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HINTERGRUND
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Das Gebiet der Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eingebettete Pole zur Verwendung in Schaltgeräten und insbesondere auf eingebettete Pole, die externe und interne Kühlkörper einschließen.
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Eingebettete Pole können in einem Schaltgerät, wie etwa einem Mittelspannungsstromkreistrennschalter, implementiert sein. Wenigstens manche bekannte eingebettete Pole schließen leitende Komponenten und nicht leitende (d.h. isolierende) Komponenten ein. Isolierende Komponenten haben im Allgemeinen eingeschränkte Fähigkeiten zur Wärmeabgabe.
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Während eines Kurzschlussereignisses können jedoch relativ hohe Strombeträge durch den eingebetteten Pol geleitet werden. Entsprechend werden eingebettete Pole relativ schnell relativ heiß, was isolierende Komponenten in den eingebetteten Polen beschädigen kann. Als solcher sollte ein eingebetteter Pol in der Lage sein, Wärme relativ schnell zu zerstreuen, um Schäden daran zu vermeiden.
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KURZE BESCHREIBUNG
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In einem Aspekt wird ein eingebetteter Pol bereitgestellt. Der eingebettete Pol schließt ein Isolationsgehäuse, eine leitende Schaltung, wobei wenigstens ein Teil der leitenden Schaltung innerhalb des Isolationsgehäuses untergebracht ist, und ein Ventilationssystem ein, das einen externen Kühlkörper, der mit der leitenden Schaltung gekoppelt ist und extern bezüglich des Isolationsgehäuses ist, und einen internen Kühlkörper ein, der mit der leitenden Schaltung gekoppelt ist und innerhalb des Isolationsgehäuses positioniert ist.
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In einem anderen Aspekt wird ein Ventilationssystem zur Verwendung mit einem eingebetteten Pol bereitgestellt, wobei das Ventilationssystem einen externen Kühlkörper, der dazu eingerichtet ist, mit einer leitenden Schaltung des eingebetteten Pols gekoppelt zu werden und extern bezüglich eines Isolationsgehäuses des eingebetteten Pols positioniert zu werden, und einen internen Kühlkörper einschließt, der dazu eingerichtet ist, mit der leitenden Schaltung gekoppelt und innerhalb des Isolationsgehäuses positioniert zu werden.
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In noch einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbau eines eingebetteten Pols bereitgestellt. Das Verfahren schließt Koppeln eines externen Kühlkörpers mit einer leitenden Schaltung, die einen oberen Anschluss und einen unteren Anschluss einschließt, Koppeln eines internen Kühlkörpers mit der leitenden Schaltung und Unterbringen wenigstens eines Teils der leitenden Schaltung in einem Isolationsgehäuse ein, so dass der externe Kühlkörper extern bezüglich des Isolationsgehäuses ist und der interne Kühlkörper innerhalb des Isolationsgehäuses positioniert ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften eingebetteten Pols.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten eingebetteten Pols, wobei das Isolationsgehäuse weggelassenen ist.
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3 ist eine Seitenansicht einer leitenden Schaltung, die mit dem in 1 gezeigten eingebetteten Pol verwendet werden kann.
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4 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten eingebetteten Pols.
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5 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten eingebetteten Pols.
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6 ist eine Ansicht von oben eines externen Kühlkörpers, der mit dem in 1 gezeigten eingebetteten Pol verwendet werden kann.
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7 ist eine Seitenansicht des in 6 gezeigten externen Kühlkörpers.
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8 ist eine Ansicht von oben eines alternativen externen Kühlkörpers, der mit dem in 1 gezeigten eingebetteten Pol verwendet werden kann.
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9 ist eine Seitenansicht des in 8 gezeigten externen Kühlkörpers.
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10 ist eine schematische Ansicht eines Teils des in 1 gezeigten eingebetteten Pols.
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11 ist eine schematische Ansicht eines Teils des in 1 gezeigten eingebetteten Pols mit hinzugefügten halbrunden Teilen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die Systeme und Verfahren, die hierin beschrieben sind, stellen einen eingebetteten Pol mit einem externen Kühlkörper und einem internen Kühlkörper bereit. Die externen und internen Kühlkörper stellen im Vergleich zu wenigstens manchen bekannten eingebetteten Polen verbesserte Wärmeabgabefähigkeiten bereit. Des Weiteren legt ein Isolationsgehäuse des eingebetteten Pols einen Flusspfad fest, der verbesserte Wärmeabgabe zusätzlich fördert.
