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Die Erfindung betrifft ein Füllstandmessgerät mit einem Abstandshalter zur Zentrierung eines Innenstabes in einem Rohr, insbesondere eines Innenleiters in einem Außenleiter eines Koaxialleiters gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Koaxialleiter mit einem erfindungsgemäßen Abstandshalter für ein Füllstandmessgerät.
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Bei Füllstandmessgeräten bzw. Messsonden zur Füllstandsmessung werden zur Führung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen Koaxialleitungen eingesetzt, bei denen zur Vermeidung von Messfehlern deren Innenleiter mittels Abstandshalter möglichst genau zentrisch zum Außenleiter geführt werden soll und mit einem solchen Abstandshalter nur kleine Kontaktflächen zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter erzeugt werden sollen. Solche Kontaktflächen stellen Störstellen dar, die zu Messfehlern führen.
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Ein gattungsbildender Abstandshalter für einen Koaxialleiter eines Füllstandmessgerätes ist aus der
DE 10 2006 045 940 A1 bekannt und besteht aus zwei Abstandshalterelementen, die identisch ausgebildet sind. Dieses bekannte Abstandshalterelement weist eine Platte mit einer kreisförmigen Außenkontur und einem U-förmigen Einschnitt auf, wobei die kreisförmige Außenkontur mittels vier äquidistant angeordneten Kreissegmenten gebildet wird, die als Stützstruktur an der Innenfläche des Außenleiters anliegt. Durch den Raum zwischen diesen äquidistant angeordneten Kreissegmenten kann das zu messende Medium abfließen.
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Der U-förmige Einschnitt des Abstandhalterelements ist mit einem dem Radius des Innenleiters entsprechenden halbkreisförmigen Bereich derart ausgebildet, dass dieses Abstandshalterelement über diesen U-förmigen Einschnitt auf den Innenleiter der Koaxialleitung bis in den halbkreisförmigen Bereich aufgeschoben werden kann. Zur Bildung des Abstandshalters wird ein zweites Abstandshalterelement von der entgegengesetzten Richtung aufgeschoben, wobei die Außenkonturen der beiden Abstandshalterelemente deckungsgleich aufeinander liegen und die beiden halbkreisförmigen Bereiche der U-förmigen Einschnitte eine kreisförmige Öffnung zur Aufnahme des Innenleiters bilden. Zur axialen Fixierung des Abstandshalters auf dem Innenleiter ist auf demselben eine Nut vorgesehen, in die die beiden Abstandshalterelemente angebracht werden.
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Desweiteren weist das bekannt Abstandhalterelement eine Verdrehsicherung auf, die an dem kreisförmigen Bereich des U-förmigen Einschnitts derart angeordnet ist, dass sie beim Anordnen der beiden Abstandshalterelemente auf dem Innenleiter derart in den U-förmigen Einschnitt des jeweils anderen Abstandshalterelements in Eingriff kommt, dass eine Rotationsbewegung gegeneinander unterbunden wird.
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Der in dieser Weise mit zwei Abstandshalterelementen aufgebaute Abstandshalter führt zu einer relativ großen Kontaktfläche zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter einer Koaxialleitung. Ferner besteht aufgrund der plattenartigen Ausbildung des Abstandshalters, der zudem in umlaufenden Kontakt mit dem Innenleiter ist, die Gefahr, dass sich im Bereich dieses Abstandhalters zu messendes Medium anhäuft und dadurch Messfehler erzeugt werden. Schließlich ist auch das Montageverfahren dieses Abstandshalters aufgrund dessen Zweiteiligkeit zeitaufwendig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Abstandshalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher nur eine kleine Kontaktfläche zwischen dem Innenstab und dem Rohr, insbesondere zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter einer Koaxialleitung erzeugt und genügend Zwischenräume aufweist, so dass bei Verwendung zur Zentrierung eines Innenleiters in einem Außenleiter einer Koaxialleitung eines Füllstandmessgerätes das zu messende Medium leicht abfließen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abstandshalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solcher Abstandshalter zur Zentrierung eines Innenstabes in einem Rohr, insbesondere eines Innenleiters in einem Außenleiter eines Koaxialleiters, welcher im Wesentlichen plattenförmig mit einer den Innenstab aufnehmenden zentrischen Öffnung und einer an der Innenwand des Rohrs anliegenden Abstützstruktur ausgebildet ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass als Abstützstruktur ein an der Innenwand des Rohrs anliegender Außenring vorgesehen ist, und zur Bildung der zentrischen Öffnung wenigstens zwei auf dem Umfang des Innenstabs beabstandet verteilte Ringsegmente vorgesehen sind, die jeweils über speichenartige Stege mit dem Außenring verbunden sind.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Abstandshalter liegen nur die Ringsegmente an dem Innenstab, die lediglich durch die speichenartige Stege mit dem Außenring verbunden sind, so dass zum einen nur eine geringe Kontaktfläche zwischen dem Abstandshalter und dem Innenstab entsteht und zum anderen genügend Freiraum vorhanden ist, der im Falle einer Verwendung des Abstandshalters zur Zentrierung eines Innenleiters in einem Außenleiter des Koaxialleiters eines Füllstandmessgerätes ein nahezu ungestörtes Ablaufen des zu messenden Mediums erlaubt und sich damit auch aufgrund der Größe dieses Freiraumes keine umlaufende Anhaftung des zu messenden Mediums im Bereich des Abstandhalters bilden kann.
