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Die Erfindung betrifft einen Schienenkasten für einen Schienenstrang eines Stromschienensystems, eine elektrische Verbindung zweier entsprechender Schienenkästen und ein Stromschienensystem mit entsprechend verbundenen Schienenkästen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2 und 8.
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Stromschienensysteme zum Transport von elektrischer Energie mittels eines Schienenstrangs, der aus hintereinander angeordneten Schienenkästen gebildet ist, sind bekannt. Die einzelnen Schienenkästen weisen erste und zweite seitliche Kastenwände und stirnseitige Rahmen auf, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Stirnseiten einander zugewandt sind. In den Schienenkästen sind Stromschienen (allgemein schienenförmige Stromleiter) parallel zueinander angeordnet, die jeweils in Längsrichtung des Schienenkastens verlaufen. Die Stromschienen haben stirnseitig einen meist nahezu rechteckigen Querschnitt und damit jeweils zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten, die mit einer elektrischen Isolierung versehen sind. Die Stromschienen liegen mit ihren Breitseiten aneinander an und bilden jeweils ein Schienenpaket. Die ersten und zweiten Kastenwände umschließen das Schienenpaket, wobei die Breitseiten der beiden außenliegenden Stromschienen seitlich an den beiden ersten Kastenwänden anliegen und Wärme nach außen ableiten. Durch die beiden Stirnseiten der Schienenkästen erstrecken sich die Stromschienen des Schienenpakets hindurch in einen Verbindungsbereich. Im Verbindungsbereich ist jeweils eine Stromschiene des einen Schienenpakets mit einer Stromschiene des anderen Schienenpakets verbunden.
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Die bekannten Schienenkästen und Stromschienensysteme haben den Nachteil, dass die sichere und dichte elektrische Verbindung von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Schienenkästen nur relativ aufwendig herstellbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen.
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Die Aufgabe wird bezogen auf den Schienenkasten durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezogen auf die elektrische Verbindung durch die Merkmale des Anspruchs 2 und bezogen auf das Stromschienensystem durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
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Die Lösung sieht bezogen auf den Schienenkasten vor, dass zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Schienenkästen dadurch elektrisch miteinander verbindbar sind, dass
- a) die schienenförmigen Stromleiter im Verbindungsbereich parallel zueinander angeordnete Kontaktplatten bilden, deren Breitseiten einen vorgegebenen seitlichen Abstand voneinander aufweisen,
- b) jede Kontaktplatte auf einer der beiden Breitseiten eine elektrisch leitende Kontaktfläche aufweist,
- c) die Kontaktplatten des Schienenpakets an einem Ende jeweils eine einseitig offene Ausnehmung aufweisen, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstreckt,
- d) die Kontaktplatten an dem gegenüberliegenden Ende ein stabförmiges Spannelement aufweisen, das quer durch die Kontaktplatten des Schienenpakets verläuft,
- e) bei zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Schienenkästen die Kontaktplatten mit der Ausnehmung des einen Schienenkastens und die Kontaktplatten mit dem Spannelement des anderen Schienenkastens kammartig ineinandergreifend angeordnet werden können, und
- f) die Kontaktflächen über die im Verbindungsbereich kammartig ineinandergreifenden Kontaktplatten von dem Spannelement druckbeaufschlagbar sind, wodurch jeweils eine sichere elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden schienenförmigen Stromleitern der beiden Schienenpakete hergestellt ist.
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Die Lösung sieht bezogen auf die elektrische Verbindung vor, dass
- a) die schienenförmigen Stromleiter im Verbindungsbereich Kontaktplatten bilden, deren Breitseiten einen vorgegebenen seitlichen Abstand voneinander aufweisen und die parallel zueinander angeordnet sind,
- b) jede Kontaktplatte auf einer der beiden Breitseiten eine elektrisch leitende Kontaktfläche bildet,
- c) die Kontaktplatten des Schienenpakets an einem Ende jeweils eine einseitig offene Ausnehmung aufweisen, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstreckt,
- d) die Kontaktplatten an dem gegenüberliegenden Ende ein stabförmiges Spannelement aufweisen, das quer durch die Kontaktplatten des Schienenpakets verläuft,
- e) die Kontaktplatten mit der Ausnehmung des einen Schienenkastens und die Kontaktplatten mit dem Spannelement des anderen Schienenkastens kammartig ineinandergreifen, wobei I) das stabförmige Spannelement jeweils in die Ausnehmungen eingreift und II) jede Kontaktplatte des einen Schienenpakets mit seiner Kontaktfläche an einer Kontaktfläche der zugehörigen Kontaktplatte des anderen Schienenpakets anliegt, und
- f) die Kontaktflächen über die Kontaktplatten von dem Spannelement druckbeaufschlagt sind.
