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Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Stromschienenanordnung mit wenigstens zwei gegeneinander elektrisch isolierten Stromschienen, die aneinander gefügt sind und miteinander wenigstens einen Kontaktierungsbereich aufweisen, in welchem die Stromschienen jeweils an einer Kontaktierungsfläche elektrisch kontaktierbar sind.
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Stromschienen werden in der Gebäudetechnik und in der Industrietechnik dazu eingesetzt, elektrische Ströme, insbesondere solche mit großer Stromstärke, zu verteilen. Sie werden bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium hergestellt und weisen bevorzugt eine Länge von 0,5 m bis 5 m auf. Des Weiteren werden sie aus sogenannten Flachprofilen gebildet, d. h. eine Stromschiene weist über ihre Länge einen konstanten Querschnitt mit rechteckiger Grundform auf, der durch eine Stromschienenbreite (bis zu 250 mm) und eine Stromschienendicke (bis zu 6 mm) bestimmt ist. Für die Versorgung von Verbrauchern eines Drehstromnetzwerks müssen mehrere Stromschienen parallel verlegt werden, nämlich je eine für eine der drei Phasen des Drehstromnetzwerks, die üblicherweise als L1, L2, L3 bezeichnet werden, sowie eine oder zwei für den Neutralleiter des Drehstromnetzwerks. Gegebenenfalls kommt noch eine weitere als Schutzleiter hinzu. Somit sind bis zu sechs parallel verlaufende Stromschienen für die Versorgung von elektrischen Verbrauchern bereitzustellen.
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Die Stromschienen werden dabei zu Stromschienenanordnungen, sogenannte Stromschienenpakete, zusammengelegt. In einer solchen Stromschienenanordnung sind die einzelnen Stromschienen dabei mit einer Isolierung umgeben, sodass sie sich zwar gegenseitig mit ihren Breitseiten berühren, aber dennoch gegeneinander elektrisch isoliert sind. Diese Bauform einer Stromschienenanordnung wird auch Sandwich-Bauweise genannt.
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Um einander entsprechende Stromschienen zweier Stromschienenanordnungen miteinander elektrisch verbinden zu können, sind an den Stromschienenanordnungen an ihren Enden Kontaktierungsbereiche ausgebildet, d. h. Bereiche, in denen die einzelnen Stromschienen einer Stromschienenanordnung elektrisch leitende Kontaktierungsflächen aufweisen. Zudem sind die Stromschienen in den Kontaktierungsbereichen in besonderer Weise ausgestaltet, um eine auch für die Übertragung großer Ströme geeignete elektrische Verbindung zwischen den Stromschienen zweier Stromschienenanordnungen herstellen zu können.
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Eine aus dem internen Stand der Technik bekannte Form einer Verbindung zwischen zwei Stromschienenanordnungen ist in 1 dargestellt. Gezeigt ist darin eine Seitenansicht von zwei Stromschienenanordnungen 10, 12, die über einen sogenannten Klemmblock 14 elektrisch miteinander verbunden sind. Jede Stromschienenanordnung 10, 12 besteht aus drei Stromschienen, die sich in der 1 in horizontaler Richtung in ihrer Länge erstrecken. Zu erkennen ist, dass alle drei Stromschienen einer jeweiligen Stromschienenanordnung 10, 12 dieselbe Schienendicke aufweisen. Die beiden Stromschienenanordnungen 10, 12 sind über den Klemmblock 14 verbunden, indem jede Stromschiene einer jeweiligen Stromschienenanordnung 10, 12 zwischen zwei leitende Kontaktbleche geklemmt ist, die wiederum durch Isolierplatten 20 gegeneinander isoliert sind. Die Enden der Stromschienen sind dabei abisoliert, wodurch die Kontaktierungsflächen für einen Kontaktierungsbereich der Stromschienenanordnung gebildet werden.
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Zu dem Kontaktierungsbereich gehört auch ein gekröpfter Abschnitt 16, 18 jeder Stromschiene. Die Kröpfung der einzelnen Stromschienen ist nötig, um zwischen den aufgrund der Sandwich-Bauweise räumlich eng verlaufenden Stromschienen den zum Einfügen der Kontaktbleche sowie der zwischen jeweils zwei Kontaktblechen verlaufenden Isolierplatten 20 nötigen Abstand zu erhalten. Unter einer Kröpfung ist hier ein Abschnitt einer Stromschiene zu verstehen, der zweimal abgewinkelt und somit eine Stufen- oder Z-Form aufweist. Dadurch ergeben sich zwei um eine Kröpfungshöhe versetzte, parallel verlaufende Abschnitte der Stromschiene.
