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Die Erfindung betrifft eine Energieverteilungseinrichtung zur Verteilung elektrischer Energie in einer Mittelspannungs-oder Hochspannungs-Schaltungsanlage, wobei diese Einrichtung
- – eine Sammelschieneneinrichtung und
- – eine die Sammelschieneneinrichtung bezüglich einer ortsfesten Basis lagernde Lagerungsvorrichtung aufweist.
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Bei derartigen Energieverteilungseinrichtungen kommt es im Betrieb zu Temperaturunterschieden und damit einhergehender Wärmeausdehnung der Komponenten dieser Einrichtung. Um diese Wärmedehnung in der Einrichtung zu kompensieren, ist diese Einrichtung in Abschnitte eingeteilt, wobei zur Kompensation von Relativbewegungen der Abschnitte untereinander zwischen diesen Abschnitten Kompensationselemente angeordnet sind.
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Die
DE 10 2011 086 663 A1 zeigt eine entsprechende Elektroenergieverteilungseinrichtung zur elektrischen Energieverteilung in einer gasisolierten Schaltungsanlage (GIS). Diese Einrichtung umfasst eine in Abschnitte aufgeteilte gasisolierte Sammelschieneneinrichtung, die mehrere elektrische Strompfade und in diesen Strompfaden verschaltete Abzweige aufweist. In der Sammelschieneneinrichtung sind Kompensationselemente zur Kompensation von Relativbewegungen der Abschnitte untereinander angeordnet. Einige dieser Kompensationselemente werden mittels Zugankern abgestützt. Auch wenn dies im Detail nicht gezeigt ist, so sind die Abschnitte der Sammelschieneneinrichtung auf irgendeine Weise bezüglich einer ortsfesten Basis fest gelagert.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Energieverteilungseinrichtung und eine Schaltungsanlage mit alternativen Maßnahmen zur Wärmekompensation anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie (kurz: Energieverteilungseinrichtung) ist vorgesehen, dass die Lagerungsvorrichtung ein eine Linearbewegung der Sammelschieneneinrichtung in deren Längsrichtung bezüglich der ortsfesten Basis ermöglichendes Linearführungssystem und (i) entweder mindestens eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen dieser Linearbewegung (ii) oder eine Befestigungsvorrichtung zur Fixierung genau eines Längsabschnitts der Sammelschieneneinrichtung bezüglich der ortsfesten Basis aufweist. Die Lagerung der Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie erfolgt also mittels einer Lagerungsvorrichtung, die eine gewisse Expansion der gesamten Elektroenergieverteilungseinrichtung in Längsrichtung der Sammelschieneneinrichtung ermöglicht. Somit müssen innerhalb der Sammelschieneneinrichtung keine Kompensationselemente eingebaut werden, denn die einzelnen Längsabschnitte der Sammelschieneneinrichtung können sich relativ zueinander bewegen. Mit anderen Worten kann die Sammelschieneneinrichtung also eine Kompensationselemente-freie Sammelschieneneinrichtung einer Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie in einer Schaltungsanlage sein. Das Dämpfungssystem beziehungsweise die Befestigungsvorrichtung sorgen jeweils dafür, dass zwar ein Dehnen entlang der Längsrichtung der Sammelschieneneinrichtung vom Linearführungssystem ermöglicht wird, ein Driften der kompletten Anlage jedoch unterbleibt. Das Dämpfungssystem bringt dazu eine Rückstellkraft auf, die die Einrichtung quasi fixiert während die Einrichtung durch die Befestigungsvorrichtung an der entsprechenden Stelle immer eindeutig fixiert ist. Bevorzugt fixiert die Befestigungsvorrichtung einen Längsabschnitt in der Mitte der Längsausdehnung der Sammelschieneneinrichtung.