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Die 1 und 2 sind perspektivische Ansichten eines beispielhaften eingebetteten Pols 100. Eingebettete Pole 100 können bspw. verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen zwei Komponenten in einem Mittelspannungsstromkreistrennschalter bereitzustellen. Eingebettete Pole 100 schließen eine leitende Schaltung 102, ein Ventilationssystem 104, einen Isolationsstab 106 und ein Isolationsgehäuse 108 ein. Der Isolationsstab 106 und das Isolationsgehäuse 108 sind aus einem geeigneten Isolationsmaterial gemacht. Das Isolationsgehäuse 108 nimmt wenigstens einen Teil der leitenden Schaltung 102, des Ventilationssystems 104 und des Isolationsstabs 106 auf. Zur Verdeutlichung ist das Isolationsgehäuse 108 in 1 teiltransparent gezeigt und das Isolationsgehäuse 108 ist in 2 weggelassen.
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3 ist eine Seitenansicht der leitenden Schaltung 102. Die leitende Schaltung 102 verbindet zwei Komponenten elektrisch. Im Einzelnen schließt die leitende Schaltung 102 einen oberen Anschluss 110, der an eine erste Komponente koppelt, und einen unteren Anschluss 112 ein, der an eine zweite Komponente koppelt. Die leitende Schaltung 102 stellt einen Strompfad 114 bereit, der die erste und die zweite Komponente elektrisch verbindet, wenn die erste Komponente an dem oberen Anschluss 110 angeschlossen ist und die zweite Komponente an dem unteren Anschluss 112 angeschlossen ist.
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Wie in 3 gezeigt verläuft der Strompfad 114 in der beispielhaften Ausführungsform durch einen Vakuumschalter 120 und eine Buchse 122, die elektrisch zwischen den oberen und den unteren Anschluss 110 und 112 gekoppelt sind. Zudem ist der untere Anschluss 112 mit der Buchse 122 über eine leitende, flexible Verbindung 124 verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform sind alle Komponenten der leitenden Schaltung 102 Kupfer. Alternativ können die Komponenten der leitenden Schaltung 102 aus jedem Material gemacht sein, das die leitende Schaltung 102 dazu befähigt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Ein erstes Ende des Isolationsstabs 106 (gezeigt in den 1 und 2) ist an ein bewegliches Ende des Vakuumschalters 120 gekoppelt und ein zweites Ende des Isolationsstabs 106 ist an ein mechanisches Antriebssystem (nicht gezeigt) gekoppelt.
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In der beispielhaften Ausführungsform schließt die flexible Verbindung 124 einen oberen U-förmigen Arm 126 und einen unteren U-förmigen Arm 128 ein. Wie in 3 gezeigt, koppelt der untere Anschluss 112 sowohl an den oberen als auch an den unteren U-förmigen Arm 126 und 128 an. Des Weiteren fließt der Strom während des Betriebs durch sowohl den oberen als auch den unteren U-förmigen Arm 126 und 128. Bemerkenswerterweise erlaubt die flexible Verbindung 124 es dem unteren Anschluss 112, ausgewählt eingestellt und relativ zu anderen Komponenten der leitenden Schaltung 102 (z.B. Vakuumschalter 120 und oberer Schalter 110) bewegt zu werden. Dies unterstützt das Koppeln des unteren Terminals 112 an die zweite Komponente.
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Zudem bietet die Anordnung der flexiblen Verbindung 124 und des unteren Anschlusses 112 auch Vorteile bei der Wärmeabgabe während des Betriebs des eingebetteten Pols 100. Insbesondere erlaubt eine Öffnung 130, die durch die flexible Verbindung 124 gebildet ist, es Luft, die flexible Verbindung 124 zu berühren und durch diese hindurchzutreten, um die flexible Verbindung 124 zu kühlen. Des Weiteren ist der untere Anschluss 112 kleiner und hat eine größere Kontaktoberfläche verglichen mit zumindest manchen bekannten Anschlüssen eingebetteter Pole, wobei dies die Wärmeabgabe weiter verbessert.