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Trotz des großen, den Abfluss des zu messenden Mediums sichernden Freiraumes des erfindungsgemäßen Abstandhalters wird durch den über die Stege mit den Ringsegmenten verbundenen umlaufenden Außenring, der vorzugsweise, eine an die Innenwandung des Rohrs angepasste kreisförmige Außenkontur aufweist, eine Stabilität des Abstandshalters erzielt, die die Kraftabstützung des Innenstabs bei seitlicher Krafteinwirkung sicherstellt. So kann gleichzeitig zur Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem Abstandshalter und dem Innenstab – und damit auch zur Verringerung des Messfehlers – die Höhe der Ringsegmente in axialer Richtung des Innenstabs auf einen minimalen Wert reduziert werden, ohne dabei diese Stabilität zu gefährden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Abstandshalter bietet es sich an, die Ringsegmente auf dem Umfang des Innenstabs äquidistant zueinander anzuordnen, so dass die zwischen den Ringsegmenten entstehenden Freiräume bzw. Zwischenräume jeweils eine maximale Größe erhalten und dadurch das Ablaufen des zu messenden Mediums bei Verwendung des erfindungsgemäßen Abstandshalters in einem koaxialen Füllstandmessgerät weiter verbessert wird.
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Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Ringsegmente jeweils an ihrem Endbereich über einen speichenartigen Steg mit dem Außenring verbunden sind, vorzugsweise bei einem Abstandshalter mit zwei Ringsegmenten. Ein solcher Abstandshalter zeigt eine filigranartige Struktur, die dem zu messsenden Medium bei einer Verwendung des Abstandhalters in einem koaxialen Füllstandmessgerät nur noch einen geringen Ablaufwiderstand entgegensetzt, mit der Folge von nur noch geringen Messfehlern.
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Weiterhin können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Ringsegmente kreis- oder ellipsenförmig ausgebildet werden, d. h. die Ringsegmente weisen kreisbogenförmige Innenkonturen bzw. ellipsenbogenförmige Innenkonturen auf.
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Bei einem erfindungsgemäßen Abstandshalter mit Kreisringsegmenten sind die Radien dieser Kreisringsegmente an den Radius des Innenleiters angepasst, so dass zur einfachen Montage des Abstandshalters dieser auf den Innenstab bzw. den Innenleiter eines Koaxialleiters aufgeschoben werden kann. Zur axialen Fixierung eines solchen Abstandshalters weist der Innenstab bzw. der Innenleiter für jedes Kreisringsegment eine entsprechende Nut auf, in die der Abstandshalter beim Aufschieben auf den Innenstab bzw. den Innenleiter einrastet. Hierzu wird der Abstandshalter aus elastischem Material, bspw. Perfluoralkoxylalkan (PFA) mittels Spritzgießen hergestellt, um damit eine „elastische” Formgebung des erfindungsgemäßen Abstandshalters zu sichern.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Abstandshalter mit Ellipsenringsegmenten, die also ellipsenbogenförmige Innenkonturen aufweisen, vorzugsweise mit zwei Ellipsenringsegmenten ausgebildet ist und zur axialen Fixierung auf dem Innenstab bzw. Innenleiter diese Ellipsenringsegmente in auf dem Umfang des Innenstabs angeordnete Nuten eingreifen, die hierzu eine an die Ellipsenform dieser Ringsegmente angepasste Kontur aufweisen.
