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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Schalterpol für ein Stromnetz der im Oberbegriff
von Patentanspruch 1 angegebenen Art.
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Derartige
Schalterpole werden von Herstellern wie z. B. ABB, Cooper oder auch
Siemens bereits in Schaltanlagen von Hoch- oder Mittelspannungsnetzen eingebaut
und sind somit bekannt, beispielsweise aus
DE 199 21 477 A1 ,
DE 601 13 755 T2 und
DE 195 05 370 C2 .
Das Schalterpolgehäuse dieser
in montiertem Zustand stehend angeordneten Schalterpole besteht
aus isolierendem Kunststoffmaterial und ist insgesamt als oben topfähnlich geschlossener
Rohrkörper
ausgebildet. In den Hohlraum des oberen Längenabschnitts ist üblicherweise eine
Vakuumschaltröhre
integriert, deren Festkontaktseite nach oben und deren Bewegkontaktseite nach
unten gerichtet ist. Auf der Festkontaktseite ist der Festkontakt
der Vakuumschaltröhre
leitend mit einem Eingangsanschlussstück verbunden, das koaxial zur
Mittellängsachse
des Schalterpolgehäuses verläuft und
mit einem zum Leitungsanschluss dienenden Gewindestück oder
dgl. aus dem oberen Ende des Gehäuses
heraussteht. Am unteren Ende weist die Vakuumschaltröhre ein
Führungsrohr
auf, in dem der bewegliche Kontakt der Schaltröhre unter hermetischer Abdichtung
gegenüber
der Schaltkammer schiebegeführt
ist. Der Bewegkontakt ist unter axialer Koppelung mit dem oberen
Endbereich einer Schaltstange verbunden, wobei der Endbereich über ein
flexibles Metallband ständig
leitend mit einem Ausgangsanschlussstück in Verbindung steht. Das Ausgangsanschlussstück durchsetzt
ein Abzweigrohr des Schalterpols und an seinem hohlraumseitigen
Ende ist das flexible Me tallband befestigt, das aus einer Vielzahl
feiner Leiterdrähte
oder metallischer Lamellen besteht.
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Zum
Ein- bzw. Ausschalten der Schaltröhre lässt sich die unterhalb ihres
Endbereichs isolierte Schaltstange durch eine bekannte Antriebsmechanik nach
oben bzw. unten verstellen, wobei die Kontakte der Vakuumschaltröhre aufeinandergedrückt bzw. auseinanderbewegt
werden. Da das auch als Stromband bezeichnete Metallband wegen der
zu übertragenden
Ströme
einen erheblichen Querschnitt aufweisen muss, wird es beim Auf-
und Abwärtshub
der Schaltstange jedes Mal durchgebogen. Die damit verbundene Biegewechselbeanspruchung
kann unter widrigen Umständen
dazu führen,
dass insbesondere in der Zugzone liegende Drähte des Strombandes reißen, und
den Leiterquerschnitt entsprechend verringern. Hierdurch kann bei
nicht mehr ausreichendem Leiterquerschnitt des Strombandes vorzeitig
ein relativ aufwändiger
Austausch des Strombandes bzw. des Schalterpols erforderlich werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalterpol der
im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art dahingehend
zu verbessern, dass vorzeitige Funktionsausfälle des Schalterpols infolge
von Beschädigungen
der Verbindungseinrichtung weitgehend verhindert werden können.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Patentanspruch
1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Beim
erfindungsgemäßen Schalterpol
mit einem isolierenden Schalterpolgehäuse, in dem eine Schalteinrichtung
mit Fest- und Bewegkontakt
angeordnet ist, ist der Bewegkontakt zwischen ein- und ausgeschalteter
Stellung über
den richtungsumkehrbaren Vorschub einer Schaltstange bewegbar, wobei durch die
Schalteinrichtung im Einschaltzustand ein Eingangsanschlussstück auf der
Festkontaktseite elektrisch leitend mit einem Abgangsanschlussstück auf der
Bewegkontaktseite verbunden ist und wobei das Abgangsanschlussstück über eine
im Hohlquerschnitt des Schalterpols verlegte, zwischen ihren gehaltenen
Enden flexibel biegbare Verbindungseinrichtung ständig leitend
mit einem benachbarten Endbereich der Schaltstange verbunden ist.
