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Technisches Gebiet
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Das erfindungsgemäße Konzept bezieht sich allgemein auf Schaltungsunterbrecher und insbesondere auf Schaltungsunterbrecher mit Druckentlastungsventilen.
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Hintergrund
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Ein Schaltungsunterbrecher ist eine elektrische Verteilervorrichtung, die verwendet wird, um den Fluss von elektrischem Strom in eine Schaltung zu steuern. Der Schaltungsunterbrecher ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass er unter abnormen Betriebsbedingungen öffnet, wie beispielsweise bei einem Kurzschluss. In einigen Schaltungsunterbrechern sind ein stationärer Kontakt und ein bewegbarer Kontakt in der Schaltung konfiguriert, sich zu trennen, wenn der Schaltungsunterbrecher sich öffnet. Die Trennung dieser Kontakte kann einen Lichtbogen erzeugen, der gekühlt/gelöscht werden muss, bevor die Wärme vom Lichtbogen den Schaltungsunterbrecher zerstört.
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Lichtbogen können unter Verwendung von Lichtbogenlöschgasen gekühlt werden, die durch Lichtbogenlöschmaterialien in dem Schaltungsunterbrecher erzeugt werden. Beispielsweise können die Kontakte in dem Schaltungsunterbrecher von Lichtbogenlöschmaterialien umgeben sein, wie beispielsweise Nylon, Fischpapier bzw. Isoliergewebe, Aluminiumtrihydrat (ATH) usw. Wenn ein Lichtbogen auftritt, erzeugen diese Materialien ein Lichtbogenlöschgas, jedoch können übermäßig große Drücke, die durch die Gase verursacht werden, bewirken, dass das Plastikmaterialgehäuse des Schaltungsunterbrechers zerbricht oder platzt.
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Zusammenfassung
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Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzeptes sehen Schaltungsunterbrecher vor, welche ein Druckentlastungsventil aufweisen, welches einen Entlüftungsteil und einen Barrierenteil aufweist. Der Barrierenteil ist so konfiguriert, dass er sich öffnet, wenn er übermäßig großer Hitze ausgesetzt wird, die durch einen Lichtbogen erzeugt wird, und er gestattet, dass Gase aus dem Schaltungsunterbrecher entweichen.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Barrierenteil Plastik aufweisen, welches konfiguriert ist, sich ansprechend auf übermäßige Hitze zu biegen, welche durch den Lichtbogen verursacht wird. Das Plastik kann ein Formgedächtnispolymer aufweisen. In gewissen Ausführungsbeispielen kann das Material des Barrierenteils kein Plastik sein. Beispielsweise kann das Material Metall oder Isoliergewebe sein.
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In noch weiteren Ausführungsbeispielen kann der Entlüftungsteil einen Durchmesser haben, der größer als 1/8 Zoll ist.
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In einigen Ausführungsbeispielen können die Gase Lichtbogenlöschgase aufweisen, die durch Lichtbogenlöschmaterialien erzeugt werden, die in dem Schaltungsunterbrecher vorgesehen sind. Die Lichtbogenlöschmaterialien können Aluminiumtrihydrat (ATH), Nylon und/oder Isoliergewebe aufweisen.
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In anderen Ausführungsbeispielen kann der Schaltungsunterbrecher einen intelligenten Schaltungsunterbrecher in Verbindung mit einer Kommunikationsschaltung aufweisen, die mit einem Last- bzw. Lastverteilungscenter assoziiert ist.
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In noch weiteren Ausführungsbeispielen sieht das vorliegende erfindungsgemäße Konzept elektrische Verteilerpaneele vor, die konfiguriert sind, um einen Schaltungsunterbrecher aufzunehmen. Das elektrische Verteilerpaneel weist ein Gehäuse auf, einen Rahmen, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist; und ein Druckentlastungsventil in dem Gehäuse. Das Druckentlastungsventil weist einen Entlüftungsteil und einen Barrierenteil auf. Der Barrierenteil ist so konfiguriert, dass er öffnet, wenn er übermäßiger Wärme ausgesetzt ist, die durch einen Lichtbogen erzeugt wird, und so, dass er gestattet, dass Gase aus dem Schalungsunterbrecher entweichen.
