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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Überspannungsableiter mit einem ersten Anschlussterminal und einem zweiten Anschlussterminal, wobei zumindest an einem der Anschlussterminals zur Kontaktierung des Überspannungsableiters ein elektrisch leitfähiger Anschlusspfad angeschlagen ist.
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Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der PCT-Offenlegungsschrift
WO 97/10631 A1 bekannt. Dort ist ein Überspannungsableiter beschrieben, welcher zwei Anschlussterminals aufweist, wobei die Anschlussterminals der Kontaktierung des Überspannungsableiters dienen. An einen der Anschlussterminals ist ein elektrisch leitfähiger Anschlusspfad angeschlagen. Zur Kontaktierung des Anschlusspfades sind Verbindungen vorgesehen, welche den Anschlusspfad winkelstarr mit dem Überspannungsableiter verbinden. Dazu sind entsprechende Laschen eingesetzt, welche radial zu einer Längsachse des Überspannungsableiters ausgerichtet sind. Dadurch wird ein relativ großer Bauraum benötigt. Die abstehenden Laschen erschweren eine Handhabe der Anordnung. Weiter bieten die Laschen Angriffspunkte für äußere Kräfte, welche mechanische Schäden verursachen können.
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Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 010 857 A1 ein modularer Überspannungsableiter bekannt, bei dem einzelne Ableitermodule mittels Kupplungsanordnungen in Form von Kugelgelenken verbunden sind.
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Damit ergibt sich als Aufgabe der Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass eine Reduzierung des benötigten Bauraumes ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Anschlusspfad kardanisch gelagert ist.
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Eine kardanische Lagerung des Anschlusspfades ermöglicht es, diesen pendelnd anzuordnen. Dadurch wird das Ausbilden von winkelstarren Bauraum beanspruchenden Gestaltungen des Anschlusspfades vermieden. Somit ist es möglich, den Überspannungsableiter bereits vor einer endgültigen Montage beispielsweise mit Teilen des Anschlusspfades zu komplettieren. Des Weiteren ist durch eine kardanische Lagerung ein Entkoppeln von Kräften zwischen Überspannungsableiter und Anschlusspfad ermöglicht. Auf den Anschlusspfad einwirkende Kräfte werden durch die kardanische Lagerung von dem Überspannungsableiter ferngehalten. Gleiches gilt auch im umgekehrten Sinne. Damit ist es beispielsweise möglich, die erfindungsgemäße Anordnung auch unter erschwerten äußeren Bedingungen einzusetzen. Überspannungsableiter können beispielsweise im Freiluftbereich eingesetzt werden. Dort sind sie entsprechenden Witterungseinflüssen ausgesetzt. Insbesondere auftretende Windlasten können durch wiederholte Lastwechsel zu Ermüdungserscheinungen an der Anordnung führen. Ein Entkoppeln von Überspannungsableiter und Anschlusspfad ermöglicht nunmehr, diese beiden Elemente unabhängig voneinander zu halten bzw. bei einer gemeinsamen Lagerung diese beiden Elemente spannungsfrei anzuordnen. So ist es beispielsweise möglich, gezielt eine Relativbewegung zwischen Überspannungsableiter und Anschlusspfad zuzulassen.
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Eine kardanische Lagerung eines Anschlusspfades kann an einem der Terminals oder an beiden Terminals erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein kardanisches Gelenk von einem Anschlussterminal gehalten ist.
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Ist das kardanische Gelenk, welches einer kardanischen Aufhängung des Anschlusspfades dient, an dem Überspannungsableiter befestigt, so können zumindest Teile des Anschlusspfades gemeinsam mit dem Überspannungsableiter gehalten werden. Trotz einer Nutzung der mechanischen Widerstandsfähigkeit des Überspannungsableiters zum Halten des Anschlusspfades sind winkelstarre Verbindungen zwischen Anschlusspfad und Überspannungsableiter weitestgehend vermieden. Ein kardanisches Gelenk ermöglicht eine Relativbewegung zwischen dessen Gelenkelementen um zumindest zwei Achsen. Diese Achsen sollten vorzugsweise orthogonal zueinander liegen. Damit ist eine pendelartige Bewegung zumindest von Abschnitten des Anschlusspfades, welche sich in der Nähe des Überspannungsableiters befinden, gewährleistet. Ein in der Nähe des Überspannungsableiters befindlicher Abschnitt des Anschlusspfades sollte vorzugsweise von dem Überspannungsableiter selbst bzw. gemeinsam mit diesem gehalten sein.