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Eine vorteilhafte Struktur ergibt sich insbesondere, wenn der Abstandshalter mit zwei äquidistant auf dem Innenstab bzw. dem Innenleiter anliegenden Ellipsenringsegmenten ausgebildet ist und dabei diese Ellipsenringsegmente beim Aufschieben eines solchen Abstandshalters auf den Innenstab bzw. den Innenleiter in hierfür vorgesehene Nuten einrasten. Hierbei sind die Nuten diametral auf dem Innenstab bzw. dem Innenleiter angeordnet und weisen eine an die Ellipsenform der Ellipsenringsegmente angepasst Kontur auf, so dass im Nutbereich ein im Wesentlichen elliptischer Querschnitt entsteht.
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Wird ein solcher erfindungsgemäß ausgebildeter Abstandshalter aus elastischem Material, wie bspw. Perfluoralkoxylalkan (PFA) mittels Spritzgießen hergestellt, lässt er sich aufgrund der ellipsenförmigen Kontur der Ellipsenringsegmente einfach auf einem mit solchen Nuten versehenen Innenstab bzw. Innenleiter montieren. Dies erfolgt dadurch, dass in Richtung der beiden Ellipsenringsegmente der Abstandshalter zusammengedrückt wird, wodurch sich dieser auf den Innenstab bzw. den Innenleiter schieben lässt. Wird der so aufgeschobene Abstandshalter in den Bereich der Nuten geschoben, rastet er dort ein. Wird der Abstandshalter dagegen so auf den Innenstab bzw. den Innenleiter geschoben, dass die beiden Ellipsenringsegmente in Umfangsrichtung des Innenstabs bzw. den Innenleiters um ca. 90° verschoben sind, kann der Abstandshalter über die Nuten hinweg geschoben werden, ohne dass er in diese Nuten einrastet. Wird der derart aufgeschobene Abstandshalter dagegen in der Position solcher Nuten um ca. 90° gedreht, rastet er in dieselben ein. Damit ist nicht nur ein Schutz vor ungewollter axialer Verschiebung auf dem Innenstab bzw. dem Innenleiter gegeben, sondern auch ein Schutz vor ungewollter radialer Verdrehung aufgrund der elliptischen Ausformung sowohl der elliptischen Ringsegmente als auch der zugehörigen Nuten, da ein Verdrehung ein Aufbiegen des Abstandshalters entgegen seiner Grundform eine entsprechende Kraft erforderlich macht. Bei entsprechend kleinen Maßtoleranzen zwischen dem Abstandshalter und dem Innendurchmesser des Rohres bzw. des Außenleiters einer Koaxialleitung eines koaxialen Füllstandmessgerätes wird der Abstandshalter gegen eine solche Verformung geklemmt.
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Weiterhin weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der, Erfindung der Abstandshalter wenigstens ein Ringsegment auf, an welches in axialer Richtung des Innenstabs eine Haltenoppe angeformt ist, die in eine im Bereich der Nut ausgebildete Rastöffnung eingreift, wodurch zusätzlich eine korrekte Fixierung des Abstandshalters auf dem Innenstab bzw. dem Innenleiter erzielt wird.
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Wie bereits ausgeführt, eignet sich ein erfindungsgemäßer Abstandshalter zur Verwendung in einem Koaxialleiter für ein Füllstandmessgerät, wobei der Koaxialleiter einen rohrförmigen Außenleiter und einen stabförmigen Innenleiter aufweist und der Innenleiter mittels eines Abstandshalters oder mehreren solchen Abstandshaltern im Außenleiter zentriert gehalten wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf dem Umfang des Innenleiters für jeweils ein Ringsegment des Abstandshalters eine Nut vorgesehen ist, die vorzugsweise in axialer Richtung eine Rastöffnung aufweist, in die eine Haltenoppe des Ringsegments einrastet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Innenansicht auf einen in einem Koaxialleiter montierten Abstandshalter als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine Längsschnittdarstellung des Koaxialleiters gemäß 1,
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3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnitt A-A nach 2, und
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4 eine schematische perspektivische Darstellung eines in den 2 bis 3 dargestellten Innenleiters.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Abschnitt einer Koaxialleitung 10 bestehend aus einem Außenleiter 3, in dem mittels eines ausführungsbeispielgemäßen Abstandselements 1 ein Innenleiter 2 zentriert gehalten wird. Eine solche Koaxialleitung 10 mit mehreren Abstandshaltern wird bei einer koaxialen Messsonde zur Füllstandmessung verwendet.