Dabei sind die Biegelänge
der Verbindungseinrichtung und deren Verlegung zur Sicherstellung
eines exakt reproduzierbaren Verformungsablaufs beim Schalten der
Schalteinrichtung unter Vermeidung einer übermäßigen Durchbiegung der Verbindungseinrichtung infolge
des Schaltstangenvorschubs auf den zu überbrückenden Abstand zwischen dem
Endbereich der Schaltstange und dem Abgangsanschlussstück abgestimmt.
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Der
Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die für das vorzeitige
Brechen von Einzeldrähten
maßgebenden
Biegespannungen in den besonders beanspruchten Drähten reduziert werden
können,
wenn keine Biegeverformung des Strombandes mit zu engem Krümmungsradius
stattfindet. Hierzu bedarf es einer konstruktiven Abstimmung zwischen
der Länge
des Strombandes selbst im Verhältnis
zum Abstand der befestigten Strombandenden voneinander sowie einer
geeigneten Verlegung des Strombandes, die erst einen definierten Verformungsablauf
während
des Schaltstangenvorschubs ohne zu scharfe Krümmungen des Strombandes mit
entsprechend kleinem Radius sicherstellen kann. Ein gestörter Verformungsablauf
kann also prinzipiell vorliegen, wenn die biegbare Länge des Strombandes
im Verhältnis
zum Abstand der Strombandenden zu groß oder auch wenn sie im Verhältnis zum
Abstand der Strombandenden zu klein ist. Die passende Dimensionierung
des Strombandes setzt jedoch eine ausreichende freie Biegelänge zwischen den
festgelegten Strombandenden voraus. In Verbindung damit muss durch
die Verlegung des Strombandes sichergestellt werden, dass sich unter
allen Betriebsbedingungen des Schalterpols ein exakt reproduzierbarer
Verformungsablauf des Strombandes einstellt.
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Da
Schalterpole relativ kompakt gestaltet werden, wird der Abstand
zwischen Schaltstange und Befestigung des Strombandes in der Praxis manchmal
nicht ausreichen, die erforderliche freie Biegelänge des Strombandes bereitzustellen.
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In
solchen Fällen
kann eine Vergrößerung des
Abstandes zwischen dem Endbereich der Schaltstange und dem Abgangsanschlussstück in Verbindung
mit dem Einbau eines ggf. entsprechend längeren Strombandes vorgesehen
sein.
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Die
Vergrößerung des
Umfangsabstandes zwischen Schaltstange und Abgangsanschlussstück kann
im einfachsten Fall durch eine Vergrößerung des Schalterpoldurchmessers
erreicht werden. Jedoch würde
sich dadurch auch ein höherer
Materialverbrauch für
das Schalterpolgehäuse
selbst ergeben. Außerdem
ergäbe
sich ein größerer Platzbedarf für den Schalterpol.
Würde nur
der Durchmesser des oberen Rohrabschnitts vergrößert, könnte die Vakuumschaltröhre exzentrisch
im oberen Hohlraum angeordnet werden, um den erwünschten radialen Versatz herzustellen.
Jedoch wäre
es aus technischen Gründen
eher nachteilig, wenn die Vakuumschaltröhre nicht zentral bzw. konzentrisch
im oberen Rohrabschnitt läge.
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Die
gewünschte
Abstandsveränderung
lässt sich
deshalb in günstiger
Weise realisieren, wenn die in Höhenrichtung
gesehen auf entgegengesetzten Seiten des Abgangsanschlussstücks liegenden Rohrabschnitte
des Schalterpols exzentrisch gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Wenn die Mittellängsachsen
der aneinander anschließenden
Rohrabschnitte des Schalterpols dabei weiterhin parallel zueinander
verlaufen, sind keine Änderungen
an der Schaltstange selbst oder an deren Hubmechanik erforderlich.
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Bei
einem Schalterpolgehäuse
mit Abzweigrohr, von dem das Abgangsanschlussstück umschlossen ist, lässt sich
das Abzweigrohr vorteilhaft im Umfangsbereich der maximalen Exzentrizität am Schalterpolgehäuse anordnen.
Hierdurch kann im Übergangsbereich
vom Umfang des Schalterpolgehäuses
zum Abzweigrohr eine Vertiefung bzw. Nische zur Aufnahme eines Befestigungsteils
des Abgangsanschlussstücks
vorgesehen werden. Die freie Biegelänge des Strombandes kann somit
bereits am Innenumfang des oberen Rohrabschnitts beginnen.
