luft durchströmt werden, was durch Pfeile angedeutet ist. Auf diese Weise kann im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Einfahrkontakt 30 und dem festen Kontaktstück 38 entstehende Wärme durch Konvektion durch den Kanal 37 und die Ventilationsöffnung 54 abgeführt werden, der in diesem Fall als Luftkanal für Kühlluft dient.
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Wie 3 verdeutlicht, ist der Kanal 37 bei ausgefahrenem Einfahrkontakt 30 durch einen Verschluss 60 vollständig verschlossen, wohingegen der Verschluss 60 in der Betriebsstellung des Leistungsschalters, d.h. bei eingefahrenem (und somit angestecktem) Einfahrkontakt 30 in seine Öffnungsstelle bewegt ist (2), wodurch der Kanal 37 nicht mehr verschlossen ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verschluss 60 in den festen Kontakt innerhalb der Durchführung 32 integriert. Hierzu ist an dem Leiter 36 eine Halteplatte 62 befestigt, an der zwei Führungen 64 und 65 montiert sind, die zusammen mit dem festen Kontaktstück 38 eine Verschlussplatte 66 führen. Die Verschlussplatte 66 kann somit auf dem festen Kontaktstück 38 und auf den Führungen 64 und 65 gleiten und sie wird in die in 3 dargestellte Endstellung durch zwei Federn F gedrängt, die auf den Führungen 64 und 65 angeordnet sind. Am in 3 rechten Ende der Führungen 64 und 65 ist jeweils ein nicht dargestellter Anschlag vorhanden, so dass die Verschlussplatte 66 in die in 3 dargestellte Position gedrückt wird, in der sie den Kanal 37 vollständig verschließt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, an der Innenkontur des Isolierstoffgehäuses 34 einen insbesondere umlaufenden Anschlag vorzusehen, so dass die Verschlussplatte 66 einerseits in ihrer Endstellung abgestützt wird und andererseits entlang ihrer Außenkontur abdichtet.
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Die Verschlussplatte 66, die aus Isolierstoff und/oder aus nicht magnetischem Metall bestehen kann, dient als bewegliches Verschlusselement, das von dem Einfahrkontakt 30 oder von einem anderen Bauteil des herausnehmbaren Schaltgerätes 20 in seine in 2 dargestellte Offenstellung bewegbar bzw. verschiebbar ist. Wie 2 verdeutlicht, wird die Verschlussplatte 66 durch den Einfahrkontakt 30 axial entlang des festen Kontaktstücks 38 verschoben, bis die Verschlussplatte 66 an der Halteplatte 62 anliegt, so dass der Kanal 37 geöffnet ist. Durch Herausbewegen des Einfahrkontaktes 30 aus der Durchführung 32 schließt jedoch der Verschluss 60 selbsttätig, so dass der Kanal 37 bei herausbewegtem Einfahrkontakt 30 verschlossen ist. Dies ist bei dieser Ausführungsform auch bereits dann der Fall, wenn der Einfahrkontakt 30 das feste Kontaktstück 38 gerade nicht mehr berührt, sich jedoch noch innerhalb der Durchführung 32 befindet, so dass der Shutter 50 noch nicht schließen kann.
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Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte untere Durchführung 42 in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebene Durchführung 32 aufgebaut ist.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Durchführung 32, wobei für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Bei dieser Ausführungsform weist das Isolierstoffgehäuse 34 rückseitig eine weitere Ventilationsöffnung 70 auf, durch die zusätzliche Kühlluft von hinten (und von unten) in die Durchführung 32 eintreten und über den Kanal 37 durch die Ventilationsöffnung 54 nach oben wieder austreten kann, was durch Pfeile angedeutet ist. Auf diese Weise ist die Abführung der erwärmten Luft weiter verbessert. Auch hier wird jedoch der Kanal 37 zur Vorderseite hin, d.h. in Richtung der Türe 22 des Schaltfeldes 10 verschlossen, wenn der Einfahrkontakt 30 von dem festen Kontaktstück 38 abgesteckt wird. Wenn in dieser Situation innerhalb des Sammelschienenraums 12 (oder des Kabelanschlussraums 16) eine Druckwelle auftreten sollte, so könnte diese aufgrund des geschlossenen Verschlusses nicht zur Vorderseite des Schaltfeldes hin austreten.