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Die erfindungsgemäße Elektroenergieverteilungseinrichtung weist bei der ersten Alternative mit dem Dämpfungssystem neben Wärmekompensationseigenschaften auch eine gewisse Erdbebenfestigkeit auf. Bei einer Erwärmung der Sammelschieneneinrichtung dehnt sich diese quasistatisch aus und komprimiert die Dämpfungselemente des Dämpfungssystems nahezu rückstellungsfrei. Im Falle eines Erdbebens verhalten sich die Dämpfungselemente aufgrund seiner hohen internen Reibung wie eine starre Verbindung und blockiert somit das gesamte System.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie hat die folgenden weiteren Vorteile gegenüber bekannten Elektroenergieverteilungseinrichtungen: (a) Einsparung der Wärmedehnungskompensatoren und Zugankern in der Sammelschieneneinrichtung, (b) verbesserte Zugänglichkeit der Sammelschieneneinrichtung durch Entfall der Zuganker, (c) flexible Bauweise, die verschiedene Feldaufbauten ermöglicht, (d) Anpassung an die Gebäudebeschaffenheit und Ausgleich bei Fugen, Unebenheiten, etc., (e) Verkürzung der Aufstellungsmontage- und Inbetriebsetzungszeiten, (f) vereinfachtes Engineering, da standardisierte Lastpunkte und (g) leicht erhöhte Aufstellung, die zu verbesserter Bodenfreiheit führt.
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Vorzugsweise ist die ortsfeste Basis als Bodenplatte ausgebildet oder weist eine solche Bodenplatte auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Linearführungssystem als schienengebundenes Schlittensystem mit mindestens einer Führungsschiene und mindestens einem an der mindestens einen Schiene entlang geführten Schlitten ausgebildet. Die den Führungsweg des Schlittensystems vorgebende längere Komponente ist die Führungsschiene, die in der Regel kürzere Komponente, die entlang dieser Führungsschiene geführt wird, ist der Schlitten. Bei einem derartigen schienengebundenen Schlittensystem wird die mindestens eine Schiene relativ zu dem mindestens einen Schlitten bewegt oder der mindestens eine Schlitten relativ zu der mindestens einen Schiene. Dabei sind bevorzugt mehrere Schlitten vorgesehen, die an mehreren Führungsschienen geführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Schiene an der ortsfesten Basis und der mindestens eine Schlitten an der Sammelschieneneinrichtung befestigt.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Schiene an der Sammelschieneneinrichtung und der mindestens eine Schlitten an der ortsfesten Basis befestigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Schlitten die mindestens eine Schiene beidseitig übergreift. Ein solcher Schlitten wird auch als „Reiter“ bezeichnet.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen der Linearbewegung mehrere Dämpfungselemente aufweist, wobei an jedem Ende der Sammelschieneneinrichtung mindestens eines dieser Dämpfungselemente angeordnet ist und dieses jeweilige Ende dämpfend mit einem jeweiligen ortsfesten Fixpunkt verbindet. Die ortsfesten Fixpunkte sind bevorzugt Fixpunkte an der ortsfesten Basis.
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Die ortsfeste Basis weist beispielsweise eine Bodenplatte und zwei Bodenbefestigungselemente auf. Das Schlittensystem der Lagerungsvorrichtung ist dann zum Beispiel auf der Bodenplatte angebracht und die Dämpfungselemente an den Bodenbefestigungselementen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Sammelschieneneinrichtung mindestens einen elektrischen Strompfad und in diesem mindestens einen Strompfad verschaltete Abzweige für einzelne Schaltfelder der Schaltungsanlage auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie mehrere an die elektrischen Abzweige angeschlossene Schalteinrichtungen zur Bildung der Schaltfelder auf. An diese Schalteinrichtungen werden dann weitere elektrische Komponenten der Schaltungsanlage angeschlossen. Die Einrichtung zur Verteilung elektrischer Energie mit diesen Schalteinrichtungen kann auch als Schaltfeldanordnung bezeichnet werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Schalteinrichtungen ebenfalls über die Lagerungsvorrichtung bezüglich der ortsfesten Basis gelagert sind. Die Lagerungsvorrichtung lagert also die Schaltfeldanordnung oder sogar die gesamte Schaltungsanlage. Diese ist beispielsweise als gasisolierte Schaltungsanlage (GIS) ausgebildet.