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Das kardanische Gelenk kann beispielsweise mit einem Gelenkelement mit einem Anschlussterminal des Überspannungsableiters verbunden sein. Der Überspannungsableiter kann beispielsweise an einem der Anschlussterminals gehalten sein. Die zur Halterung vorgesehene Haltevorrichtung kann ebenfalls das kardanische Gelenk mittelbar oder unmittelbar halten.
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Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass das kardanische Gelenk von dem Anschlusspfad kurzgeschlossen ist.
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Das kardanische Gelenk sollte eine möglichst lange Lebensdauer aufweisen. Dazu eignen sich Gelenke, welche aus einfachen Maschinenelementen mit einer hohen mechanischen Widerstandsfähigkeit konstruiert sind.
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Typischerweise lassen sich derartige Maschinenelemente kostengünstig und in großen Stückzahlen aus metallischen Halbzeugen wie Profilstäben usw. fertigen. Die metallischen Halbzeuge weisen ggf. nach einer entsprechenden Oberflächenbehandlung eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse auf. Durch ein Kurzschließen des kardanischen Gelenkes sind sich über das Gelenk zu dem Anschlusspfad ggf. ausbildende Parallelstrompfade neutralisiert. Zum Kurzschließen des kardanischen Gelenkes kann vorgesehen sein, dass ein flexibles Leiterelement des Anschlusspfades das kardanische Gelenk überbrückt. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieses flexible Leiterelement des Anschlusspfades an dem kardanischen Gelenk abgefangen ist. Durch eine entsprechende bogenförmige Verlegung des flexiblen Leiterelementes wird die Bewegungsfreiheit des kardanischen Gelenkes lediglich in einer für diesen Anwendungsfall zu vernachlässigen Größenordnung eingeschränkt.
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Es ist vorgesehen, dass das kardanische Gelenk zwei ineinander greifende Bügel aufweist.
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Durch zwei ineinander greifende Bügel ist die Möglichkeit gegeben, ein konstruktiv einfaches kardanisches Gelenk auszugestalten, welches eine leichtgängige Entkopplung von Relativbewegungen zwischen Überspannungsableiter und dem Anschlusspfad gewährleistet. Durch die Bügel sind Gelenkelemente realisierbar, welche Relativbewegungen um zumindest zwei orthogonal zueinander liegenden Achsen ermöglichen. Als Bügel kommen beispielsweise U-förmig gebogene Drähte in Betracht, die ineinandergreifen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bügel in sich geschlossen sind oder durch weitere Elemente verschlossen werden, so dass ein Entfernen des einen Bügels von dem anderen Bügel verhindert wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest einer der Bügel eine geschlossene Öse darstellt, wobei das Auge der Öse von dem anderen Bügel durchsetzt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass beide Bügel ösenartig ausgeformt sind, wobei die Ösen ineinander verschränkt sind.
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Die Gelenkelemente können als Teil des Anschlusspfades wirken. Dazu kann vorgesehen sein, dass die zur kardanischen Verbindung vorgesehenen Verbindungspunkte zwischen den Gelenkelementen miteinander elektrisch kontaktiert sind. Das kann beispielsweise durch Kontaktelemente wie Lamellen oder ähnliches unterstützt werden, so dass eine dauerhafte elektrisch leitende Verbindung gegeben ist. In einem solchen Fall kann auf ein Kurzschließen des kardanischen Gelenkes verzichtet werden.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Anschlusspfad an zumindest einem der Bügel winkelsteif befestigt ist.
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Bei einem winkelsteifen Verbinden eines Bügels mit dem Anschlusspfad ist die Möglichkeit gegeben, einen Bügel zu einer Abfangung des Anschlusspfades zu nutzen. Somit kann das Gelenk genutzt werden, um zumindest Teile des Anschlusspfades zu positionieren. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass Abschnitte des kardanischen Gelenks als Anschlusspfad dienen und über die Abschnitte ein Stromfluss von/zu einem Anschlussterminal des Überspannungsableiters erfolgen kann.
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Es ist vorgesehen, dass an zumindest einem der Bügel eine Anschlusspfadtrenneinrichtung winkelsteif befestigt ist.