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Die 4 und 5 veranschaulichen den Betrieb des Ventilationssystems 104 des eingebetteten Pols 100. 4 ist eine perspektivische Ansicht des eingebetteten Pols 100 einschließlich des Isolationsgehäuses 108. 5 ist eine Seitenansicht des eingebetteten Pols 100, wobei ein Teil des Isolationsgehäuses 108 aus Klarheitsgründen entfernt ist. Das Ventilationssystem 104 vereinfacht die Wärmeabgabe von dem eingebetteten Pol 100.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt, schließt das Ventilationssystem 104 einen externen Kühlkörper 140 und einen internen Kühlkörper 142 ein. Der externe Kühlkörper 140 ist im Wesentlichen extern bezüglich des Isolationsgehäuses 108, während der interne Kühlkörper 142 intern bezüglich des Isolationsgehäuses 108 ist. Der externe Kühlkörper 140 ist an den oberen Anschluss 110 gekoppelt und der interne Kühlkörper 142 ist innerhalb des Isolationsgehäuses 108 an die Buchse 122 gekoppelt. Der externe Kühlkörper 140 vereinfacht die Abgabe von Wärme von dem oberen Anschluss 110 und der interne Kühlkörper 142 vereinfacht die Abgabe von Wärme vom innerhalb des Isolationsgehäuses 108.
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Das Isolationsgehäuse 108 schließt auch eine Vielzahl von Wärmeabgabemerkmalen ein. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Isolationsgehäuse 108 einen ersten Satz 144 Ventilationsrippen und einen zweiten Satz 146 Ventilationsrippen ein. Die Ventilationsrippen in dem ersten Satz 144 erstrecken sich vertikal (d.h. im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 148 des Isolationsgehäuses 108). Die Ventilationsrippen in dem zweiten Satz 146 erstrecken sich im Wesentlichen umfänglich um die Längsachse 148. In der beispielhaften Ausführungsform schließt der zweite Satz 146 innere Rippen 150 auf einer inneren Oberfläche 152 des Isolationsgehäuses 108 und äußere Rippen 154 auf einer äußeren Oberfläche 156 des Isolationsgehäuses 108 ein. Alternativ kann das Isolationsgehäuse 108 jede Anzahl und/oder Konfiguration von Ventilationsrippen einschließen, die es dem Isolationsgehäuse 108 ermöglichen, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
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Der externe Kühlkörper 140 und der interne Kühlkörper 142 schließen Finnen 160 bzw. 162 ein. Wie in 5 gezeigt, vereinfacht der interne Kühlkörper 142 die Abgabe von Wärme aus einem inneren Hohlraum 164 des Isolationsgehäuses 108. Besonders strömt Luft entlang eines Flusspfades 166 durch den inneren Hohlraum 164, durch Finnen 162 und durch einen Ventilationskanal 168, der in dem Isolationsgehäuse 108 gebildet ist. D.h., der innere Hohlraum 164 ist in Fluidverbindung mit dem Ventilationskanal 168. Die Konfiguration mit flexibler Verbindung 124 und unterem Anschluss 112 vergrößert das Volumen des internen Hohlraums 164, durch den Luft durchströmen kann. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Ventilationskanal 168 durch einen ersten Satz 144 von Ventilationsrippen und eine äußere Wand 170 des Isolationsgehäuses 108 festgelegt.
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Aufgrund des Ventilationssystems 104 und des Ventilationskanals 168 ist der eingebettete Pol 100 in der Lage, eine 1,1 × 3150 Ampere (A)(d.h. 3.465 A)-Temperaturanstiegs-Anforderung unter natürlichen Ventilationsbedingungen einzuhalten. Wenigstens manche bekannte eingebettete Pole schließen kein Ventilationssystem und/oder Ventilationskanal ein. Solche bekannten eingebetteten Pole sind nicht in der Lage, eine 1,1 × 3150 Ampere(A)-Temperaturanstiegsanforderung bei natürlichen Ventilationsbedingungen einzuhalten. Des Weiteren ist der eingebettete Pol 100 kostengünstiger als wenigstens manche bekannten Pole.
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6 ist eine Ansicht von oben des externen Kühlkörpers 140. 7 ist eine Seitenansicht des externen Kühlkörpers 140. Wie in den 6 und 7 gezeigt, sind zwischen wenigstens manchen Finnen 160 Nuten 602 gebildet. Die Nuten 602 vereinfachen das Beabstanden von Finnen 160 und die Abgabe von Wärme. Jede Nut hat eine entsprechende Tiefe 604. Die Tiefe 604 kann bspw. ungefähr 10 Millimeter (mm) sein. Der externe Kühlkörper 140 schließt auch wenigstens eine Befestigungsöffnung 606 ein, die darin hindurch festgelegt ist, um das Anbringen des externen Kühlkörpers 140 an den oberen Anschluss 110 zu vereinfachen. In der beispielhaften Ausführungsform schließt der externe Kühlkörper 140 zwei Befestigungsöffnungen 606 ein. Alternativ kann der externe Kühlkörper 140 jede Anzahl von Befestigungsöffnungen 606 einschließen, die es dem externen Kühlkörper 140 erlauben, wie hier beschrieben zu funktionieren.