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Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzeptes sehen elektrische Verteilersysteme vor, welche ein Gehäuse aufweisen; und ein Last- bzw. Lastverteilungszentrum und einen Schaltungsunterbrecher in dem Gehäuse. Das Gehäuse weist ein Druckentlastungsventil auf, welches einen Entlüftungsteil und einen Barrierenteil aufweist. Der Barrierenteil ist so konfiguriert, dass er öffnet, wenn er übermäßig großer Wärme ausgesetzt wird, die durch einen Lichtbogen erzeugt wird, und so dass er gestattet, dass Gase aus dem Schaltungsunterbrecher entweichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm eines Schaltungsunterbrechers gemäß einigen Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes.
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2 ist eine Abbildung eines Schaltungsunterbrechers, der Druckentlastungsventile gemäß einigen Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes aufweist.
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3 ist eine Abbildung eines Schaltungsunterbrechers, der ein Druckentlastungsventil gemäß einigen Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes aufweist.
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4 ist eine Abbildung eines Druckentlastungsventils gemäße einigen Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das erfindungsgemäße Konzept wird nun deutlicher mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen veranschaulichende Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzeptes gezeigt sind. In den Zeichnungen können die relativen Größen von Bereichen oder Merkmalen zur Verdeutlichung übertrieben sein. Das erfindungsgemäße Konzept kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt angesehen werden; vielmehr sind die Ausführungsbeispiele so vorgesehen, dass diese Offenbarung durchgängig und vollständig ist und den Umfang des erfindungsgemäßen Konzeptes dem Fachmann vollständig klar machen wird.
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Es sei bemerkt, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „gekoppelt” oder „verbunden” bezeichnet wird, dieses direkt mit dem anderen Element gekoppelt oder verbunden sein kann oder dass auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als mit einem anderen Element „direkt gekoppelt” oder „direkt verbunden” bezeichnet wird, sind keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgängig auf gleiche Elemente. Wie der Ausdruck „und/oder” hier verwendet wird, weist er irgendein Teil von einem oder mehreren der assoziierten Teile auf und auch alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgelisteten Teile.
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Außerdem können eine räumliche Beziehung ausdrückende Ausdrücke, wie beispielsweise „unterer”, „unter”, „darunter”, „über”, „oberer” usw. hier für eine Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um eine Beziehung eines Elementes oder Merkmals zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder einem anderen Merkmal (anderen Merkmalen) zu beschreiben, wie dies in den Figuren veranschaulicht ist. Es wird klar sein, dass die eine räumliche Beziehung beschreibenden Ausdrücke unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung beim Gebrauch oder im Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Orientierung mit umfassen sollen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht ist, würden Elemente, die als „unter” oder „unterhalb” anderer Elementen oder Merkmalen beschrieben werden, dann „über” den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Somit kann der beispielhafte Ausdruck „unter” sowohl eine Orientierung darüber als auch darunter umfassen. Die Vorrichtung kann in anderer Weise orientiert sein (um 90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht), und die speziellen relativen beschreibenden Ausdrücke, die hier verwendet werden, sollen entsprechend interpretiert werden.
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Die hier verwendete Ausdrucksweise ist nur zum Zwecke der Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele und soll nicht für das erfindungsgemäße Konzept einschränkend sein. Die Singularformen „ein”, „eine” und „der” sollen genauso alle Pluralformen aufweisen, außer wenn der Kontext dies klar in anderer Weise anzeigt. Es wird weiter klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn diese in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der erwähnten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, sie sollen jedoch nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. So wie er hier verwendet wird, weist der Ausdruck „und/oder” irgendeines der assoziierten aufgelisteten Teile und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten aufgelisteten Teile auf.