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Eine Anschlusspfadtrenneinrichtung kann dazu dienen, bei einem Fehler der Anordnung den Anschlusspfad zu unterbrechen. Dazu kann die Anschlusspfadtrenneinrichtung beispielsweise eine Schaltstrecke aufweisen, die eine irreversible Auftrennung des Anschlusspfades bewirkt. Zum irreversiblen Auftrennen kann beispielsweise eine Treibladung dienen, welche den Anschlusspfad punktuell zerstört. Vorteilhaft kann die Anschlusspfadtrenneinrichtung eine rotationssymmetrische Struktur aufweisen, die im Verlauf des Anschlusspfades eingefügt ist. Durch eine winkelsteife Verbindung mit einem der Bügel des kardanischen Gelenkes ist eine ausreichende Abfangung der Massen der Anschlusspfadtrenneinrichtung ermöglicht, wobei die Anschlusspfadtrenneinrichtung von auf den Überspannungsableiter einwirkenden oder von ihm ausgehenden Kräften weitestgehend entkoppelt ist.
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Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Bügel verschiedene Biegeradien aufweisen.
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Der Einsatz unterschiedlicher Biegeradien für die Bügel ermöglicht es, ein Spiel, welches zwischen den Bügeln auftreten kann, einzustellen. So ist es beispielsweise möglich, eine Bewegung um eine bestimmte Achse vorzugsweise über einen der beiden Bügel zu realisieren. In Kombination der verschiedenen vorzugsweise unterstützten Achsen kann auch eine freie Pendelbewegung beispielsweise der Anschlusspfadtrenneinrichtung zugelassen werden. Ein Grad einer Auslenkung der Anschlusspfadtrenneinrichtung kann dann im Wesentlichen durch die Gestaltung des Anschlusspfades bestimmt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest einer der Bügel winkelsteif mit einem Anschlussterminal verbunden ist.
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Ein winkelsteifes Verbinden zumindest eines der Bügel ermöglicht es, den Anschlussterminal als Halteelement für das kardanische Gelenk zu nutzen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn gerade der Bügel, welcher nicht mit einem Anschlussterminal verbunden ist, winkelsteif mit dem Anschlusspfad verbunden ist, so dass in einer Abfolge ausgehend vom Anschlussterminal, über den ersten Bügel und den zweiten Bügel sowie den daran befestigten Anschlusspfad eine kettenartige Struktur erzeugt wird, welche zum einen der Entkopplung von Kräften und zum anderen dem Halten des Anschlussstrompfades an dem Überspannungsableiter oder umgekehrt dient.
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Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der Anschlusspfad zumindest Abschnittsweise eine flexible Leitung aufweist.
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Durch Einsatz einer flexiblen Leitung ist es beispielsweise möglich, dass kardanische Gelenk kurzzuschließen, ohne mögliche Relativbewegungen zu sehr einzuschränken. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die flexible Leitung im Anschluss an das kardanische Gelenk unmittelbar oder mittelbar beispielsweise über die Anschlusspfadtrenneinrichtung fortsetzt und so ein Anschlusspfad gebildet ist, welcher in sich flexibel ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die flexible Leitung ggf. mit einer Schutzumhüllung, ggf. elektrisch isolierend, versehen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass blanke metallische Leiter die flexible Leitung bilden.
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Sowohl am ersten als auch am zweiten Anschlussterminal können Anschlusspfade eine flexible Leitung aufweisen. Bedarfsweise kann jedoch auch nur einer der Anschlusspfade eine flexible Leitung aufweisen.
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Im Folgenden wird schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Zeichnung gezeigt, und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigt
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die 1 eine erste Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters mit einem ersten kardanischen Gelenk und
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die 2 eine zweite Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters mit einem zweiten kardanischen Gelenk.
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Die 1 zeigt perspektivisch einen Überspannungsableiter 1 in einer ersten Ausführungsvariante. Die erste Ausführungsvariante des Überspannungsableiters 1 weist ein elektrisch isolierendes Gehäuse 2 mit einer Verrippung auf. Das elektrisch isolierende Gehäuse 2 umgibt ein Varistorelement 3, welches über elektrische Zuleitungen mit einem ersten Anschlussterminal 4 und einem zweiten Anschlussterminal 5 kontaktiert ist. Die Anschlussterminals 4, 5 dienen zum einen einer elektrischen Kontaktierung des Überspannungsableiters. Zum anderen können an ihnen Haltevorrichtungen angeschlagen sein, um die erste Ausführungsvariante des Überspannungsableiters 1 zu positionieren. Die beiden Anschlussterminals 4, 5 sind dabei gleichartig ausgeformt und weisen jeweils eine rechteckige Stirnfläche auf. In den Eckpunkten der rechteckigen Stirnflächen der Anschlussterminals 4, 5 sind jeweils Durchgangsöffnungen vorgesehen. In diese Durchgangsöffnungen sind beispielsweise Bolzen einsetzbar, die mittels an den Bolzen befindlichen Gewindegängen und aufgesetzten Muttern an den Anschlussterminals 4, 5 positionierbar sind. Die Bolzen sind vorzugsweise dazu vorgesehen, die Anschlussterminals mit einem Anschlusspfad zu verbinden. Ein derartiger Anschlusspfad kann beispielsweise eine flexible Leitung aufweisen. Am ersten Anschlussterminal 4 ist ein spannungsseitiger Anschlusspfad anschließbar. Am zweiten Anschlussterminal 5 ist in der Figur ein erdungsseitiger Anschlusspfad 6 angeschlossen. Der Verlauf des erdseitigen Anschlusspfades 6 ist durch eine durchgezogene Volllinie in den jeweiligen Elementen des Anschlusspfades symbolisiert.