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8 ist eine Ansicht von oben eines alternativen externen Kühlkörpers 800. 9 ist eine Seitenansicht eines externen Kühlkörpers 800. Wenn nicht anders angegeben, ist der externe Kühlkörper 800 im Wesentlichen ähnlich dem externen Kühlkörper 140. Wie in 8 gezeigt, schließt der externe Kühlkörper 800 eine Vielzahl von Kühllöchern 802 ein, die dort hindurch festgelegt sind. Die Kühllöcher 802 vereinfachen erhöhte Wärmeabgabefähigkeiten des externen Kühlkörpers 800 relativ zu dem externen Kühlkörper 140. In den beispielhaften Ausführungsformen schließt der externe Kühlkörper 800 neun Kühllöcher 802 ein. Acht Kühllöcher 802 sind außerdem an dem Boden der Nuten 806 positioniert, die zwischen den Finnen 808 festgelegt sind. Alternativ kann der externe Kühlkörper 800 jede Anzahl und Konfiguration von Kühllöchern 802 einschließen, die es dem externen Kühlkörper 800 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
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Wie in 9 gezeigt, ist eine Tiefe 810 der Nuten 806 größer als die Tiefe 604 der Nuten 602 (gezeigt in den 6 und 7). Beispielsweise kann die Tiefe 810 etwa 20 mm sein. Die vergrößerte Tiefe 810 ermöglicht vergrößerte Wärmeabgabefähigkeiten des externen Kühlkörpers 800 relativ zu dem externen Kühlkörper 140.
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10 ist eine schematische Ansicht der flexiblen Verbindung 124, der Buchse 122 und des internen Kühlkörpers 142. Wie in 10 gezeigt, legt die Buchse 122 eine Öffnung 1002 zur Aufnahme des Isolationsstabs 106 fest. In manchen Ausführungsformen sind, wie in 11 gezeigt, halbrunde Teile 1102 an der Buchse 122 befestigt. Die halbrunden Teile 1102 vergrößern eine effektive Oberfläche der Buchse 122 und ermöglichen sich vergrößernde Wärmeabgabefähigkeiten von eingebetteten Polen 100. In dieser Ausführungsform schließen die halbrunden Teile 1102 und die Buchse 122 jeweils Befestigungslöcher 1104 ein, um das Anbringen von halbrunden Teilen 1102 an die Buchse 122 unter Verwendung einer oder mehrerer Befestigungsmittel (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Alternativ können halbrunde Teile 1102 an die Buchse 122 unter Verwendung irgendeiner Technik gekoppelt sein, die es der Buchse 122 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
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Die Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, stellen einen eingebetteten Pol mit einem externen Kühlkörper und einem internen Kühlkörper bereit. Der externe und der interne Kühlkörper stellen verbesserte Wärmeabgabefähigkeiten im Vergleich mit zumindest machen bekannten eingebetteten Polen bereit. Des Weiteren legt ein Isolationsgehäuse des eingebetteten Pols einen Flusspfad fest, der verbesserte Wärmeabgabe darüber hinaus ermöglicht.
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Beispielhafte Ausführungsformen von Systemen und Verfahren für eingebettete Pole sind oben im Detail beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die hierin beschrieben sind, sondern die Komponenten des Systems und/oder Arbeitsabläufe der Verfahren können vielmehr unabhängig und separat von anderen Komponenten und/oder Arbeitsabläufen, die hierin beschrieben sind, verwendet werden. Des Weiteren können die beschriebenen Komponenten und/oder Arbeitsabläufe auch in Kombination mit anderen Systemen, Verfahren und/oder Geräten festgelegt oder verwendet werden und sind nicht beschränkt, nur mit den Systemen, die hierin beschrieben sind, zu arbeiten.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsformen oben mit einem bestimmten Grad an Genauigkeit beschrieben worden sind, könnten Fachmänner eine Vielzahl von Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vornehmen, ohne von dem Geist oder dem Bereich von dieser Offenbarung abzuweichen. Alle Richtungsbezüge (z.B. oberer, unterer, aufwärts, abwärts, links, rechts, nach links, nach rechts, oben, unten, über, unter, vertikal, horizontal, im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) werden nur zu Kennzeichnungszwecken verwendet, um das Verständnis des Lesers der Offenbarung zu unterstützen und erzeugen keine Beschränkungen, speziell bezogen auf die Position, die Orientierung oder die Verwendung der Offenbarung. Verbindungsbezüge (z.B. angebracht, gekoppelt, verbunden und dergleichen) sollen breit ausgelegt werden und können Zwischenglieder zwischen einer Verbindung von Elementen und relativen Bewegung zwischen den Elementen einschließen. Als solche folgern Verbindungsbezüge nicht notwendigerweise, dass zwei Elemente direkt verbunden und in fester Relation zueinander sind. Es ist beabsichtigt, dass alle Merkmale, die in der obigen Beschreibung enthalten sind oder in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind, nur als veranschaulichend ausgelegt werden sollen und nicht als beschränkend.