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Die Anordnung aus Isolierplatten 20, daran anliegenden Kontaktblechen sowie den zwischen den Kontaktblechen eingeschobenen abisolierten Enden der einzelnen Stromschienen wird mittels eines Schraubenbolzens 22 mit einer Kraft beaufschlagt, sodass die Kontaktbleche mit einem hohen Druck auf die Kontaktierungsflächen der Stromschienen gepresst werden. In der 1 ist der Schraubenbolzen 22 in einem nicht angezogenen Zustand gezeigt, d. h. die Stromschienen der Schienenanordnungen 10, 12 sind lediglich lose in den Klemmblock 14 eingelegt.
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Die Verbindung zweier Stromschienenanordnungen mittels eines Klemmblocks gemäß dem Stand der Technik weist mehrere Nachteile auf. Wie in der 1 zu erkennen ist, müssen die einzelnen Stromschienen einer Stromschienenanordnung 10, 12 in dem gekröpften Abschnitt 16, 18 jeweils unterschiedliche Kröpfungshöhen aufweisen. Somit sind zum Herstellen einer Stromschienenanordnung mehrere Kröpfungswerkzeuge, nämlich eines für jede Kröpfungshöhe, vorzuhalten. Des Weiteren können Kröpfungen bei Stromschienen, die eine große Stromschienendicke aufweisen, nur sehr ungenau gefertigt werden, da eine Kröpfung durch zweimaliges Biegen einer Stromschiene ausgebildet wird und die Stromschienen beim Biegen federn.
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Aufgrund der Ungenauigkeiten beim Kröpfen verlaufen die einander entsprechenden Kontaktierungsflächen zweier zu verbindender Stromschienen in dem Klemmblock nicht exakt in derselben Ebene, sodass ein Kontaktblech eines Klemmblocks nie vollständig plan auf den beiden zu verbindenden Kontaktierungsflächen zweier Stromschienen aufliegen kann. Um dennoch ausreichend große Berührungsflächen zu erhalten, werden die Kontaktbleche über den Schraubenbolzen 22 mit einer entsprechend großen Kraft auf die Kontaktierungsflächen gepresst, sodass sich die Kontaktbleche und die Kontaktierungsbereiche der Stromschienenpakete 10, 12 gegebenenfalls mechanisch soweit verformen, bis die Kontaktbleche flächig auf den Kontaktierungsflächen aufliegen. In Einzelfällen kann es dabei vorkommen dass Schraubenbolzen eines Klemmblocks mit einem Drehmoment von 120 Newtonmetern angezogen werden müssen.
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Da die Kontaktflächen wie oben beschrieben fertigungsbedingte Unebenheiten aufweisen und zudem durch Oxidation nicht ganzflächig leitend sind, ergibt sich dennoch an jedem Übergang ein effektiver leitender Querschnitt, der geringer ist als in den Leitern selbst. Der damit einhergehende höhere Kontaktwiderstand an den Übergängen birgt das Risiko, dass sich die Kontaktstellen erhitzen, sodass Isolierstoffe schmelzen und sogar Feuer fangen können. Als weiterer Nachteil eines Klemmblocks ist in diesem Zusammenhang anzusehen, dass es durch das elektrische Verbinden zweier Stromschienen über ein Kontaktblech zwei Übergänge für einen durch die Verbindungsstelle fließenden Strom gibt, nämlich einen aus einer Stromschiene in das Kontaktblech sowie einen aus dem Kontaktblech und in die nächste Stromschiene.
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Insbesondere aus der
US 3710301 A ist eine Verbindung von zwei Stromschienen bekannt, von denen jede am Ende Kontakte mit entsprechenden Kontaktierungsflächen aufweist, die beim Kontaktieren aneinander anliegen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und zuverlässige Kontaktierungsmöglichkeit für Stromschienenanordnungen bereitzustellen, die mit geringem Aufwand hergestellt werden kann und möglichst wenige zusätzliche Bauteile wie Isolationsplatten oder Schraubenbolzen benötigt.
