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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalt- und Ver-
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teilungsanlage für explosionsgefährdete Räume1 insbesondere des Grubenbetriebes.
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalt- oder Verteilungsanlagen,
welche in Räumen untergebracht werden müssen, deren Atmosphäre Verbrennungsgase
enthält. Das ist vor allem im Untertagebergbau, vornehmlich im Steinkohlenbergbau
häufig der Fall, weil die die Atmosphäre unterirdischer Räume bildenden Wetter neben
Kohlenmonoxyd vor allem Methan in mehr oder weniger großer Konzentration enthalten
bzw. enthalten können. Einerseits müssen die elektrischen Geräte der Anlage normalerweise
von außen unzugänglich sein, um Manipulationen durch Laien zu verhindern. Andererseits
müssen die Geräte nach Öffnen der Gehäusedeckel in ausreichendem Maße zugänglich
sein, damit sie von Fachleuten gewartet, repariert und gegebenenfalls auch ausgetauscht
werden können.
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Da diese elektrischen Geräte in aller Regel Ströme fi.ihren, deren
Kurzschlußenergie ausreicht, zündfähige Gemische aus den Verbrennungsgasen der Atmosphäre
zu zünden und die dann je nach Gaskonzentration im gezündeten Gemisch auftretenden
Verpuffungen oder Explosionen ihrerseits Explosionen bzw.
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Verpuffungen auslösen können, muß Vorsorge dafür getroffen werden,
daß Kurzschlüsse oder Abschaltfeuer, insbesondere der Leistungsschalter nicht diese
Auswirkungen haben können.
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Dazu sind für den Untertagebergbau die verschiedenen Schutzarten entwickelt
worden. In der Regel verwendet man die sogenannte druckfeste Kapselung t'Sch-d".
Diese beruht auf dem Gedanken, das Gehäuse so auszubilden, daß sich die Auswirkungen
eines gezündeten Gasgemisches der Gehäusesphäre auf das Innere des Gehäuses beschränken
und nicht nach außen dringen können. Diese Abdichtung und Ausbildung ist daher auf
einen starken Druckanstieg, der praktisch vom Atmosphärendruck ausgeht, eingerichtet.
Das erzwingt starkwandige
Gehäuse, die gegen Platzen gesichert sind
und schwere Deckelverschlüsse, welche die Dichtung halten. Bei kleineren Schalt-
und Verteilungsanlagen macht das Schwierigkeiten. Aber auch bei großformatigen Gehäusen
lassen sich die von den in Frage kommenden Verpuffungen bzw. Explosionen gelieferten
Drücke nur mit großem Aufwand beherrschen. Die dadurch erzwungenen,unverhältnismäßig
schweren Gehäusebauarten sind auch dadurch bedingt, daß der Schlagwetterschutz im
Betrieb nicht überwacht werden kann. Gleichwohl wird bei Prüfungen und Wartungen
der Gehäuse im Betrieb und bei deren Überholung und Instandsetzung in Werkstätten
festgestellt, daß in den druckfesten Leitungsdurchführungen sowie im Gehäuse selbst
Risse auftreten, daß der Verschlußdeckel ein vergrößertes Spiel hat und daß die
Dichtungen beschädigt sind. Dadurch wird der Schlagwetterschutz vereitelt.
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Die druckfeste Kapselung hat ferner den Nachteil,. daß bei elektrischen
Geräten mit entsprechender Verlustwärme besondere Maßnahmaizur Kühlung der Geräte
getroffen werden müssen. Auch müssen die Deckel solcher Geräte mit einem Zentralverschluß
versehen werden, um den sicherheitlichen Anforderungen zu genügen. Die Praxis zeigt,
daß das Bedienen solcher Verschlüsse. schwierig ist und ihre Funktionssicherheit
durch eine ständige Wartung gewährleistet werden muß.
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Wegen der aufwendigen Bauart solcher Gehäuse muß man im allgemeinen
auf die Unterbringung der Leitungsanschlüsse im Gehäuse selbst verzichten und sieht
statt dessen Klemmenkästen auf der Außenseite der Gehäuse vor, deren Verbindungen
mit den Geräten im Gehäuse über druckfeste Durchführungsisolatoren hergestellt werden
muß. Die Anschlußklemmenkästen sind deswegen ihrerseits überwiegend in druckfester
Kapselung ausgeführt. Der hiermit verbundene bauliche Aufwand ist beträchtlich.