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Vorteilhaft ist es für die Montage, wenn das eine Ende des einen Schienenkastens auf das gegenüberliegende Ende des anderen Schienenkastens aufschiebbar ist.
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Herstellungstechnisch einfach ist es, wenn das stabförmige Spannelement als Schraube ausgebildet ist.
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Eine einfache Anpassung an höhere Stromstärken sieht vor, dass mehrere einseitig offene Ausnehmungen vorhanden sind, die sich parallel zueinander in Stromleiter-Längsrichtung erstrecken und an dem gegenüberliegenden Ende des Schienenkastens entsprechend viele parallele Durchgangsöffnungen für jeweils ein stabförmiges quer durch die Kontaktplatten verlaufendes Spannelement vorhanden sind.
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Die Montage vereinfacht sich insgesamt, wenn der Verbindungsbereich mittels plattenförmigen Verkleidungen verschlossen und abgedichtet ist.
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Zweckmäßig ist es, wenn zwischen den Kontaktplatten Isolationsplatten angeordnet sind.
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Die Lösung sieht bezogen auf ein Stromschienensystem vor, dass
- a) die schienenförmigen Stromleiter im Verbindungsbereich Kontaktplatten bilden, deren Breitseiten einen vorgegebenen seitlichen Abstand voneinander aufweisen und die parallel zueinander angeordnet sind,
- b) jede Kontaktplatte auf einer der beiden Breitseiten eine elektrisch leitende Kontaktfläche bildet,
- c) die Kontaktplatten des Schienenpakets an einem Ende jeweils eine einseitig offene Ausnehmung aufweisen, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstreckt,
- d) die Kontaktplatten an dem gegenüberliegenden Ende ein stabförmiges Spannelement aufweisen, das quer durch die Kontaktplatten des Schienenpakets verläuft,
- e) im Verbindungsbereich zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Schienenkästen die Kontaktplatten mit der Ausnehmung des einen Schienenkastens und die Kontaktplatten mit dem Spannelement des anderen Schienenkastens kammartig ineinandergreifen, wobei I) das stabförmige Spannelement jeweils in die Ausnehmungen eingreift und II) jede Kontaktplatte des einen Schienenpakets mit seiner Kontaktfläche an einer Kontaktfläche der zugehörigen Kontaktplatte des anderen Schienenpakets anliegt, und
- f) die Kontaktflächen über die Kontaktplatten von dem Spannelement druckbeaufschlagt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Schienenkasten eines Stromschiensystems,
- 2 einen quer geschnittenen halben Schienenkasten gemäß 1,
- 3 den Querschnitt des Schienenkastens gemäß 1 und 2,
- 4 die rechte obere Ecke des Querschnitts gemäß 3 in einer vergrößerten Darstellung,
- 5 die rechte obere Ecke gemäß 4 mit einem Nutenstein in der Längsnut,
- 6 den Schienenkasten gemäß 1 mit Nutensteinen in den Längsnuten in einer Draufsicht von schräg oben,
- 7 einen Querschnitt durch den Schienenkasten und einen Nutenstein,
- 8 zwei mittels einer Verbindungsstange miteinander verbundene Schienenkästen,
- 9 einen der beiden stirnseitigen Rahmen,
- 10 ein Rahmenelement des stirnseitigen Rahmens,
- 11 ein einstückig ausgebildetes Dichtungselement des stirnseitigen Rahmens,
- 12 ein an die Kastenwand montierte Rahmenelement mit dem einstückig ausgebildeten Dichtungselement,
- 13 zwei Enden der Schienenkästen vor dem Zusammenstecken und dem miteinander Verbinden,
- 14 die beiden Enden gemäß 13 von oben,
- 15 die miteinander fest verbundene Enden der beiden Schienenkästen gemäß 13 ,
- 16 die beiden miteinander verbundenen Enden gemäß 15 von oben gesehen,
- 17 eine Ausführung der Kontaktplatten mit jeweils einer einseitig offenen Ausnehmung,
- 18 eine Ausführung der Kontaktplatten mit jeweils zwei einseitig offenen Ausnehmungen,
- 19 eine Ausführungen der Kontaktplatten mit jeweils drei einseitig offenen Ausnehmungen und
- 20 zwei miteinander verbundene Schienenkästen gemäß 15 mit plattenförmigen Verkleidungen zum dichten Verschließen des Verbindungsbereichs.