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Die Aufgabe wird mit einer Stromschienenanordnung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Bei einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung ist wenigstens ein Kontaktierungsbereich der Stromschienenanordnung treppenstufenförmig ausgebildet und jede Stufe des treppenstufenförmigen Kontaktierungsbereichs umfasst jeweils eine Kontaktierungsfläche einer Stromschiene. Die Stromschienenanordnung umfasst dabei mindestens zwei gegeneinander elektrisch isolierte Stromschienen, die aneinander gefügt sind und die jeweils an den Kontaktierungsflächen elektrisch kontaktierbar sind.
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Die Kontaktierungsflächen der einzelnen Stromschienen einer Stromschienenanordnung bilden erfindungsgemäß Stufen eines treppenstufenförmigen Bereichs und sind damit leichter zugänglich als es bei den Kontaktierungsbereichen der Stromschienenanordnungen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, wo durch Kröpfen der einzelnen Stromschienen einer Stromschienenanordnung mit unterschiedlichen Kröpfungshöhen zwar ein Abstand zwischen den Stromschienen geschaffen wird, aber die in der Stromschienenanordnung innenliegenden Stromschienen stets von den äußeren Stromschienen überdeckt werden und damit schwer zugänglich bleiben.
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Die einzelnen Stromschienen einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung lassen sich durch die treppenstufenförmige Anordnung besonders leicht mit den entsprechenden Stromschienen einer weiteren Stromschienenanordnung verbinden, indem die Stufen des Kontaktierungsbereichs einer Stromschienenanordnung auf die entsprechenden Stufen des Kontaktierungsbereichs der weiteren Stromschienenanordnung gelegt werden. Damit ergibt sich für einen Strom anders als beim Stand der Technik lediglich ein einziger Übergang von einer Stromschiene in die nächste, sodass sich auch ein geringerer Kontaktwiderstand beim Kontaktieren zweier erfindungsgemäßer Stromschienenanordnungen ergibt.
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Die Erfindung umfasst auch einen Anschluss eines elektrischen Geräts oder Abgangs- bzw. Sicherungskastens in der Weise, dass an dem Anschluss ein treppenstufenförmiger Kontaktierungsbereich ausgestaltet sein kann. Ein solcher Anschluss kann ebenfalls mittels (kurzer) Stromschienen gebildet werden, die zu einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung zusammengefasst sind. Damit lässt sich ein Gerät über einen solchen Anschluss an die Leiter eines Versorgungsnetzwerks anschließen oder mit entsprechenden Anschlüssen anderer elektrischer Geräten verbinden.
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In vorteilhafter Weise kann eine erfindungsgemäße Stromschienenanordnung dadurch weitergebildet werden, dass die Stromschienen jeweils eine Kröpfung aufweisen, wobei die Kröpfungshöhe der Kröpfungen aller Stromschienen gleich ist. Durch eine gleichmäßige solche Kröpfung aller Stromschienen kann in einfacher Weise ein Versatz zweier Stromschienenanordnungen ausgeglichen werden, der sich ergibt, wenn die Stufen der Kontaktierungsbereiche zweier erfindungsgemäßer Stromschienanordnungen aufeinander gelegt werden. Da alle Stromschienen einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung dieselbe Kröpfungshöhe aufweisen, muss zum Herstellen einer solchen Stromschienenanordnung lediglich ein einziges Kröpfungswerkzeug vorgehalten werden, anstelle der bis zu sechs verschiedenen Kröpfungswerkzeuge wie es beim Stand der Technik der Fall ist.