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Die Reihenfolge der Ausübung oder Durchführung der Abläufe in den Ausführungsformen der hierin veranschaulichten und niedergeschriebenen Erfindung ist nicht essentiell, es sei denn, es ist anders beschrieben. D.h., die Abläufe können in jeder Reihenfolge durchgeführt werden, es sei denn, dies ist anders angegeben und Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche oder weniger Abläufe einschließen als solche, die hierin offenbart sind. Bspw. wird angesehen, dass das Ausüben oder das Durchführen von speziellen Abläufen vor, gleichzeitig mit oder nach anderen Abläufen innerhalb des Bereichs von Aspekten der Erfindung ist.
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Obwohl spezielle Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in manchen Zeichnungen gezeigt sein können und nicht in anderen, geschieht dies nur aus Gründen der Einfachheit. In Übereinstimmung mit Prinzipien der Erfindung kann auf jedes Merkmal einer Zeichnung Bezug genommen und/oder beansprucht werden, in Kombination mit jedem anderen Merkmal jeder anderen Zeichnung.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, darunter die beste Ausführungsform; und auch um jeden Fachmann dazu zu befähigen, die Erfindung auszuführen, darunter jedes Gerät oder System herzustellen und zu verwenden und jedes eingeschlossene Verfahren durchzuführen. Der patentierbare Bereich der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und kann andere Beispiele einschließen, die dem Fachmann erscheinen. Solche anderen Beispiele sind dazu gedacht, innerhalb des Bereichs der Ansprüche zu sein, wenn diese strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen oder wenn diese äquivalente strukturelle Elemente mit unbedeutenden Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche einschließen.
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Ein eingebetteter Pol wird bereitgestellt. Der eingebettete Pol schließt ein Isolationsgehäuse, eine leitende Schaltung, wobei wenigstens ein Teil der leitenden Schaltung innerhalb des Isolationsgehäuses untergebracht ist, und ein Ventilationssystem mit einem externen Kühlkörper, der an die leitende Schaltung gekoppelt ist und extern bezüglich des Isolationsgehäuses ist, und einen internen Kühlkörper ein, der an die leitende Schaltung gekoppelt ist und innerhalb des Isolationsgehäuses positioniert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- eingebetteter Pol
- 102
- leitende Schaltung
- 104
- Ventilationssystem
- 106
- Isolationsstab
- 108
- Isolationsgehäuse
- 110
- oberer Anschluss
- 112
- unterer Anschluss
- 114
- Strompfad
- 120
- Vakuumschalter
- 122
- Buchse
- 124
- flexible Verbindung
- 126
- oberer U-förmiger Arm
- 128
- unterer U-förmiger Arm
- 130
- Öffnung
- 140
- externer Kühlkörper
- 142
- interner Kühlkörper
- 144
- erster Satz
- 146
- zweiter Satz
- 148
- Längsachse
- 150
- innere Rippen
- 152
- innere Oberfläche
- 154
- äußere Rippen
- 156
- äußere Oberfläche
- 160
- Finnen
- 162
- Finnen
- 164
- interner Hohlraum
- 166
- Flusspfad
- 168
- Ventilationskanal
- 170
- äußere Wand
- 602
- Nuten
- 604
- Tiefe
- 606
- Befestigungsöffnungen
- 800
- externer Kühlkörper
- 802
- Kühllöcher
- 806
- Nuten
- 808
- Finnen
- 810
- Tiefe
- 1002
- Öffnung
- 1102
- halbrunde Teile
- 1104
- Befestigungslöcher