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1 zeigt einen Schienenkasten 1, der zwei erste Kastenwände 2 und zwei zweite Kastenwände 3 aufweist, wobei die beiden Kastenwände 2 und die beiden Kastenwände 3 jeweils parallel zueinander angeordnet sind und die Kastenwände 2 quer (hier senkrecht) zu den Kastenwänden 3 verlaufen. Die Kastenwände 2, 3 schließen einen seitlich abgeschlossenen Kasteninnenraum ein, dessen Querschnitt rechteckig ist. In dem Kasteninnenraum sind schienenförmige Stromleiter (Stromschienen) 8 angeordnet, deren Enden sich in einen Verbindungsbereich 4 hinein erstrecken.
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Die beiden Enden der Stromleiter 8 bilden im Verbindungsbereich 4 Kontaktplatten 5, die voneinander einen der Dicke der Kontaktplatten 5 entsprechenden Abstand aufweisen. Beidseitig sind außenliegende Verbindungsplatten 6 vorhanden, um einen durchgehenden elektrischen PE-Leiter (PE: Protective Earth) bilden zu können.
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Die Kontaktplatten 5 des Schienenkastens 1 weisen an einem Ende einseitig offene Ausnehmungen 4a auf, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstrecken und parallel zueinander verlaufen. An dem gegenüberliegenden Ende des Schienenkastens 1 sind Durchgangsöffnungen 4b quer durch die Kontaktplatten 5 vorhanden, durch die ein stabförmiges Spannelement 4c verläuft.
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An den Rändern der Kastenwände 3 sind Längsnuten 7 ausgebildet, die sich in Längsrichtung des Schienenkastens 1 erstrecken.
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2 zeigt einen quer geschnittenen halben Schienenkasten 1 mit den schienenförmigen Stromleitern 8 im Kasteninnenraum.
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In 3 ist der Querschnitt des Schienenkastens 1 dargestellt. Gut zu sehen sind der Kasteninnenraum mit rechteckigem Querschnitt und die im Kasteninnenraum angeordneten schienenförmigen Stromleiter 8, die parallel nebeneinander angeordnet sind. Die Stromleier 8 sind mit einer elektrischen Isolierung 9 versehen und liegen mit ihren Breitseiten 8b und damit mit ihren Isolierungen 9 aneinander an, also jeweils mit den beiden dazwischen liegenden Isolierungen 9 der beiden Stromleiter 8. Die Breitseiten 8b der beiden außenliegenden Stromleiter 8a liegen mit ihrer Isolierung 9 (zumindest mittelbar) an den Kastenwänden 2 innenseitig an, um die im Kasteninnenraum entstehende Wärme an die Umgebung abzuleiten.
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Wie man in 3 erkennt, erstrecken sich die beiden Kastenwände 3 auf beiden Seiten jeweils über die Kastenwand 2 hinaus nach außen. An den Rändern der Kastenwände 3 ist jeweils eine der Längsnuten 7 angeordnet (hier angeformt). Die Längsnuten 7 erstrecken sich in Längsrichtung des Schienenkastens 1 (und damit in Längsrichtung der Stromleiter 8), hier über dessen gesamte Länge. Im Querschnitt ist die Längsnut 7 c-förmig ausgebildet und jeweils nach außen hin (bezogen auf 3 zur Seite hin) geöffnet. Der Boden 7a der Längsnut 7 ist jeweils senkrecht zur Kastenwand 3 ausgerichtet und von der Kastenwand 3 abgewandt.