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Obwohl es sich bei den einzelnen Stromschienen der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung nicht zwingend um Flachprofile handeln muss, durch die sich ebene Kontaktierungsflächen ergeben, stellen solche ebenen Kontaktierungsflächen eine bevorzugte Ausführungsform dar. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn bei jeder Stromschiene die Flächennormale der ebenen Kontaktierungsfläche parallel zu der die Kröpfungshöhe bestimmenden Richtung verläuft. Für den Fall, dass es sich bei den einzelnen Stromschienen um Flachprofile handelt, bedeutet dies, dass der die Kontaktierungsfläche aufweisende Abschnitt einer Stromschiene auf einer Seite des gekröpften Abschnitts und der verbleibende, auf der anderen Seite des gekröpften Abschnitts verlaufende Abschnitt der Stromschiene in zwei parallelen Ebenen verlaufen, deren Abstand der Kröpfungshöhe entspricht. Durch diese Ausgestaltung der Stromschienenanordnung lässt sich eine besonders einfache und zuverlässige Kontaktierung zwischen zwei Stromschienenanordnungen herstellen, ohne dass es dabei zu einem Versatz der beiden Stromschienenanordnungen kommt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung weisen die Kontaktierungsflächen der Stromschienen eine Beschichtung aus Zinn auf. Eine solche Beschichtung kann durch galvanisches Verzinnen der Kontaktierungsflächen bereitgestellt werde. Verzinnte Kontaktierungsflächen haben den Vorteil, dass sie im Vergleich zu Oberflächen aus Kupfer oder Aluminium wesentlich weicher sind und somit Unebenheiten zwischen zwei aufeinandergepressten Kontaktierungsflächen ausgeglichen werden können, indem das Zinn unter einem auf die Stromschienen ausgeübten Anpressdruck verformt wird. Ein weiterer großer Vorteil einer verzinnten Oberfläche ist, dass die Kontaktierungsflächen vor Korrosion geschützt sind, denn blanke Aluminium- bzw. Kupferoberflächen korrodieren im Vergleich zu verzinnten Oberflächen weitaus schneller.
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Eine weitere Alternative zum Verzinnen besteht darin, auf die Kontaktierungsflächen sog. Kontaktierungsbleche durch Widerstandsschweißen oder durch Aufschrauben aufzubringen.
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In Bezug auf die gegenseitige elektrische Isolierung der Stromschienen ist es von Vorteil, die Schienen mittels einer Isolationsfolie gegeneinander zu isolieren. Solche Folien sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen die für den Einsatz in Stromschienenanordnungen nötigen Eigenschaften wie z. B. Hitzebeständigkeit und Durchschlagsfestigkeit gegen angelegte elektrische Spannungen auf. Da Isolationsfolien sehr dünn sind, muss ihre Dicke nicht in besonderer Weise bei der Auslegung der Stromschienenanordnung berücksichtigt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. Dazu zeigen
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1 eine Seitenansicht einer Verbindung zwischen zwei Stromschienenanordnungen mittels eines Klemmblocks gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung; und
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3 eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstelle zwischen zwei erfindungsgemäß ausgestalteten Stromschienenanordnungen.
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Die in 2 gezeigte Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung zeigt einen Kontaktierungsbereich 30, der sich am Ende einer sich in 2 nach rechts hin erstreckenden Stromschienenanordnung befindet. In 2 ist dabei nur Abschnitt der gesamten Stromschienenanordnung zu sehen. Die Gesamtlänge der Stromschienenanordnung beträgt ein Vielfaches des in 2 dargestellten Kontaktierungsbereichs 30.
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Die Stromschienenanordnung umfasst hier insgesamt sechs Stromschienen, wovon drei die Leiter für die drei Phasen L1, L2 und L3 eines Drehstromnetzwerks, zwei weitere die Neutralleiter und eine verbleibende den Schutzleiter bilden. Jede der sechs Stromschienen ist aus einem Flachprofil gebildet. In der 2 ist jeweils die Stromschienendicke d zu erkennen. Der Kontaktierungsbereich 30 ist von dem verbleibenden, nicht dargestellten Anteil der Stromschienenanordnung durch einen gekröpften Abschnitt 31 mit der Kröpfungshöhe h abgegrenzt. Der gekröpfte Abschnitt 31 ergibt sich, indem jede der Stromschienen 32 eine Kröpfung aufweist, wobei die Kröpfungshöhe h der Kröpfungen aller Stromschienen 32 gleich ist. Jede der Stromschienen 32 ist in eine selbstklebende Isolationsfolie gewickelt, sodass die Stromschienen 32 gegeneinander elektrisch isoliert sind. Im Kontaktierungsbereich 30 der Stromschienenanordnung weist jede Stromschiene 32 eine abisolierte Kontaktierungsfläche 34 auf, die galvanisch verzinnt ist. Die Stromschienen 32 selbst sind aus Kupfer gefertigt.