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In Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Schaltungsanlagen umfasst ein Feld in der Regel eine gewisse Anzahl von Schaltelementen, die als Sammelschienentrenner (entsprechend der Anzahl paralleler Sammelschieneneinrichtungen), Leistungsschalter und Leitungstrenner (auch Abgangstrenner genannt) bezeichnet werden. Mit Hilfe mehrfach vorhandener Sammelschienentrenner kann man die jeweilige Anschlusseinrichtung zum Anschließen der weiteren Komponente der Anlage auf verschiedene Sammelschieneneinrichtungen legen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sammelschieneneinrichtung von einer Aneinanderreihung von gekapselten, gasisolierten Modulen gebildet wird. Die Module können dabei den einzelnen Schaltfeldern zugeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanlage, insbesondere gasisolierte Schaltungsanlage (GIS), mit einer vorstehend genannten Energieverteilungseinrichtung zur Verteilung elektrischer Energie und mit weiteren elektrischen Komponenten, wobei jede der weiteren Komponenten an die Energieverteilungseinrichtung angeschlossen ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass je eine der weiteren Komponenten an je eine der Schalteinrichtungen angeschlossen ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt die
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1 eine Energieverteilungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 Details der Lagerungsvorrichtung der in 1 gezeigten Einrichtung,
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3 eine Darstellung der Energieverteilungseinrichtung aus 1 aus einer anderen Perspektive,
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4 Details der Lagerungsvorrichtung der in 3 gezeigten Einrichtung,
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5 die Energieverteilungseinrichtung gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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6 Details der Lagerungsvorrichtung der in 5 gezeigten Einrichtung und
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7 weitere Details der Lagerungsvorrichtung der in 5 gezeigten Energieverteilungseinrichtung.
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Die 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Energieverteilungseinrichtung 10 zur Verteilung elektrischer Energie in einer Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Schaltungsanlage. Diese Einrichtung kann auch als Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 bezeichnet werden und ist Teil der entsprechenden (hier nicht in Gänze gezeigten) gasisolierten Schaltungsanlage (GIS). Die Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 weist eine aus mehreren Modulen 12 (im gezeigten Beispiel acht Modulen 12) aufgebaute gasisolierte Sammelschieneneinrichtung 14 (SS: Sammelschieneneinrichtung) auf. Jedes dieser Module 12 ist einem Schaltfeld 16 der Einrichtung 10 zugeordnet. Die Einrichtung 10 ist also eine Schaltfeldanordnung. Die gasisolierte Sammelschieneneinrichtung 14 weist intern (und daher nicht gezeigt) mindestens einen elektrischen Strompfad und in diesem mindestens einen Strompfad verschaltete Abzweige für die einzelnen Schaltfelder 16 der Schaltungsanlage auf. In dem gezeigten Beispiel wären es also acht Abzweige für die acht Schaltfelder 16. Jedes der Schaltfelder 16 weist eine an den entsprechenden elektrischen Abzweig angeschlossene gasisolierte Schalteinrichtung mit Schaltelementen auf. In Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Schaltungsanlagen umfasst ein Schaltfeld 16 in der Regel eine gewisse Anzahl von Schaltelementen, die als Sammelschienentrenner (entsprechend der Anzahl paralleler Sammelschieneneinrichtungen), Leistungsschalter und Leitungstrenner (auch Abgangstrenner genannt) bezeichnet werden. Mit Hilfe mehrfach vorhandener Sammelschienentrenner kann man eine jeweilige (als Kabelabgangsbaustein realisierte) Anschlusseinrichtung zum Anschließen der weiteren Komponente der Anlage auf verschiedene Sammelschieneneinrichtungen legen.