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Außer wenn dies in anderer Weise definiert wird, haben alle Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke), die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Fachmann für die Technik verstanden wird, zu der dieses erfindungsgemäße Konzept gehört. Es wird weiter klar sein, dass Ausdrücke wie beispielsweise jene, die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit der betroffenen Technik in Übereinstimmung ist, und dass sie nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, außer wenn dies ausdrücklich so definiert wird.
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Wie oben besprochen, ist ein Schaltungsunterbrecher eine elektrische Verteilungsvorrichtung, die verwendet wird, um den Fluss von elektrischem Strom in eine Schaltung zu steuern. Der Schaltungsunterbrecher ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass er sich unter abnormen Betriebsbedingungen öffnet, wie beispielsweise bei einem Kurzschluss. In einigen Schaltungsunterbrechern sind ein stationärer Kontakt und ein bewegbarer Kontakt in der Schaltung so konfiguriert, dass sie sich trennen, wenn der Schaltungsunterbrecher öffnet. Die Trennung dieser Kontakte kann einen Lichtbogen erzeugen, der gekühlt/gelöscht werden muss, bevor die Wärme vom Lichtbogen den Schaltungsunterbrecher zerstört.
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Lichtbogen können unter Verwendung von Lichtbogenlöschgasen gekühlt werden, die durch Lichtbogenlöschmaterialien in dem Schaltungsunterbrecher erzeugt werden. Beispielsweise können die Kontakte in dem Schaltungsunterbrecher von Lichtbogenlöschmaterialien umgeben sein, wie beispielsweise Nylon, Isoliergewebe bzw. Fish-Paper, Aluminiumtrihydrat (ATH) und so weiter. Wenn ein Lichtbogen auftritt, erzeugen diese Materialien Lichtbogenlöschgase, jedoch können übermäßig große Drücke, die durch diese Gase verursacht werden, bewirken, dass das Plastikmaterialgehäuse des Schaltungsunterbrechers reißt oder bricht. Somit sind die übermäßigen Drücke, die durch die Gase erzeugt werden, ein begrenzender Faktor bei der Erzeugung von großen Mengen an Lichtbogenlöschgasen während hoher Fehlerströme.
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Entsprechend sehen Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes Druckentlastungsventile vor, die so konfiguriert sind, dass sie sich öffnen, wenn sie übermäßig großer Wärme ausgesetzt sind, die von einem hohen Fehlerstrom erzeugt wird. Das öffnen des Ventils kann das Freigeben der Lichtbogenlöschgase gestatten, bevor das Plastikgehäuse des Schaltungsunterbrechers durch den Druck reißt, der durch die darin eingefangenen Gase erzeugt wird. Wie hier mit Bezug auf die 1–4 unten besprochen wird, weisen einige der Druckentlastungsventile gemäß Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes einen Entlüftungsteil und einen Barrierenteil auf, der über dem Entlüftungsteil angeordnet ist. Der Barrierenteil kann aus einem Plastikmaterial gemacht sein, welches konfiguriert ist, um sich ansprechend auf hohe Temperaturen zu biegen, was eine Öffnung erzeugt, durch welche die Gase entweichen können, bevor der Druck der eingeschlossenen Gase das Plastikgehäuse des Unterbrechers beschädigt.
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Es wird klar sein, dass, obwohl Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzeptes hier mit Bezugnahme auf eine Entlüftung in Kombination mit einer Barriere, die ein Plastikmaterial aufweist, besprochen werden, Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Konzeptes nicht darauf eingeschränkt sind. Beispielsweise können einige Ausführungsbeispiele ein Druckentlastungsventil aufweisen, welches Stahlfedern aufweist, die durch die Hitze ausgelöst werden, was bewirkt, dass das Ventil sich öffnet und das Gas entweicht, und zwar ohne vom Umfang des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes abzuweichen. Weiterhin ist das Material der Barriere nicht auf Plastik eingeschränkt, beispielsweise könnte das Material ein Metall oder ein Isoliergewebe bzw. eine Isolierplatte sein, ohne vom Umfang des erfindungsgemäßen Konzeptes abzuweichen.