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Die Kastenwand 3 hat entsprechend einen U-förmigen Querschnitt, wobei die Öffnungen der U-Form jeweils quer zur Kastenwand 3 geöffnet sind, bezogen auf 3 also nach oben und unten offen sind.
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Jede (in 3 seitliche) Kastenwand 2 ist quer zur Stromleiter-Längsrichtung gesehen ebenfalls U-förmig und wie die Kastenwand 3 einstückig ausgebildet. Es liegen jeweils an: a) die Bodenwände 2a der U-förmigen Kastenwand 2 an einer Breitseite 8b eines außenliegenden Stromleiters 8a und b) die sich von der Bodenwand 2a nach außen erstreckenden Seitenwände 2b der Kastenwand 2 an einem sich nach außen erstreckenden Wandbereich 3a der Kastenwand 3, an dem sie befestigt sind, beispielweise mit Hilfe von Nieten. Dabei greifen die Riffelungen 2f, 3b der aneinander anliegenden Seitenwände 2b und Wandbereiche 3a fest ineinander, was sowohl für einen guten elektrischen Kontakt als auch für eine entsprechende Abdichtung sorgt.
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Die an einer Breitseite 8b anliegenden Bodenwände 2a weisen auf ihrer der Breitseite 8b gegenüberliegenden Außenseite Mittel 2g zur Vergrößerung der Wärmeabgabe an die Umgebung (insbesondere an die Umgebungsluft) auf. Diese Mittel bestehen hier beispielhaft aus die Oberfläche vergrößernde Strukturen in Form einer Riffelung 2e, hier parallele verlaufende Riefen, also kleine Rillen, wie in 3 schematisch dargestellt. Alternativ können die Mittel auch in einer Oberflächen-Beschichtung bestehen. Insbesondere kann sich die Dicke der Oberflächen-Beschichtung quer zur Bodenwand 2a gesehen ändern, um die Oberfläche zu vergrößern. So kann eine wellige Oberflächen-Beschichtung aufgetragen sein, um eine vergrößerte Oberfläche gegenüber der darunter liegenden Oberfläche der Bodenwand 2a zu erzielen. Die Oberflächen-Beschichtung kann auch auf die Riffelung 2e aufgetragen sein.
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Die hier rechtwinklig zur Bodenwand 2a angeordneten Seitenwände 2b weisen jeweils eine in Längsrichtung des Schienenkastens 1 sich erstreckende zweite Längsnut 2c auf, deren Öffnung der Kastenwand 3 zugewandt ist und in der eine Dichtung 2d angeordnet ist. Die Dichtung 2d ist hier als elastisches Dichtungsband mit rundem Querschnitt ausgebildet.
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Weiter blickt man in 3 auf einen stirnseitigen Rahmen 10, der sich (s. 1 und 2) im hinteren Bereich an der dortigen Stirnseite befindet und aus vier miteinander verschraubten länglichen ersten Rahmenelementen 10a und zweiten Rahmenelementen 10b gebildet ist. Die Rahmenelemente 10a, 10b umschließen eine Durchgangsöffnung 10c (s. 9), durch die sich die Stromleiter 8 in den Verbindungsbereich 4 erstrecken.
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4 zeigt die rechte obere Ecke von 3 mit der C-förmigen Längsnut 7 in einer vergrößerten Darstellung. Die Längsnut 7 verfügt über zwei an der Öffnung der Längsnut 7 ausgebildete Schenkel 11, welche die Öffnung entsprechend der C-Form verkleinern und als Führungselemente fungieren. An den Schenkeln 11 ist zur Führung je eine Führungsfläche 12 ausgebildet, wobei die Führungsflächen 12 einander zugewandt sind.
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In 5 ist als Befestigungsmittel 13a ein sogenannter Nutenstein 13 in die Längsnut 7 eingebracht (eingesetzt, eingeschoben), der in der Längsnut 7 von den beiden parallelen Führungsflächen 12 längsverschieblich geführt ist.