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Eine
gute Dauerhaltbarkeit lässt
sich mit einem Stromband an sich bekannter Art erzielen, wenn dessen
Enden in einer dem Ausschaltzustand entsprechenden Ausgangsstellung
etwa auf gleicher Höhe
liegen und ein Stromband mit einer freien Biegelänge verwendet wird, durch die
im Einbauzustand eine Krümmung
in Form einer einzigen, harmonisch gekrümmten Welle zwischen den geraden
Bandenden hervorgerufen wird.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels unter
Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei einander entsprechende
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Mittellängsschnitt
durch einen separaten Schalterpol und
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2 eine
Ansicht des Schalterpols von unten.
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In 1 ist
eine Einzeldarstellung eines stehend angeordneten Schalterpols 1 in
einem Mittellängsschnitt
gezeigt, der als Schaltstelle in einem üblichen Hoch- oder Mittelspannungsnetz
dienen kann. Der Schalterpol 1 weist ein isolierendes Schalterpolgehäuse 2 auf,
das aus festem Isolierstoff besteht und z. B. aus Kunstharz gegossen
ist. Dieses Schalterpolgehäuse 2 ist
insgesamt rohrförmig
ausgebildet, wobei der Hohlquerschnitt des Schalterpolgehäuses 2 im
unteren Bereich größer als
im oberen ist. Die obere Begrenzungswand vom oberen Rohrabschnitt 3 umschließt formschlüssig ein
Eingangsanschlussstück 4,
das mit einem Gewindezapfen aus dem Schalterpolgehäuse 2 heraussteht.
An dieses Anschlussstück 4 lässt sich
die einspeisende Stromleitung anschließen.
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An
die obere Begrenzungswand anschließend ist der Hohlquerschnitt
des Rohrabschnitts 3 zu einer zylindrischen Hohlkammer
erweitert, die sich etwa bis zur Höhenmitte des Schalterpols 1 erstreckt. In
dieser Hohlkammer ist mittels einer geeigneten Vergussmasse eine
als Vakuumschaltröhre
ausgebildete Schalteinrichtung 5 (im Weiteren kurz Vakuumschaltröhre 5 bezeichnet)
unbeweglich angebracht, die koaxial zur Mittellängsachse 6 des oberen
Rohrabschnitts 3 angeordnet ist. Die Vakuumschaltröhre 5 umfasst
in üblicher
Weise einen Fest- und einen Bewegkontakt, deren nicht eingezeichnete
Kontaktflächen
unter Vakuum in der Schaltkammer der Vakuumschaltröhre 5 angeordnet
sind. Der unbewegliche Festkontakt ist dabei ständig, z. B. über eine
feste Stange, leitend mit dem zu ihm koaxialen Eingangsanschlussstück 4 verbunden.
Demgegenüber
ist der Bewegkontakt mit einem als beispielsweise Bewegkontaktstange
ausgebildeten Bewegkontakt 7 (im Weiteren Bewegkontaktstange 7 genannt)
verbunden, welche durch ein Führungsrohr
mittig aus der unteren Stirnseite der Vakuumschaltröhre 5 heraussteht.
Die Durchführung
der Bewegkontaktstange 7 ist dabei in bekannter Weise z.
B. mittels eines geeigneten Faltenbalges gegenüber der Schaltkammer hermetisch
abgedichtet.
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Der
obere Rohrabschnitt 3 des Schalterpolgehäuses 2 ist
einteilig mit dem darunter liegenden Rohrabschnitt 8 verbunden,
wobei der Rohrabschnitt 8 einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Hohlquerschnitt
aufweist. Die Mittellängsachse 9 des
unteren Rohrabschnitts 8 fluchtet jedoch nicht zur Mittellängsachse 6 sondern
läuft in
einem seitlichen Abstand zu dieser parallel.
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Hierdurch
ergibt sich eine Exzentrizität
E, die in Verbindung mit der Unteransicht gemäß 2 deutlicher
zu erkennen ist.