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Dieses ausführungsbeispielgemäße Abstandselement 1 ist in einem Bereich des Innenleiters 2 angeordnet, bei dem diametral gegenüberliegend zwei Nuten 11 als Einformungen mittels eines Press- oder Formstempels eingeformt sind, wie aus den 2 und 4 ersichtlich ist. Diese Nuten 11 dienen zur axialen Sicherung bzw. Positionierung des Abstandshalters 1 auf dem Innenleiter 2, wodurch dessen Lage auf dem Innenleiter 2 genau festgelegt wird.
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Das Abstandselement 1 besteht aus einem umlaufend kreisförmigen Außenring 4, d. h. mit einer kreisförmigen Außenkontur 4a, wobei diese Außenkontur 4a an den Innenfläche des Außenleiters 3 anliegt, und zwei äquidistant zueinander angeordneten Ellipsenringsegmenten 6 und 7, d. h. mit einer ellipsenbogenförmigen Innenkontur 6a und 7a, wobei deren Endbereiche jeweils mit speichenartigen Stegen 8 bzw. 9 mit dem Außenring 4 verbunden sind. Gemäß 3 weisen diese Ellipsenringsegmente 6 und 7 bzgl. des Mittelpunktes M jeweils einen Mittelpunktswinkel α von ca. 90° auf und bilden zusammen eine zentrische Öffnung 5, dessen Querschnitt aufgrund der elliptischen Innenkonturen 6a und 7a nicht kreisförmig, sondern annähernd elliptisch ist. Diese beiden Ellipsenringsegmente 6 und 7 halten den Innenleiter 2 mit der durch sie gebildeten elliptischen Öffnung 5 zentrisch im Außenleiter 3.
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Da die Ringsegmente 6 und 7 jeweils eine ellipsenförmige Innenkontur 6a und 7a aufweisen, sind auch die beiden Nuten 11 entsprechend dieser ellipsenförmigen Kontur ausgebildet, wie dies die den Schnitt A-A darstellende 3 zeigt, wobei gemäß 2 dieser Schnitt A-A in einer radialen Ebene der beiden diametral gegenüberliegenden Nuten 11 verläuft. Aufgrund der elliptischen Konturen ist der Querschnitt des Innenleiters 2 in der Ebene des Schnittes A-A annähernd elliptisch, wie dies in 3 zu erkennen ist. Diese elliptische Formgebung der Ellipsenringsegmente 6 und 7 und der Nuten 11 führen zu einer leichten Montage des Abstandshalters 1 auf dem Innenleiter 2, wie dies weiter unter erläutert werden soll.
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Ein Kontakt zwischen dem Abstandshalter 1 und dem Innenleiter 2 besteht nur dort, wo diese Ellipsenringsegmente 6 und 7 mit ihrer ellipsenförmigen Innenkontur 6a und 7a an dem Innenleiter 2 im Bereich der Nuten 11 anliegen, so dass sowohl zwischen den Ellipsenringsegmenten 6 und 7 und dem Außenring 4 als auch zwischen den Stegen 8 bzw. 9 genügend Zwischenräume 14 und 15 entstehen, infolge dessen ein zu messendes Medium leicht ablaufen kann und sich in diesem Bereich des Abstandshalters 1 keine umlaufenden Anhäufungen bilden können, wenn dieses zu messende Medium sich dort hindurch bewegt.
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Durch den an der Innenwand des Außenleiters 3 umlaufenden Außenring 4 entsteht eine äußerst stabile Struktur, die die Abstützung des Innenleiters 2 bei seitlicher Krafteinwirkung sicherstellt. Aufgrund dieser Stabilität kann die Höhe der Ellipsenringsegmente 6 und 7 in axialer Richtung des Innenleiters 2 entsprechend der Darstellung in 2 sehr klein gewählt werden, d. h. nur eine kleine Kontaktfläche zwischen dem Abstandshalter 1 und dem Innenleiter 2 entsteht, die daher nur eine geringe Störstelle mit der Folge einer starken Verminderung des Messfehlers darstellt.