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Neben der überwiegend angewandten druckfesten Kapselung kennt man
die sogenannte Ölkapselung "O bzw. den Sonderschutz "s. Diese Schutzarten beschränken
sich jedoch auf Ausnahmefälle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schalt-
oder Verteilungsanlage der als bekannt vorausgesetzten Art zu schaffen, we].che
auf einfache Weise den gewünschten Explosions-, d.h. insbesondere Schlagwetterschutz
mit einer wesentlich leichteren Bauausführung ermöglicht und die elektrotechnischen
Einrichtungen außerdem vereinfacht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens
des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen wiedergegeben.
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Indem man erfindungsgemäß in dem Gehäuse eine künstliche Sphäre schafft,
welche nach Durchsrülung des nach außen abgeschlossenen Gehäuses mit dem Sphärengas
errichtet und mit einem Überdruck gegen die umgebende Atmosphäre auch bei unvermuteten
Druclcverlusten bis zum Abschalten der ieistungsschalter der Anlage aufrechterhalten
bleibt, kann man zündfähige Gemische im Inneren des Gehäuses während des Betriebes
der elektrischen Geräte mit wesentlich leichteren Gehäusen und Dichtungsanordnungen
ausschließen und kommt auch bei den Leitungsdurchführungen mit geringerem Aufwand
aus. Die Erfindung hat daher den Vorteil, daß sie wesentlich leichtere Bauarten
für elektrische Ausrüstungen explosionsgefährdeter Betriebe, insbesondere im Unte-rtagebergbau
ermöglicht und daher die Anwendungsmöglichkeiten solcher Anlagen und ihre Sicherheit
erweitert bzw. verbesscü.. Der Maximaldruck der Gehäusesphäre braucht daher nur
wenig oberhalb des Atmosphärendruckes zu liegen, um auszureichen, das Eindringen
von Atmosphärengas in das Gehäuseinnere auszuschließen.
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Vorzugsweise richtet man die erfindungsgemäße Anlage so ein, daß diejenigen
Teile der elektrischen Geräte, d.h.
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vor allem die Beistungsschalter und die mit ihnen unmittelbar zusammenwirkenden
elektrischen Baugruppen, welche mit ihren Abschalt- bzw. Kurzschlul3feuern die größten
elektrischen Energien freisetzen, zunächst mit dem Sphärengas gesichert werden,
bevor die restlichen elektrischen Geräte folgen. Das ermöglichen die Merkmale des
Anspruches 2. Dadurch ist es auch möglich, bei großvolumigen Anlagen das Gehäuse
in leichter Bauart zu verstärken und auszusteifen, um die erforderlichen statischen
Festigkeiten zu gewährleisten.
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Die Überwachungs- und Steuereinheit läßt sich so ausführen, daß von
ihr keine Explosionsgefahren aus0hn-1 indem man entweder eigensichere Baugrup.pen
verwendet oder Elemente anwendet, die das Sphärengas als Energie benutzen. Zweckmäßig
bedient man sich aber Mischformen dieser verschiedenen Baugruppen, weil dadurch
die Verknüpfung des elektrischen Teiles mit der Überwachung und Steuerung des Sphä.rengases
erleichtert wird. Dabei kann man Gehäuse vorsehen, welche für die Gehäuseräume,
in i.oren die explosionssichere Steuerung untergebracht ist und für die die elektrischen
Geräte aufnehmenden Abteile bzw. Teilgehäuse einen gemeinsamen Deckel bzw. Türe
benutzen, ohne dabei auch die explosionssichere Baugruppen nach außen abzudichten.
Das wird mit deii merkmalen des Anspruches 3 erreicht, während die Merkmale des
Anspruches 4 die Aufteilung der elektrischen Geräte und Schalter auf mehrere Abteile
oder Gehäuse ermöglichen.
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Vorzugsweise benutzt man als Sphärengas ein zur Verfügung stehendes
Medium. Für den Untertagebetrieb und für weitere Anwendungsfälle der Erfindung ist
das in der Regel Druckluft gemäß den Merkmalen des Anspruches 5. Aber auch dort,
wo
Druckluft in Leitungen nicht zurVerfügung steht, kann man mit
geeigneten Druckluftspeichern solche Bauformen verwirklichen.