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Im
Wesentlichen entlang der Mittellängsachse 6 des
oberen Rohrabschnitts 3 ragt in den kegelförmigen Hohlquerschnitt
des unteren Rohrabschnitts 8 eine Schaltstange 10 hinein,
deren unteres Ende im Einbauzustand an einen nicht gezeigten Hubmechanismus
angeschlossen ist. In einem mittleren Längenbereich besteht die Schaltstange 10 aus einem
Isolatorwerkstoff, während
sie im oberen Endbereich aus leitfähigem Material besteht. Dabei
ist das obere Ende der Schaltstange 10 unter axialer Abstützung mit
dem unteren Ende der Bewegkontaktstange 7 gekoppelt, wodurch
die Bewegkontaktstange 7 gemeinsam mit dem oberen Ende
der Schaltstange 10 bewegt wird. Die Koppelung muss hierbei
oberhalb eines Druckstückes
erfolgen, das einen teleskopartig längenveränderbaren Abschnitt der Schaltstange 10 mittels
einer Schraubendruckfeder 11 überbrückt, die axial zwischen zwei
Ringtellern der Schaltstange 10 abgestützt ist. Hierdurch kann die Schaltstange 10 mit
einem Überhub
versehen werden, durch den die Kontakte im Einschaltzustand mit einer
definierten Kraft aufeinanderge drückt werden, die aus der Federkraft
der axial zusammengedrückten
Schraubendruckfeder 11 resultiert. Hierdurch ergeben sich
Vorteile im Hinblick auf die Kurzschlussfestigkeit der Vakuumschaltröhre 5.
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Um
bei eingeschalteter Vakuumschaltröhre 5 einen Stromfluss
zu ermöglichen,
ist der leitende Endbereich der Schaltstange 10 über eine
beispielsweise als flexibles Stromband ausgebildete Verbindungseinrichtung 12 (im
Weiteren kurz Stromband 12 genannt) ständig leitend mit einem Abgangsanschlussstück 13 verbunden,
das in einem isolierenden Abzeigrohr 14 des Schalterpolgehäuses 2 liegt. Zur
Anbindung des Strombandes 12 an die Schaltstange 10 ist
der zugehörige
Endbereich des Strombandes 12 als ringförmige Scheibe ausgebildet,
deren Mittelloch passgenau von der Schaltstange 10 durchsetzt
ist. Zur axialen Befestigung liegt die Scheibe flächig an
der Ringstirnfläche
des oberen Tellers der Schraubendruckfeder 11 auf und ist
in dieser Auflagestellung befestigt. Im Überdeckungsbereich zwischen
Teller und Stromband 12 kann sich das Stromband 12 somit
bei entsprechender Biegebelastung nicht mehr durchbiegen. Das auf
Höhe des von
der Schaltstange 10 gehaltenen Endbereiches des Strombandes 12 angeordnete
Abzweigrohr 14 ist einteilig mit dem Schalterpolgehäuse 2 ausgebildet und
steht im Übergangsbereich
vom oberen Rohrabschnitt 3 zum unteren Rohrabschnitt 8 seitlich
unter einem rechten Winkel zu den Mittellängsachsen 6 und 9 vom
der Umfangswand des Schalterpolgehäuses 2 ab. In das
Abzweigrohr 14 ist in einem Umfangsabstand zum oberen Rohrabschnitt 3 ein
das Abgangsanschlussstück 13 konzentrisch
umschließender
Stromsensor 15 eingebettet, mit dem sich der Stromfluss
im Abgangsanschlussteil 13 auf übliche Weise induktiv erfassen
lässt.
Die zugeordnete Sensorleitung 16 des Stromsensors 15 ist
dabei in einen Gehäusesteg
des unteren Rohrabschnitts 8 eingegossen, der senkrecht
zwischen der Mitte des Abzweig rohrs 14 und dem Fuß des Schalterpolgehäuses 2 verläuft. Durch
den Gehäusesteg
wird unter anderem eine winkelsteifere Anbindung des radial abragenden
Abzweigrohrs 14 an den senkrechten Säulenbereich des Schaltpolgehäuses 2 erreicht.
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Im
unteren Bereich des oberen Rohrabschnitts 3 ist dessen
Hohlquerschnitt auf einer Umfangsseite durch eine radiale Vertiefung 17 vergrößert, die
vom an den Säulenbereich
des Schalterpolgehäuses 2 angeformten
Endbereich des Abzweigrohrs 14 begrenzt wird. In dieser
Vertiefung 17 liegt ein Befestigungsteil 18 aus
gut leitendem Material, das vorzugsweise aus dem gleichen Metall
wie das Abgangsanschlussstücks 13 besteht
und fest mit dessen zugeordnetem Ende verbunden ist. Dieses Befestigungsteil 18 weist
etwa auf der Auflagehöhe des
Strombandes 12 auf dem Federteller der Schaltstange 10 eine
horizontale, plane Unterseite mit Gewindebohrungen auf, an welcher
der zweite Endbereich des Strombandes 12 flächig anliegt
und mit zwei Befestigungsschrauben 19 dauerhaft in der
gezeigten Auflagestellung befestigt ist. Aufgrund der zurückspringenden
Befestigung des angeschraubten Bandendes am Befestigungsteil 18 in
der Vertiefung 17 ergibt sich eine freie Biegelänge des
Strombandes 12, die sich vom Umfang des oberen Federtellers
bis etwa zur Innenumfangskontur des oberen Rohrabschnitts 3 erstreckt.