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Der Abstandshalter 1 gemäß den 1 bis 3 weist elastische Eigenschaften auf, so dass er sich in Richtung der beiden Ellipsenringsegmente 6 und 7, in 3 mit den Richtungspfeilen F1 und F2 dargestellt, leicht zusammendrücken lässt. Damit lässt sich der Abstandshalter 1 einfach auf den Innenleiter 2 aufschieben und bis in den Bereich der Nuten 11 verschieben. Wenn sich die beiden Ellipsenringsegmente 6 und 7 mit den Nuten 11 in kongruenter Lage befinden, rasten diese in die Nuten 11 ein und befinden sich damit in ihrer vorgesehenen Position.
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Falls der Abstandshalter 1 gegenüber der Montageposition um ca. 90° radial versetzt auf den Innenleiter 2 aufgeschoben wird, kann der Abstandshalter 1 auch über die Nuten 11 hinweg geschoben werden. Erst durch Drehen des Abstandshalters 1 um ca. 90° rasten die Ellipsenringsegmente 6 und 7 in die Nuten 11 ein. Ein ungewolltes Verdrehen des Abstandshalters 1 wird verhindert, da eine solche Bewegung entgegen seiner Grundform ein Aufbiegen erfordert, welches eine entsprechende Kraft erfordert. Bei entsprechend engen Toleranzmaßen zwischen dem Abstandshalter 1 und dem Innendurchmesser des Außenleiters wird dieser gegen eine solche Verformung geklemmt.
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Damit ist ein einfaches und schnelles Montieren des Abstandshalters 1 auf den Innenleiter 2 durchführbar, ohne dass weitere Teile hierzu erforderlich wären.
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Um eine korrekte Fixierung des Abstandshalters 1 in der in den 1 und 3 dargestellten Montageposition zu verbessern, ist an den beiden Ellipsenringsegmenten 6 und 7 jeweils eine Haltenoppe 12 angeformt, die in eine in der Nut 11 eingebrachte Rastöffnung 13 einrastet.
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Der Abstandshalter 1 mit der beschriebenen elastischen Eigenschaft kann bspw. aus Perfluoralkoxylalkan (PFA) mittels Spritzgießen hergestellt werden. Auch die Herstellung der Nuten 11 mit jeweils einer Rastöffnung 12 erfolgt leicht und damit auch kostengünstig durch Formpressen oder Formstempeln.
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Der in den 1 bis 3 beschriebene Abstandshalter 1 weist Ellipsenringsegmente 6 und 7 auf, die einen Mittelpunktswinkel α von ca. 90° aufweisen. Ebenso kann ein Abstandshalter 1 mit Ellipsenringsegmenten 6 und 7 verwendet werden, dessen Mittelpunktswinkel α kleiner oder auch größer als 90° ist. Ferner ist es möglich, anstelle von Ellipsenringsegmenten Kreisringsegmente mit kreisförmiger Innenkontur zu verwenden.
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Schließlich ist die Erfindung nicht auf Abstandshalter 1 mit nur zwei Ellipsenringsegmenten 6 und 7 beschränkt, sondern es ist auch möglich, drei oder mehr solcher Ellipsenringsegmente vorzusehen, wobei dann zur Erzielung ausreichender Freiräume kleine Mittelpunktswinkel vorzusehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abstandshalter
- 2
- Innenstab, Innenleiter
- 3
- Rohr, Außenleiter
- 4
- Außenring des Abstandshalters 1
- 4a
- Außenkontur des Außenrings 4
- 5
- zentrischen Öffnung
- 6
- Ringsegment des Abstandshalters 1
- 6a
- Innenkontur des Ringsegments 6
- 7
- Ringsegment des Abstandshalters 1
- 7a
- Innenkontur des Ringsegments 7
- 8
- Stege
- 9
- Stege
- 10
- Koaxialleiter
- 11
- Nute auf dem Innenstab 2
- 12
- Haltenoppe an einem Ringsegment 6, 7
- 13
- Rastöffnung in Nut 10
- 14
- Zwischenräume
- 15
- Zwischenräume
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006045940 A1 [0003]