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Zur Halterung des Anschlusspfades 6 ist eine erste Ausgestaltungsvariante eines kardanischen Gelenkes 7 vorgesehen, wobei die erste Ausgestaltungsvariante des kardanischen Gelenkes 7 einen ersten Bügel 8 sowie einen zweiten Bügel 9 aufweist. Der erste Bügel 8 ist durch ein U-förmig gebogenen Runddraht gebildet, welcher an seinen freien Enden mit Gewinden versehen ist. Dabei ist die Dimensionierung des ersten Bügels 8 derartig gewählt, dass die freien Enden in Durchgangsöffnungen des zweiten Anschlussterminals 5 einsteckbar sind. Über entsprechende Verschraubungen ist der erste Bügel 8 winkelsteif mit dem zweiten Anschlussterminal 5 der ersten Ausgestaltungsvariante des Übersqpannungsableiters 1 verbunden. Dabei sind zur Festlegung des ersten Bügels 8 zwei in den Ecken diagonal gegenüberliegende Durchgangsöffnungen des zweiten Anschlussterminals 5 gewählt. Der zweite Bügel 9 ist in Form einer in sich geschlossenen Öse gestaltet, wobei das Auge von dem ersten Bügel 8 durchsetzt ist. Der Biegeradius des zweiten Bügels 9 ist wesentlich kleiner als der des ersten Bügels 8. Das Auge des zweiten Bügels 9 ist nur geringfügig größer gewählt als der Querschnitt des ersten Bügels 9. Das Auge ist von einer kreiszylinderartigen Mantelfläche begrenzt. Dadurch ist das Spiel zwischen den Bügeln begrenzt und eine Relativbewegung zwischen den Gelenkelementen wird durch überlagerte Bewegungen in im Wesentlichen zwei Richtungen realisiert. Der erste Bügel 8 ermöglicht eine Bewegung des Anschlusspfades 6 um eine erste Achse A. Der zweite Bügel 9 ermöglicht eine Bewegung des Anschlusspfades 6 um eine zweite Achse B. Die erste Achse A und die zweite Achse B sind vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtet. In Überlagerung der um die beiden Achse A, B möglichen Bewegungen ist der Anschlusspfad 6 in der Lage frei hängend zu pendeln. An dem zweiten Bügel 9 ist ein Gewindebolzen 10 angeformt. An den Gewindebolzen 10 ist eine Anschlusspfadtrenneinrichtung 11 angeschraubt, welche in eine flexible Leitung des Anschlusspfades 6 übergeht. Die Anschlusspfadtrenneinrichtung 11 ist rotationssymmetrisch gestaltet. Die Rotationsachse ist achsgleich zur Längsachse des Bolzens 10 ausgerichtet. Am von dem Bolzen 10 abgewandten Ende der Anschlusspfadtrenneinrichtung 11 schließt sich achsgleich eine flexible Leitung an.
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Das den ersten Bügel 8 und den zweiten Bügel 9 aufweisende kardanische Gelenk 7 ist von einer Kurzschlussbrücke 12 des Anschlusspfades 6 überbrückt. Die Kurzschlussbrücke 12 weist an ihren Enden Kabelschuhe auf, von denen einer an dem Gewindebolzen 10 winkelsteif befestigt ist und der andere an dem zweiten Anschlussterminal 5 winkelsteif anliegt. Werden zur Halterung der Kabelschuhe Teile der Bügel 8, 9 verwendet, so sind diese Teile des Anschlusspfades 6.