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Zwischen
den fixierten Endbereichen des Strombandes 12 ist das parallelflache
Stromband 12 in Längsrichtung
gesehen mit einer einzigen, etwa sinusförmigen Durchbiegung 20 versehen,
welche durch eine gegenüber
dem Abstand zwischen Schaltstange 10 und Befestigungsteil 18 vorhandene Überlänge des
Strombandes 12 erzeugt ist.
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Führt die
aufgrund der Exzentrizität
E außermittig
im unteren Rohrabschnitt 8 angeordnete Schaltstange 10 aus
der gezeich neten Ausgangsstellung bei ausgeschalteter Vakuumschaltröhre 5 einen
Schalthub nach oben aus, wird das von der Schaltstange 10 bewegte
Ende des Strombandes 12 mitgenommen, wobei es wegen des
relativ geringen Hubes und des unbeweglich vom Befestigungsteil 18 gehaltenen
anderen Endbereiches des Strombandes 12 zu einer geringfügigen Streckung
bzw. Abflachung der Durchbiegung 20 kommt. Die Krümmung des Strombandes 12 über seine
freie Biegelänge
bleibt dabei absolut harmonisch, so dass es nicht zu Materialüberdehnungen
von Einzeldrähten
des z. B. aus einer Vielzahl von Einzeldrahtbündeln geflochtenen Strombandes 12 mit
flachem Rechteckquerschnitt kommen kann.
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Findet
danach zum Ausschalten der Vakuumschaltröhre 5 ein Abwärtshub der
Schaltstange 10 statt, wird die gezeichnete Ausgangsstellung
des Strombandes 12 nach der Rückverlagerung der Schaltstange 10 exakt
wieder eingenommen. Die exakte Abstimmung der vorgesehenen freien
Biegelänge
zwischen den gehaltenen Strombandenden auf den zu überbrückenden
Abstand zwischen der Schaltstange 10 und dem Abgangsanschlussstück 13 in
Verbindung mit einer geeigneten Positionierung der fixierten Strombandenden
in der Ausgangsstellung sorgt für
die überlängenbedingte
Durchbiegung des Strombandes 12 ähnlich einem Zwanglauf dauerhaft
für einen
absolut exakten Verformungsablauf des Strombandes 12 während der
Schaltbetätigungen.
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Da
das Stromband 12 der Länge
nach im Bereich der größten Exzentrizität E zwischen
oberem Rohrabschnitt 3 und unterem Rohrabschnitt 8 unter radialer
Längserstreckung
verlegt ist, ergibt sich im Verhältnis
zum Durchmesser des Hohlquerschnitts im oberen Rohrabschnitt 3 eine
deutliche Erhöhung der
freien Biegelänge
desselben durch die Vergrößerung des
Abstandes zwischen dem Endbereich der Schaltstange 10 und
dem Abgangsanschlussstück 13.
Der Platzbedarf des Schalterpols 1 in einer zugehörigen Schaltanlage
ist jedoch durch die Exzentrizität
E zwischen dem oberen Rohrabschnitt 3 und dem unteren Rohrabschnitt 8 nicht
vergrößert.
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- 1
- Schalterpol
- 2
- Schalterpolgehäuse
- 3
- Rohrabschnitt
oben
- 4
- Eingangsanschlussstück
- 5
- Vakuumschaltröhre
- 6
- Mittellängsachse
des oberen Rohrabschnitts
- 7
- Bewegkontaktstange
- 8
- Rohrabschnitt
unten
- 9
- Mittellängsachse
des unteren Rohrabschnitts
- 10
- Schaltstange
- 11
- Schraubendruckfeder
- 12
- Stromband
- 13
- Abgangsanschlussstück
- 14
- Abzweigrohr
- 15
- Stromsensor
- 16
- Sensorleitung
- 17
- Vertiefung
- 18
- Befestigungsteil
- 19
- Befestigungsschraube
- 20
- Durchbiegung
(Stromband)
- E
- Exzentrizität