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Durchführung 32, die weitgehend gleich wie diejenige der 4 aufgebaut ist. Allerdings ist der Einfahrkontakt 30 des in 5 nicht dargestellten Schaltgerätes mit einem Isolierring 56 versehen, dessen Außenkontur an die Innenkontur der Durchführung 32 so angepasst ist, dass der Kanal 37 bei vollständig eingefahrenem Einfahrkontakt in Richtung Einfahröffnung 52 durch den Isolierring 56 verschlossen wird. Hierdurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass im Falle eines Störfalls mit Lichtbogen im Bereich des Schaltgerätes keine Druckwelle mit verunreinigten Gasen von dem Leistungsschalterraum 14 in den Sammelschienenraum 12 oder aber in den Kabelanschlussraum 16 gelangen kann. Der Isolierring 56 und/oder das Isolierstoffgehäuse 34 können im Bereich ihrer Passflächen auch konisch ausgebildet sein, um eine gute Abdichtung dann zu bewirken, wenn der Einfahrkontakt vollständig eingefahren ist. Allerdings ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Kanal absolut druckdicht verschlossen wird. Vielmehr kann der Kanal auch dann als verschlossen angesehen werden, wenn ein geringer Luftspalt verbleibt, durch den jedoch die entstehenden Druckgase nicht nennenswert hindurchtreten können. So ist beispielsweise ein Ringspalt von etwa 1 mm zwischen Isolierstoffkörper 34 und Isolierring 56 denkbar.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Durchführung 32, die grundsätzlich ähnlich wie die von 5 aufgebaut ist. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform der Verschluss 60 durch eine schwenkbare Klappe 72 vorgesehen, mit der die Einfahröffnung 52 verschlossen werden kann. Die Klappe 72 ist an ihrer Oberseite über ein Gelenk 74 an dem Isolierstoffgehäuse 34 der Durchführung angelegt und sie wird von einem (nicht dargestellten) Federmittel entgegen dem Uhrzeigersinn in ihre (vertikale) Schließstellung gedrückt, sobald der Einfahrkontakt ausgefahren ist. Hierbei kann an dem Isolierstoffgehäuse 34 ein Anschlag 76 vorgesehen sein, der insbesondere auch umlaufend und/oder als Dichtung ausgebildet sein kann. Ebenso kann bei dieser Ausführungsform der Isolierring 56 so wie bei der Ausführungsform von 5 ausgebildet sein. Bei vollständig ausgefahrenem Einfahrkontakt schließt deshalb die Klappe 72 durch das Federmittel selbsttätig, so dass der Kanal zwischen Einfahröffnung 52 und den Ventilationsöffnungen 54 und 70 verschlossen ist. Somit können keine Druckgase durch die Ventilationsöffnung 54 und 70 in den Bereich des Leistungsschalterraums 14 austreten, wenn das Schaltgerät ausgefahren ist.
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Bei Einfahren des Einfahrkontaktes öffnet jedoch die Klappe 72 selbsttätig, und im vollständig eingefahrenen Zustand verschließt der Isolierring 56 den Kanal 37, so dass auch keine Druckgase von dem Leistungsschalterraum 14 durch die Durchführung 32 in den benachbarten Schottraum austreten können.
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Die 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Durchführung 32, bei welcher der Verschluss 60 einen Verschlussring 78 aufweist, der innerhalb des Isolierstoffgehäuses 34 verschiebbar angeordnet ist. Der Verschlussring 78 wird durch nicht näher dargestellte Federmittel in seine in 7 dargestellte Schließstellung gedrückt, wenn der Einfahrkontakt – wie dargestellt – ausgefahren ist. In dieser Schließstellung wird der Verschlussring 78 von der Wandung des Kanals 37 geführt und der Kanal selbst ist durch eine in den Verschlussring 78 integrierte Ringwand 80 verschlossen.
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Bei Einfahren des Einfahrkontaktes wird der Verschlussring 78 durch den Einfahrkontakt entgegen der Kraft der Federn nach links bewegt und er gleitet dabei auf dem festen Kontaktstück 38, das hierbei gleichzeitig als Führung für den Verschlussring 78 dient. Hierdurch bewegt sich die Ringwand 80 des Verschlussrings 78 ebenfalls nach links bzw. im Inneren der Durchführung in Richtung des Anschlusses 39, so dass Durchströmungsöffnungen 82, die in dem Verschlussring 78 vorgesehen sind (vgl. 9 und 10), in den Kanal gelangen, der sich zwischen der Ventilationsöffnung 54 und der Ventilationsöffnung 70 erstreckt, so dass Kühlluft durch diesen Kanal hindurchströmen kann. Dennoch ist der Kanal 37 zwischen den verschiedenen Schotträumen, d.h. zwischen der Einfahröffnung 52 und den Ventilationsöffnungen 54 und 70 durch den Verschlussring 78 mit de Ringwand 80 verschlossen, da diese den Ringraum zwischen dem Einfahrkontakt und dem Isolierstoffgehäuse 34 verschließt (vgl. 8). Somit können weder bei ausgefahrenem Einfahrkontakt noch bei eingefahrenem Einfahrkontakt Druckgase zwischen den beiden Schotträumen hindurchtreten, die mittels der Durchführung 32 miteinander verbunden sind.