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In der 2 ist eine zweite Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters 1a dargestellt. Die zweite Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters 1a weist prinzipiell den gleichen Aufbau auf wie die in der 1 gezeigte erste Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters 1. Das Gehäuse 2, das Varistorelement 3 sowie die Anschlussterminals 4, 5 weisen sowohl bei der ersten Ausführungsvariante als auch bei der zweiten Ausführungsvariante eines Überspannungsableiters 1, 1a die gleichen Funktionalitäten auf. Lediglich ihre körperlichen Ausgestaltungen variieren. So sind die Anschlussterminals 4, 5 der zweiten Ausführungsvariante des Überspannungsableiters 1a stirnseitig jeweils mit einer kreisförmigen Fläche und mit einer zentrisch angeordneten sacklochartigen Bohrung ausgestattet, welche mit einem Innengewinde versehen ist. Über dieses Innengewinde kann zum einen die mechanische Halterung der zweiten Ausführungsvariante des Überspannungsableiters 1a erfolgen und zum anderen eine elektrische Kontaktierung der Anschlussterminals 4, 5 vorgenommen werden.
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Im Folgenden wird eine Kontaktierung des zweiten Anschlussterminals 5 der zweiten Variante des Überspannungsableiters 1a beschrieben. Eine zweite Ausführungsvariante eines kardanischen Gelenkes 7a weist einen aus einem Runddraht gebildeten ersten Bügel 8 auf, welcher im Wesentlichen U-förmig gebogen ist. Die beiden freien Schenkel des ersten Bügels 8 sind unterschiedlich lang ausgestaltet, wobei der längere Schenkel mit einem Außengewinde versehen ist, welches gegengleich zu dem in der zentrischen Bohrung des zweiten Anschlussterminals 5 vorgesehenen Innengewinde ausgestaltet ist. Somit ist der erste Bügel 8 in den zweiten Anschlussterminal 5 einschraubbar, und zwar derartig tief, bis der nicht in die Bohrung eingeführte Schenkel an dem zweiten Anschlussterminal 5 anliegt. Somit ist ein Herausgleiten eines zweiten Bügels 9, welcher von dem ersten Bügel 8 durchsetzt ist, verhindert. Der zweite Bügel 9 weist die gleiche konstruktive Ausgestaltung auf, wie der zweite Bügel 9 der ersten Ausführungsvariante des kardanischen Gelenkes 7. Auch hier weist der zweite Bügel 9 eine ösenartige Struktur auf, wobei der Biegeradius des zweiten Bügels 9 kleiner ist als der Biegeradius des ersten Bügels 8. Eine Kurzschlussbrücke 12, welche endseitig mit Kabelschuhen versehen ist, ist an ihrem ersten Ende an einem Gewindebolzen 10, welcher an den zweiten Bügel 9 angeformt ist, winkelsteif kontaktiert. Mit dem zweiten Ende der Kurzschlussbrücke 12 und dem dort angeordneten Kabelschuh ist die Kurzschlussbrücke 12 auf das Ende des ersten Bügels 8 der zweiten Ausführungsvariante des kardanischen Gelenkes 7a aufgelegt, welcher in die zentrische Bohrung des zweiten Anschlussterminals 5 eingeschraubt ist. Unter Nutzung einer Mutter wird der Kabelschuh gegen das zweite Anschlussterminal 5 gepresst. Damit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zweitem Anschlussterminal 5 und dem Gewindebolzen 10 des zweiten Bügels 9 geschaffen, wobei die zweite Ausführungsvariante des kardanischen Gelenkes 7a von dem Anschlusspfad überbrückt ist. An den Gewindebolzen 10 des zweiten Bügels 9 kann sich nunmehr der Anschlusspfad 6 elektrisch leitend anschließen. Im vorliegenden Beispiel ist wiederum eine aus der 1 bekannte Anschlusspfadtrennvorrichtung 11 eingefügt. Über die zweite Variante 7a des kardanischen Gelenkes mit dem ersten Bügel 8 und dem zweiten Bügel 9 ist der Anschlusspfad 6 an der zweiten Variante des Überspannungsableiters 1a gehalten und mit diesem elektrisch leitend kontaktiert. Wie bei der in der 1 gezeigten Anordnung ist der Gewindebolzen radial zur Öse des zweiten Bügels 9 ausgerichtet. Die Überspannungsableitertrennvorrichtung 11 mit ihrer rotationssymmetrischen Gestalt weist eine Rotationsachse auf. Die Rotationsachse ist radial zum Auge der Öse des zweiten Bügels 9 ausgerichtet. Die Überspannungsableitertrennvorrichtung 11 ist von dem zweiten kardanischen Gelenk 7a getragen.
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Darüber hinaus sind noch weitere Varianten der Ausgestaltung einer kardanischen Aufhängung eines Anschlusspfades 6 vorstellbar, so dass eine pendelartige Bewegung durch Überlagerung mehrerer Achsen, welche durch das kardanische Gelenk definiert werden, ermöglicht ist.