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Die in der 3 gezeigte perspektivische Ansicht zeigt eine Verbindungsstelle 38 zweier in 3 nur zu einem Teil dargestellter Stromschienenanordnungen 40, 42. Die beiden Stromschienenanordnungen 40, 42 sind hier jeweils aus sechs, aus Aluminium gefertigten Stromschienen der Stromschienendicke d gebildet. Die Stromschienen sind dabei in Sandwich-Bauweise aneinander gefügt. Jede Stromschiene ist in eine selbstklebende Isolierfolie gewickelt und dadurch gegen benachbarte Stromschienen derselben Stromschienenanordnung 40, 42 elektrisch isoliert.
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An ihren in 3 gezeigten Enden weisen die beiden Stromschienenanordnungen 40, 42 jeweils einen Kontaktierungsbereich 48, 50 auf, der durch einen gekröpften Abschnitt 44, 46 vom verbleibenden Teil der Stromschienenanordnung 40, 42 abgegrenzt ist. Die gekröpften Abschnitte 44, 46 werden gebildet, indem jede der Stromschienen einer Stromschienenanordnung 40, 42 eine Kröpfung aufweist, wobei die Kröpfungshöhe h der Kröpfungen aller Stromschienen gleich ist. Die Kröpfungshöhe h beträgt dabei die Hälfte der Stromschienendicke d.
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Die beiden Kontaktierungsbereiche 48, 50 der beiden Stromschienenanordnungen 40, 42 sind treppenstufenförmig ausgebildet, wobei jede Stufe einen Bereich aufweist, in dem an der die jeweilige Stufe bildende Stromschiene die Isolierfolie entfernt wurde, so dass eine damit freiliegende Kontaktierungsfläche elektrisch kontaktierbar ist. Die Verbindungsstelle 38 zwischen den beiden Stromschienenanordnungen 40, 42 ist gebildet, indem einander entsprechende Stufen der beiden Kontaktierungsbereiche 48, 50 so aufeinander gelegt werden, dass die Kontaktierungsflächen der Stufen aufeinander zu liegen kommen und somit ein elektrischer Kontakt zwischen einander entsprechenden Stromschienen der beiden Stromschienenanordnungen 40, 42 hergestellt wird.
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Durch eine in 3 nicht dargestellte Vorrichtung wird eine flächig verteilte Kraft F auf die Verbindungsstelle 38 in der Weise ausgeübt, dass die aufeinanderliegenden Stufen der beiden Kontaktierungsbereiche 48, 50 zusammengepresst werden. Da die Kontaktierungsflächen der Stromschienen galvanisch verzinnt sind, ergibt sich unter Einwirken der Kraft F eine flächige, elektrisch leitende Verbindung zwischen jeweils zwei aufeinanderliegenden Stufen.
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Da die Kröpfungshöhe h die Hälfte der Schienendicke d beträgt, wird der Versatz in der Verlaufsrichtung der einzelnen Stromschienen, der sich durch Aufeinanderlegen der Stufen ergibt, in der Weise ausgeglichen, dass einzelne Stromschienen einer Stromschienenanordnung 40 jenseits des Kontaktierungsbereich 48 mit der entsprechenden Stromschiene der Stromschienenanordnung 42 jenseits des Kontaktierungsbereichs 50 miteinander fluchten.
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Zusammenfassend wird durch die Figuren verdeutlicht, dass es mit der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung möglich ist, eine einfache und zuverlässige Kontaktierung zweier Stromschienenanordnungen mit wenig Bauteilaufwand und geringem Herstellungsaufwand bereitzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 12
- Stromschienenpaket
- 14
- Klemmblock
- 16, 18
- gekröpfter Abschnitt
- 20
- Isolierplatten
- 22
- Schraubenbolzen
- 30
- Kontaktierungsbereich
- 31
- gekröpfter Abschnitt
- 32
- Stromschienen
- 34
- Kontaktierungsflächen
- 38
- Verbindungsstelle
- 40, 42
- Stromschienenanordnung
- 44, 46
- gekröpfter Bereich
- 48, 50
- Kontaktierungsbereich
- d
- Schienendicke
- h
- Kröpfungshöhe
- F
- Anpresskraft