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Die Energieverteilungseinrichtung 10 weist weiterhin eine Lagerungsvorrichtung 18 auf, die die Sammelschieneneinrichtung 14 und weitere Bauteile der Schaltfelder 16 bezüglich einer ortsfesten Basis 20 lagert. Die Basis 20 weist im gezeigten Beispiel eine Bodenplatte 22 und zwei an der Bodenplatte 22 befestigte Bodenbefestigungselemente 24 auf. Die Lagerungsvorrichtung 18 weist ein (in 3 gut erkennbar gezeigtes) Traggestell 26 sowie ein eine Linearbewegung der Sammelschieneneinrichtung 14 und der weiteren Bauteile der Schaltfelder 16 in Längsausrichtung der Sammelschieneneinrichtung 14 (Doppelpfeil 28) ermöglichendes Linearführungssystem 30 und eine zweiteilige Dämpfungseinrichtung 32, 34 zum Dämpfen dieser Linearbewegung auf. Diese Dämpfungseinrichtung 32, 34 zum Dämpfen der Linearbewegung weist zwei Dämpfungselemente 32, 34 auf, wobei an jedem Kopfende der Einrichtung 10 eines dieser Dämpfungselemente 32, 34 angeordnet ist und dieses jeweilige Ende federnd gedämpft mit einem ortsfesten Fixpunkt verbindet. Dieser ortsfesten Fixpunkt ist in je einem der Bodenbefestigungselemente 24 realisiert.
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Der Kabelabgangsbaustein eines jeden Schaltfeldes 16 muss die Bewegungen des Feldes 16 in Längsrichtung der Sammelschieneneinrichtung 14 zulassen. Die Anschlusskabel müssen durch den Kabelabgangsbaustein gehalten und geführt werden. Es gibt daher keine basisfeste Kabelfixierung.
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Das Linearführungssystem 30 ist als schienengebundenes Schlittensystem 36 mit zwei Führungsschienen 38 und jeweils mehreren an je einer der Führungsschienen 38 entlang geführten Schlitten 40 ausgebildet. Dabei sind die Führungsschienen 38 an der ortsfesten Basis 20, genauer gesagt an der Bodenplatte, und die Schlitten 40 über das Traggestell 26 an der Sammelschieneneinrichtung 14 und den anderen Bauteilen der Schaltfelder 16 befestigt. In 1 ist eine der beiden Führungsschienen 38 sowie zwölf auf dieser Schiene 38 geführte Schlitten 40 gezeigt. Die Führungsschienen 38 verlaufen parallel zur Längsachse der Sammelschieneneinrichtung 14 (Doppelpfeil 28). An den beiden gezeigten Kopfenden der Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 sind diverse Komponenten der Lagerungsvorrichtung 18 vorhanden. Die 2 zeigt den mit einem gestrichelten Kreis in 1 markierten Bereich am rechten Ende der Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 noch einmal im Detail. Dabei ist einer der auf der Führungsschiene 38 geführten Schlitten 40, ein Teil des Traggestells 26 sowie ein Teil eines Dämpfungselements 34 gezeigt.
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Die 3 zeigt eine Darstellung der in 1 gezeigten Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 aus einer anderen Perspektive, nämlich mit Blick auf eines der beiden Kopfenden der Einrichtung 10. Bei dieser Darstellung sind nun beide Führungsschienen 38, der Aufbau des Traggestells 26 sowie die Anordnung der diversen Bauelemente eines Schaltfeldes 16 erkennbar. Neben dem Modul 12 zur Bildung der Sammelschieneneinrichtung 14 sind viele weitere Module erkennbar, deren Aufbau und Funktionen im Zusammenhang mit der Erfindung jedoch nur von untergeordneter Bedeutung sind und daher nicht weiter diskutiert werden.
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Die 4 zeigt den mit einem gestrichelten Kreis in 3 markierten Bereich der Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 noch einmal im Detail. Dabei ist einer der auf der Führungsschiene 38 geführten Schlitten 40 sowie ein Teil des Traggestells 26 gezeigt. Die Führungsschiene 38 weist einen Fuß mit relativ großer Auflagefläche und einen erweiterten Kopf auf. Der Schlitten 40 übergreift die Führungsschiene 38 beidseitig, wobei er zusätzlich den Kopf der Schiene 38 hintergreift und somit für eine stabile Führung sorgt.
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Die 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der der Elektroenergieverteilungseinrichtung 10 sowie von Detail der Lagerungsvorrichtung 18 dieser Einrichtung 10. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 1 bis 4, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform sind nun die Führungsschienen 38 über das Traggestell 26 an der Sammelschieneneinrichtung 14 befestigt und die Schlitten 40 an der ortsfesten Basis 20.