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6 zeigt eine Sicht auf die Nutensteine 13 von schräg oben, welche mittels einer Schraube 13a und einem Feststeller 13b als Feststellmittel 13 feststellbar sind.
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7 zeigt einen Querschnitt durch die Nutensteine 13 und die Schrauben 13a.
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8 zeigt eine Anwendung der Nutensteine 13 zum Verbinden zweier Schienenkästen 1 mittels einer Verbindungsstange 14.
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9 zeigt einen der beiden stirnseitigen Rahmen 10 mit seinen quer zueinander angeordneten (in 9 vertikal verlaufenden) ersten Rahmenelementen 10a und (in 9 horizontal verlaufenden) zweiten Rahmenelementen 10b und der Durchgangsöffnung 10c, die mit Hilfe von ersten Dichtungselementen 15a und zweiten Dichtungselementen 15b nach außen hin abgedichtet ist. Die Stirnseiten von zwei Rahmenelementen 10a sind jeweils einem Rahmenelement 10b zugewandt und liegen an einem dazwischen angeordneten Dichtungselement 15a an.
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Wie bereits in 3 gezeigt, sind auch die Schmalseiten der Stromleiter - wie die Rahmenelemente 10a - jeweils einem der beiden Rahmenelemente 10b zugewandt und liegen an dem jeweils dazwischenliegenden Dichtungselement 15a an. Die vier Dichtungselemente 15a, 15b bilden um die Stromleiter 8 herum einen geschlossenen Dichtungsrahmen 15; die Enden der Dichtungselemente 15a, 15b liegen dazu aneinander an.
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Der stirnseitige Rahmen 10 umgreift die Kastenwände 2, 3 weiter auf ihrer Außenseite. Die (in 9 horizontal verlaufenden) Dichtungselemente 15a liegen stirnseitig an den Kastenwänden 3 (in 9 oben und unten) und die (in 9 vertikal verlaufenden) Dichtungselemente 15b liegen stirnseitig an den Kastenwänden 2 (in 9 rechts und links) an, d.h. sind an den Stirnseiten anliegend angeordnet.
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10 zeigt das Rahmenelement 10b mit einer Anschlussfläche 18, an die mittels elektrisch leitenden Befestigungselementen in Form von Schrauben die Verbindungsplatten 6 befestigbar sind, so dass über die Anschlussfläche 18 des Rahmenelements 10b die ersten Kastenwände 3 und die Verbindungsplatten 6 elektrisch durchgehend miteinander verbindbar sind.
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10 und 11 zeigen, dass das Dichtungselement 15a einstückig ausgebildet ist und eine erste Dichtungsfläche 16a aufweist, die rechtwinklig zu einer zweiten Dichtungsfläche 16b angeordnet ist. Die Dichtungsfläche 16b weist eine Durchgangsöffnung 17 (durchgehende Ausnehmung) auf, wodurch ein bügelförmiges Dichtungsteil 20 gebildet ist.
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Das Rahmenelement 10b weist im Bereich der Anschlussfläche 18 korrespondierend zu ihrem Umfang eine quer zur Längsrichtung des Schienenkastens 1 umlaufende nutförmige Ausnehmung 19 auf, in der das bügelförmige Dichtungsteil 20 des Dichtungselements 15a angeordnet ist. Die Dichtungsfläche 16a liegt zur vollständigen Abdichtung an einer Anlagefläche 10d des Rahmenelements 10b an.
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Die Dichtungsfläche 16a weist weiter einen Vorsprung 21 mit Abstand und parallel zur Dichtungsfläche 16b auf, der innenseitig in die zugehörige zweite Kastenwand 3 eingreift.
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12 zeigt das an die Kastenwand 3 montierte Rahmenelement 10b mit dem Dichtungselement 15a (hier von unten). Die Anlage des Dichtungselements 15a an der Anlagefläche 10d ist hier noch einmal aus einer etwas anderen Sicht zu sehen.
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12 zeigt das an die Kastenwand 3 montierte Rahmenelement 10b mit dem Dichtungselement 15a von unten.