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Nun mit Bezug auf 1 wird ein Blockdiagramm eines elektrischen Verteilerpaneels oder eines Lastzentrums gemäß einigen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Konzeptes besprochen. Wie in 1 veranschaulicht weist das Lastzentrum bzw. Lastverteilungszentrum 100 eine Umhüllung 105 auf. Die Umhüllung weist zwei Leistungsleitungen L1 und L2, einen Hauptunterbrecher 110, der mit ersten bzw. zweiten Busleitungen 1 bzw. 2 gekoppelt ist, und einer Vielzahl von Unterbrecherpositionen 1–4 auf, die mit den Busleitungen 1 und 2 verbunden sind.
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Es wird klar sein, dass, obwohl das Lastzentrum 100 so gezeigt ist, dass es einen einzelnen Hauptunterbrecher 110 und vier Unterbrecherpositionen aufweist, Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt sind. Beispielsweise können Lastzentren zwei oder mehr Schaltungsunterbrecher aufweisen, um eine sichere und steuerbare Verteilung von elektrischer Leistung vorzusehen. Jeder der Schaltungsunterbrecher kann vierzig oder mehr Unterbrecherpositionen haben, ohne vom Umfang des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes abzuweichen. Solche Lastzentren bzw. Lastverteilungszentren 100 sind ein übliches Merkmal sowohl bei Wohnbauten als auch bei kommerziellen Bauten geworden.
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Weiterhin ist der Schaltungsunterbrecher der 1 ein intelligenter Unterbrecher und hat somit die Fähigkeit, mit einer Kommunikationsschaltung 130 zu kommunizieren. Ein intelligenter Schaltungsunterbrecher kann aus der Ferne überwacht und gemanagt werden. Obwohl 1 einen intelligenten Schaltungsunterbrecher veranschaulicht, sind Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt. Druckentlastungsventile gemäß Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes können in Kombination mit irgendeiner Art eines Schaltungsunterbrechers verwendet werden, der Vorteil aus verbesserten Gasfreigabefähigkeiten ziehen kann.
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Wenn ein Lichtbogen im Schaltungsunterbrecher auftritt, sollte er in ungefähr einem halben Lichtbogenzyklus gelöscht werden. Beispielsweise sollte der Lichtbogen in ungefähr 8,0 ms gelöscht werden. Wie oben besprochen, können Lichtbogenlöschmaterialien um die Kontakte im Schaltungsunterbrecher vorgesehen werden, um Lichtbogenlöschgase zur Kühlung/Löschung des Lichtbogens zu erzeugen. Diese Materialien weisen beispielsweise Nylon, Isoliergewebe, Aluminiumtrihydrat (ATH) auf, und sie können beispielsweise mit Gussverbundstoffen gemischt sein. In einer herkömmlichen Vorrichtung baut sich, wenn der Lichtbogen auftritt, das Gas von diesen Materialien in ungefähr 2,0 ms auf und kann bewirken, dass das Plastikgehäuse des Schaltungsunterbrechers bricht oder Risse zeigt. Herkömmliche Vorrichtungen können Entlüftungskanäle aufweisen, jedoch ist die Größe dieser Entlüftungen (Löcher) durch UL-Standards (UL = underwriting lab) begrenzt, welche einen Durchmesser eines Loches in dem Plastikgehäuse auf 1/8 Zoll begrenzen. Somit ist das Ausmaß einer möglichen Entlüftung durch den kleinen Durchmesser des Loches begrenzt.
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Wie in den 2 bis 4 veranschaulicht, weisen einige Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes ein Druckentlastungsventil auf, welches eine Entlüftung 240, 340 und eine Barriere 250, 350 über der Entlüftung aufweist. Da die Entlüftung 240, 340 durch die Barriere 250, 350 bedeckt ist, ist die Größe des Druckentlastungsventils gemäß hier besprochenen Ausführungsbeispielen nicht durch den UL-Standard eingeschränkt. Somit kann das Druckentlastungsventil gemäß hier besprochenen Ausführungsbeispielen viel größer gemacht werden, und daher kann dies gestatten, dass mehr Gas schneller entweicht.