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Mit dem Merkmal des Anspruches 6 kann man das Sphärengas zur Betätigung
der Baugruppen der Steuerung und Überwachungseinrichtung benutzen.
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Gemäß dem Merkmal des Anspruches 7 läßt sich das Sphärengas auch dazu
verwenden, bei elektrischen Geräten mit großer, Verlustwärme unzulässige Aufheizungen
des Gehäuseinneren zu vermeiden. Hierbei dient das Sphärengas zur Kühlung und kann
in entsprechenden Mengen zu- und abgeführt werden, wobei der geforderte Überdruck
der Gehäusesphäre gegen die umgebende Atmosphäre aufrechterhalten wird.
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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispieles mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert; es zeigen Figur
1 die in Gehäusen mit abgenommenen Deckeln untergebrachte elektrische Anlage gemäß
der Erfindung in Stirnansicht, Figur 2 eine perspektivische Darstellung der leeren
Gehäuse gemäß Figur 1, Figur 3 einen Schaltplan und Figur 4 eine der Fig. 1 entsprechende
Darstellung des Gehäuse mit geschlossenen Deckeln.
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In einem aus Stahlblech mit geringer Dicke, z.B. o,5 mm bestehenden
Gehäuse 1 mit einer Gehäuserückwand 2 und parallelen Seitenwänden 3 bzw. 4, einem
Boden 5 und einer Gehäusedecke 6 befinden sich auf der Rückwand eine Vielzahl elektrischer
Geräte. Die Bezeichnungen bedeuten
F 1. 1- 3 NH-COO 35 A F 2. 1-
3 Diazed 25 A B 5,6 Diazed 2 A F -7,8 Neozed 2 a also elektrische Sicherungen und
K 6 3 TB 46 K 1 5,3 Stern-Schaltung F 3 Überstromrelais K 7 Hilfsschütz 42 V F 4
Überstromrelais K 4 Hilfsschütz 220 V 2 1 Trafo 500/220-42 V D 1 Zeitrelais.
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In der in Figur 1 links wiedergegebenen äußeren Wand 3 des Gehäuses
1 befindet sich eine rechteckige Durchbrechung 8, welche mit dem in Figur 1 links
wiedergegebenen Deckel 9 verschlossen werden kann. Das geschieht durch eine Verschraubung
unter Einschaltung einer gummielastischen Dichtung. Der Deckel trägt die Leitungseinführung
10, die dadurch das Gehäuse gegen Druckverluste im Inneren sichert. In dem Gehäuse
1 ist eine Verteilerschiene -11 vorgesehen, die mit der Leitungseinführung 10 zusammenwirkt.
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Die bis dahin beschriebenen elektrischen Geräte sind in dem Gehäuseabteil
12 untergebracht. Mit der Wand 4 ist hiergegen ein Abteil 15 des Gehäuses abgeteilt,
in dem sich ein elektrischer Schalter befindet, nämlich ein Q 1 Trennschalter B
i/Kz-Auslösung.
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Dieser Schalter hat eine Werdung bei 16. Das Gehäuseabteil 12 ist
ebenso wie das Gehäuseabteil 15 nach außen abgedichtet.
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Zu diesem Zweck dient eine Dichtung 18, welche in eine
umlaufende
Vertiefung 19 eingebracht ist. Die Vertiefung 19 befindet sich in der Stirnseite
der Wände 3, 4 sowie des Bodens 5 und des Deckels 6. Die Abteilwand 4 ist ihrerseits
mit einer Leiste 20 versehen, die mit einer gummielastischen Dichtung in dem nicht
dargestellten Deckel zusammenwirkt, sobald der Deckel geschlosser lrd. In dieser
Abteilwand befindet sich eine Vertiefung 21., die parallel zur Leiste 20 verläuft
und mit Uertiefunge; an den Stirnseiten der Gehäusedeckel 6 bzw. des Gehäusebodens
5 sowie in einer weiteren Abteilwand 22 zusammenwirkt. Dadurch ist das Abteil 15
in die Druckabdichtung einbezogen. Die Abteilwand 4 trägt im Bereich des Gehäusebodens
eine Aussparung 23, welche offen ist. Die äußere Gehäusewand 24 bildet zusammen
mit der Abteilwand 22 ein drittes Gehäuseabteil 25 für einen Einschub 26, dessen
Stirnplatte 27 eine Reihe von Anzeigelampen 29 für das Uberwachungsgerät 30 und
Druckknöpfe 31, 32 und einen Verriegelungsknopf 33 trägt.