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13 zeigt zwei einander stirnseitig zugewandte und unmittelbar aufeinanderfolgende Schienenkästen 1 mit ihren Kontaktplatten 5 vor dem Verbinden. Die Kontaktplatten 5 der beiden Schienenkästen 1 sind quer zur Längsrichtung des Schienenkastens 1 so voneinander beabstandet, dass sie ineinander geschoben werden können. Jede Kontaktplatte 5 weist auf einer Seite eine Kontaktfläche 22 auf. Die Kontaktflächen 22 an einem Ende eines Schienenkastens 1 liegen alle auf einer Seite und die Kontaktflächen 22 des anderen Schienenkastens 1 auf der gegenüberliegenden Seite, so dass diese Seiten und damit die Kontaktflächen 22 der beiden Enden einander zugewandt sind.
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Seitlich sind außenliegende Verbindungsplatten 6 vorhanden, welche elektrisch verbindbar sind, so dass ein durchgehender elektrischer PE-Leiter herstellbar ist.
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Die Kontaktplatten 5 des einen Schienenkastens 1 (bezogen auf 13 des rechten Schienenkastens 1) weisen die einseitig offene Ausnehmungen 4a auf, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstrecken und parallel zueinander verlaufen. An dem gegenüberliegenden Ende des (bezogen auf 13 linken Schienenkastens 1) verläuft das stabförmige Spannelement 4c quer durch die Kontaktplatten 5, welche dieselbe Dicke und denselben Abstand voneinander aufweisen.
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Beide Enden lassen sich zusammenschieben oder ineinanderstecken, so dass das stabförmige Spannelement jeweils in die Ausnehmungen eingreift und jede Kontaktplatte des einen Schienenpakets mit seiner Kontaktfläche 22 an der Kontaktfläche 22 der entsprechenden Kontaktplatte 5 des anderen Schienenpakets anliegt. Die Kontaktplatten 5 der beiden Schienenkästen 1 werden von dem Spannelement 4c druckbeaufschlagt gegeneinandergedrückt, wodurch jeweils eine elektrische Verbindung zwischen einem Stromleiter 8 des einen Schienenkastens 1 (Schienenpakets) mit dem zugehörigen (korrespondierenden) Stromleiter 8 des anderen Schienenkastens 1 (Schienenpakets) hergestellt wird. Auch die Verbindungsplatten 6 der Schienenkästen 1 werden dabei elektrisch miteinander verbunden, so dass ein durchgehender elektrischer PE-Leiter (Protective Earth) vorhanden ist.
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14 zeigt die beiden einander stirnseitig zugewandten und unmittelbar aufeinanderfolgenden Schienenkästen 1 gemäß 13 von oben.
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15 zeigt die zusammengeschobenen Enden der beiden Schienenkästen 1 und die beiden miteinander verbundenen Verbindungsplatten 6 gemäß 13. Im Verbindungsbereich 4 liegt also jeweils eine Kontaktplatte 5 des einen Schienenpakets mit einer Kontaktfläche 22 an einer Kontaktfläche 22 der entsprechenden Kontaktplatte 5 des anderen Schienenpakets an und die Verbindungsplatten 6 sind miteinander verbundenen, so dass ein durchgehender elektrischer PE-Leiter vorhanden ist.
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16 zeigt die zusammengeschobenen Enden der beiden Schienenkästen 1 gemäß 14 von oben.
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17, 18 und 19 zeigen verschiedene Ausführungen der Kontaktplatten 5. So weisen diese an einem Ende beispielhaft jeweils eine, zwei oder drei einseitig offene Ausnehmungen 4a auf, die sich in Stromleiter-Längsrichtung erstrecken und parallel zueinander verlaufen. An dem gegenüberliegenden Ende des Schienenkastens 1 sind entsprechend viele parallele Durchgangsöffnungen 4b für jeweils ein stabförmiges quer durch die Kontaktplatten 5 verlaufendes Spannelement 4c vorhanden.
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20 zeigt die zusammengeschobenen Enden der beiden Schienenkästen 1 gemäß 13, deren Verbindungsbereich 4 mittels plattenförmigen Verkleidungen 23 verschlossen und zusätzlich abgedichtet ist.