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Insbesondere, wie in 2 veranschaulicht, können ein oder mehrere Druckentlastungsventile an irgendeinem Teil des Schaltungsunterbrechers vorgesehen sein. Das Druckentlastungsventil kann einen Entlüftungskanal 240 und eine darauf positionierte Barriere 250 aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Barriere 250 ein temperaturaktiviertes Plastik aufweisen, welches so konfiguriert ist, dass es sich biegt, um ansprechend auf die Hitze des Lichtbogens eine Öffnung zu erzeugen, so dass die übermäßig großen inneren Drücke, die durch die Lichtbogenlöschgase erzeugt werden, freigegeben werden können, um einen Schaden an dem Schaltungsunterbrecher oder eine Zerstörung dessen zu vermeiden.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann die Barriere 250 beispielsweise aus einem Formgedächtnispolymer gemacht sein, welches von Dynalloy, Inc. geliefert wird. Obwohl die Barriere 250 so besprochen wird, dass sie gemäß einigen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Konzeptes ein Plastikmaterial ist, welches sich bei Wärme biegt, sind die Ausführungsbeispiele nicht darauf eingeschränkt, wie oben besprochen.
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Wie weiter in 3 veranschaulicht, kann das Druckentlastungsventil, welches die Entlüftung 340 und die Barriere 350 aufweist, gestatten, dass die Lichtbogenlöschgase schneller entweichen, und daher kann es gestatten, dass mehr Lichtbogenlöschmaterial im Schaltungsunterbrecher ist, ohne das Plastikgehäuse des Unterbrechers zu beschädigen oder zu zerstören.
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Nun mit Bezug auf 4 ist die Größe des Druckentlastungsventils nicht durch den UL-Standard von einem 1/8 Zoll Durchmesser eingeschränkt, weil die Entlüftung 440 mit der Barriere 450 bedeckt ist. Die Größe des Druckentlastungsventils gemäß einigen Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes ist nur durch die Größe des Schaltungsunterbrechers eingeschränkt, bei dem es verwendet wird. Die Anordnung des Druckentlastungsventils kann an irgendeiner praktischen Stelle an dem Schaltungsunterbrecher sein. Wie in 4 veranschaulicht, kann die Entlüftung 440 eine Länge (L) und ein Breite (W) relativ zur Größe des Schaltungsunterbrechers haben. Somit können kleinere Schaltungsunterbrecher kleine Druckentlastungsventile haben. In ähnlicher Weise können große Schaltungsunterbrecher große Druckentlastungsventile haben. Obwohl das Druckentlastungsventil in 4 so veranschaulicht ist, dass es eine rechteckige Form hat, sind Ausführungsbeispiele des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt. Das Druckentlastungsventil kann irgendeine Form haben, beispielsweise kreisförmig, quadratisch usw., ohne vom Umfang des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes abzuweichen.
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Wie kurz oben besprochen wurde, können unter Verwendung eines Druckentlastungsventils gemäß Ausführungsbeispielen des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes große Mengen an Lichtbogenlöschgasen während hohen Fehlerströmen erzeugt werden, ohne übermäßig große Drücke zu erzeugen, welche bewirken, dass das Plastik des Gehäuses reißt oder bricht. Wenn die Barriere über der Entlüftung übermäßiger Hitze ausgesetzt ist, die durch den Lichtbogen verursacht wird, biegt sich die Plastikbarriere, um zu gestatten, dass Gase entweichen, wie oben besprochen. Somit bauen sich Gase nicht in dem Schaltungsunterbrecher auf, um einen Schaden an dem Unterbrechergehäuse zu bewirken.
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In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konzeptes offenbart worden. Jedoch können viele Variationen und Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden, ohne wesentlich von den Prinzipien des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzeptes abzuweichen. Obwohl spezielle Ausdrücke verwendet werden, werden diese entsprechend nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zu Zwecken der Einschränkung verwendet, wobei der Umfang des erfindungsgemäßen Konzeptes durch die folgenden Ansprüche definiert wird.