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Der Einschub 26 läßt sich auf den Führungen 34, 35 bewegen.
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In den Abteilwänden 22 und 4 des Gehäuses 1 sind weitere Durchbrechungen
37, 38 angeordnet, welche im Falle der Durchbrechung 38 gegen den Gehäuseüberdruck
in das Abteil 25 abgesichert sein können und zur Einführungvon Schläuchen in das
Gehäuseinnere dienen, aus denen Druckluft ausströmt.
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Die Druckluftzuführung sowie deren Überwachun'g und Sicherung erfolgt
gemäß dem Schaltplan der Figur 3 und ist in dem Gehäuseeinschub 26 untergebracht.
Ein Anschluß 40 dient zur Verbindung mit dem Druckluftnetz. Die eingespeiste Druckluft
wird über ein Filter 41 und ein Rückschlagventil 43 eingeführt, an dem auch der
anstehende Druck 44 angezeigt ist. Ein Druckspeicher 46 wird über ein Rückschlagventil
47 aus der Leitung 48 mit der anstehenden Druckluft aufgeladen. Erst bei hinreichendem
Druck, der an einem
federbelasteten 2/2 Wegeventil 49 überprüft
wird, kann die Anzeigelampe 50 für den Mindestdruck aufl.euchten. Wenn eine oder
auch zwei am Gehäuse vorgesehene Türen geschlossen sind, werden dadurch 2/2 Wegeventile
51, 52, die jeweils der Tür I bzw. der Tür II zugeordnet sind, durchgeschaltet,
so daß die Anzeigelampe 53 aufleuchten kann.
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Über einen Temperaturschalter 54 ist das 2/2 Wegeventil 56 beaufschlagt.
Über dieses Ventil wird ein weiteres 2/2 Wegeventil 57 beaufschlagt, das durchschaltet,
sobald der erforderliche Innendruck im elektrischen Bereich des Gehäuses bei 59
ansteht und die Überwachungslampe 60 zum Aufleuchten bringt. Gleichzeitig wird dadurch
das 2/2 Wegeventil 62 durchgeschaltet. Das gibt über einen Druckluftschalter 63
und eine eigensichere elektrische Schaltung 64 den Leistungsschalter frei.
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Bevor das allerdings geschieht, muß das in die Leitung 61 eingebaute
2/2 Wegeventil Xgeoffnet sein. Das ist erst dalln der Fall, wenn auf der Leitung
66 das Signal auftaucht "Spülzeit abgelaufen" und dementsprechend die Anzeigelampe
67 aufleuchtet. Bevor das geschieht, steht der Druckluftdruck auf der Leitung 68
und demzufolge auf der Leitung 69 an, so daß die Lampe 70 aufleuchtet, die den Spülvorgang
anzeigt.
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In diesem Fall ist das 2/2 Wegeventil 71 geschlossen und der Innenraum
des elektrischen Gehänseteiles bei 72 entlüftet.
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Aus dem Speicher 46 katFDruckluSt bei Ausfall des Netzes 40 iiberein
Filter 74 in die Schaltung bei 76 eingespeist werden. Die Zule.it-ung der Druckluft
erfolgt in jedem Fall über die Leitung 76 Lüld die Durchführungen Y7, S 78 in den
Aussparungen 37 uiid 38 der Abteilwände 4 und 22. Die Ableitung ist bei 79 gezeichnet
und wie im Schaltplan dargestellt mit dem Leistungsschalter verknüpft.
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Die Einheit 15 enthält somit gemäß dem Schaltplan nach Fig. 3 eine
Steuerung, die zum Spülen des in die Gehäuseabdichtung einbezogenen Innenraumes,
sowie zur Überwachung-des Überdruckes und der Temperatur in diesem Raum dient. Über
den Schalter 63 und die eigensichere Steuerung 64 kann der Trennschalter Q 1 im
abgesicherten Teil des Gehäuses betätigt werden.
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Vor dem Einschalten des-Trennschalters Q 1 wird das Gehäuse mit einer
etwa deufünffachen-Gehäusevolumen entsprechenden Druckluftmenge gespült.