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Die 6 zeigt Details der Lagerungsvorrichtung 18 der in 5 gezeigten Einrichtung 10 und die 7 zeigt weitere Details der Lagerungsvorrichtung 18 der in 5 gezeigten Perspektive. Dabei ist einer der Schlitten 40, die dazugehörige Führungsschiene 38, ein Teil des Traggestells 26 sowie ein Teil eines Dämpfungselements 34 gezeigt. Da nun die Schlitten 40 ortsfest sind, werden nun die Schienen 38 beweglich geführt.
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Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind durch folgende Funktionen und folgende Vorteile gekennzeichnet:
Die Lagerung der als Schaltfeldanordnung mit den Schaltfeldern 16 ausgebildeten Einheit 10 erfolgt auf dem schienengebundenes Schlittensystem 36, welches in SS-Längsrichtung (x-Richtung = Feldbreite) eine reibungsarme Bewegung der Schaltfelder 16 zulässt. Eine Bewegung der Felder 16 in y-Richtung (= Feldtiefe) und z-Richtung (= Feldhöhe) ist aufgrund der Profilschienengestaltung nicht möglich.
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Die Schaltfelder 16 werden bei der Installation auf das Schienen-Schlittensystem 36 gebaut, zueinander ausgerichtet und fest miteinander verbunden. In der Sammelschieneneinrichtung 14 werden keine Kompensatoren zur Kompensation der Wärmedehnung verbaut, da sich die Schaltfeldanordnung nunmehr frei an beiden Kopfenden der Einrichtung 10 ausdehnen kann.
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Um die (GIS-)Schaltungsanlage zu fixieren, müssen die Dämpfungselemente 32, 34 an den Kopfenden der Einrichtung 10 (oder auch dazwischen) montiert werden. Die Dämpfungselemente 32, 34 wirken wie Federn und halten die Anlage in mittiger Position auf dem Schlittensystem 36.
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Bei einer Erwärmung der Sammelschieneneinrichtung 14 dehnt sich diese quasistatisch aus und komprimiert die Dämpfungselemente 32, 34 nahezu rückstellungsfrei.
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Im Falle eines Erdbebens (plötzliche horizontale Beschleunigungen) verhält sich jedes der Dämpfungselemente 32, 34 aufgrund seiner hohen internen Reibung wie eine starre Verbindung und blockiert somit das gesamte System (starre Einheit).
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Entscheidend ist also die Kombination der folgenden Punkte:
- a) Lagerung der Felder 16 (bzw. der Anlage) mittels eines eine Linearbewegung der Sammelschieneneinrichtung 14 in deren Längsrichtung ermöglichendes Linearführungssystem 30 und
- b) Verwendung einer Dämpfungseinrichtung 32, 34, welche die Wärmedehnung rückstellungsfrei zulässt, aber im Erdbebenfall als starre Verbindung fungiert.
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Es ergeben sich die folgenden Vorteile:
- – verringerte Gehäusebelastungen durch freie Wärmedehnung;
- – gleichartiges Wärmedehnungs- und Aufstellungskonzept für alle Baureihen von Anlagen;
- – Verwendung von Gleichteilen (Schiene 38, Schlitten 40) über das gesamte Portfolio von Schaltungsanlagen;
- – Einsparung der Wärmedehnungskompensatoren und Zugankern in den Sammelschieneneinrichtungen 14;
- – verbesserte Zugänglichkeit in den Sammelschieneneinrichtungen 14 durch Entfall der Zuganker;
- – flexible Bauweise (für verschiedene Feldaufbauten möglich);
- – Anpassung/Ausgleich an Gebäudebeschaffenheit z.B. Fugen, Unebenheiten etc.;
- – Verkürzung der Aufstellungsmontage- und Inbetriebsetzungszeiten;
- – vereinfachtes Engineering, da standardisierte Lastpunkte und
- – leicht erhöhte Aufstellung führt zu verbesserter Bodenfreiheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086663 A1 [0003]