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Diese Druckluft wird dabei vorher über die Filtereinheit 74 und diese
eingebaute Entwässerung aufbereitet, bevor sie in den Trennschalterraum 15 des Gehäuses
1 eingeblasen wird. Auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses,'d.h. in der Wand
3 befindet sich die Ableitung daher Druckluft über den 2/2 Wegeschalter 71, wie
bei 72 im Schaltplan angedeutet. Der Spülvorgang wird durch Schließen des 2/2 Wegeventiles
71 beendet.
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Auch nach Abschluß des Spülvorganges wird weiter Druckluft in das
Gehäuse einbeblasen, so daß der Innendruck im Gehäuse ansteigt. Wenn der Innendruck
einen Überdruck von z.B. O,l bar gegenüber der Atmosphäre erreicht hat, wird er
mit der Steuerung gemäß Fig. 3 aufrechterhalten.
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Danach kann das Einschalten des Trennschalters Q 1 selbsttätig oder
manuell erfolgen. Das sichert die eigensichere Schaltung 64.
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Wenn der Temperaturschalter 54 anspricht, wird die Verlustwärme durch
ständige Zu- und Abführung von Sphärengas, d.h. im Ausführungsbeispiel von Druckluft,
in das Gehäuse a.bgetührt. Dazu dient eine neben der Abluftabführung 72 eingebaute
Leckstelle im Gehäuse, die eine fest dosierte Menge- abgibt.
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Sinkt-der Überdruck im Gehäuse ab und reicht die weiter eingeblasene
Druckluft nicht aus, den vorgegebenen Überdruck zu halten, dann wird zunächst der
Trennschalter Q 1 ausgeschaltet.
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Dazu dient ihm das 2/2 Wegeventil 62 sowie das Schubkolbengetriebe
63, dessen Kolbenfeder belastet ist. Das Abschalten des Trennschalters Q 1 wird
auch dann ausgelöst, wenn in dem Gehäuse eine unzulässig hohe Temperatur mit der
Einrichtung 54 festgestellt wird.
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Sollte der Trennschalter bereits ausgeschaltet sein, verhindert die
Schaltung 64 sein unbeabsichtigtes Einschalten.
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Im übrigen ist das Einschalten des Trennschalters auch nur dann möglich,
wenn die elektrischen Geräte im Abteil 12 ausgeschaltet sind.
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Die Deckel bzw. Türen, die den Überdruckteil des Gehäuses nach außen
absichern, sind mit Verschlußwächtern 80, 81 versehen, die beim Aufschließen vor
dem Öffnen der Türen, d.h. beim Betätigen der Deckelverschlüsse, sofort den Trennschalter
Q 1 ausschalten oder sein Einschalten verhindern.
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In Abänderung der dargestellten Ausfüitings beispiele können die Gehäuseabteile
12, 15, 25 auch in getrennten Gehäusen untergebracht werden, die dann zweckmäßig
aneinander geflanscht werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden nach der Darstellung
der Fig. 4 zwei Türen 83 und 84 als Gehäusedeckel verwendet. Die Tür 83 verschließt
den Gehäuseraum 12 und wirkt mit der Abdichtung 18 zusammen. Sie läßt sich nur mit
Hilfe eines Steckschlüssels öffnen, mit dem die Vorreiber 85, 86 geöffnet und geschlossen
werden. Die Tür 84 hat ihrerseits Verschlüsse, nämlich die Steckschlüsselverschlüsse
87, 88 und den Hauptvorreiberverschluß 89.
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Die Tür 84 verschließt das Abteil 16 druckdicht,.
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d.h. sie wirkt mit dessen Dichtung.18 zusammen und verschließt gleichzeitig
auch das Abteil 25, welches den Einschub 26 aufnimmt, ohne jedoch dieses Abteil
nach außen abzudichten.
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Die Steckschlusselverschlüsse 85, 86 bzw. 87, 88 sichern das Gehäuse
gegen Eingriffe von Laien, weil das Gehäuse mit dem Hauptvorreiber 89 nur nach Betätigung
der Steckschlüsselverschlüsse geöffnet werden kann. Die Türen 83, 84 sind in
nicht
dargestellten Scharnieren gelagert, welche an den Stirnseiten der äußeren Gehäusewände
3 bzw. 24 befestigt sind, so daß die Türen von der Wand 4 außen aufschlagen.
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