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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperaturerfassungssystem mit einem stabförmigen Thermoelement und einem Überrohr.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zur vereinfachten Montage einer Führungshülse für eine Messleitung zu schaffen. Daneben soll eine kostengünstige Lösung für einen Messfühler mit verlängerter Standzeit und verbesserter Führung der Messleitung geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Temperaturerfassungssystem, mit einem stabförmigen Thermoelement mit einer Sondenspitze zum Erfassen einer Temperatur; einem Überrohr zum seitlichen Umschließen des stabförmigen Thermoelements, das mit dem stabförmigen Thermoelement fest verbunden ist; einem ersten Führungsabschnitt zum Einführen des stabförmigen Thermoelements in eine heiße Zone; und einem zweiten Führungsabschnitt zum Durchführen des stabförmigen Thermoelements durch eine Isolationszone; wobei das Überrohr mittels eines Dichtelementes an dem ersten oder zweiten Führungsabschnitt dichtend koppelbar ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich das Überrohr auf eine einfache Weise befestigen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist die Sondenspitze einen Durchmesser von 1 mm–2 mm auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass einen geringen thermischen Widerstand aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist das Überrohr einen Durchmesser von 1,8 mm–6,5 mm auf. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass einen geringen thermischen Widerstand aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems umfasst das stabförmige Thermoelement zwei elektrische Leiter, die von Magnesiumoxid umgeben sind und in der Sondenspitze miteinander verbunden sind. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Leiter durch Hitzeeinwirkung nicht beschädigt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist das stabförmige Thermoelement eine Länge von 2 m–3 m auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein genauer Temperaturwert im Inneren der Heißen Zone erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems ist das stabförmige Thermoelement im Durchmesser zur Sondenspitze hin verjüngt. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Sondenspitze einen geringen thermischen Widerstand aufweist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems ist der erste Führungsabschnitt an dem in die heiße Zone hineinragenden Ende offen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Messeigenschaften des Temperaturerfassungssystems verbessern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems ist der erste Führungsabschnitt gebogen oder J-förmig ausgeführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Temperatur von aufsteigendem Gas an der Sondenspitze besonders genau erfasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist das Temperaturerfassungssystem eine Knickschutzhülse zum Verhindern eines Abknickens einer Anschlussleitung des stabförmigen Thermoelements außerhalb der heißen Zone auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Beschädigung des Temperaturerfassungssystems verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist die Knickschutzhülse einen Gewindeabschnitt zum Befestigen der Knickschutzhülse auf, der teilweise abgeflacht ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Knickschutzhülse auf einfache Weise montiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems umfasst die Knickschutzhülse ein Gewindeloch mit Ausnehmungen, welche einen Gewindegang des Gewindeabschnitts abschnittsweise unterbrechen und die Ausnehmungen sind formgleich mit dem Querschnitt eines Gewindeanschlusses des zweiten Führungsabschnitts. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine gute Stabilität und Koppelbarkeit innerhalb des Temperaturerfassungssystems erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems das Temperaturerfassungssystem einen Adapter zum Koppeln einer Knickschutzhülse an dem zweiten Führungsabschnitt umfasst. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den Adapter eine Anpassung an die Knickschutzhülse erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist der Adapter ein Gewindeloch mit Ausnehmungen auf, welche einen Gewindegang abschnittsweise unterbrechen und die Ausnehmungen sind formgleich mit dem Querschnitt des Gewindeanschlusses der Knickschutzhülse. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich der Adapter auf einfache Weise montieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist der zweite Führungsabschnitt ein Gewindeloch mit Ausnehmungen auf, welche einen Gewindegang abschnittsweise unterbrechen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich der zweite Führungsabschnitt auf einfache Weise montieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems umfasst das Gewindeloch des zweiten Führungsabschnitts eine Codiernut, die eine eindeutige Steckorientierung für einen an einer Knickschutzhülse angeformten, entsprechenden Vorsatz vorgibt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine exakt vorgesehene Positionierung der Knickschutzhülse erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems sind die Ausnehmungen in einer rechteckigen, dreieckigen, asymmetrischen, vieleckigen, parallelogrammartigen oder elliptischen Grundform integriert sind. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass besonders geeignete Grundformen verwendet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems ist die Knickschutzhülse in dem aufnehmenden Gewindeloch dadurch festlegbar ist, dass bei einer Verdrehung der Knickschutzhülse eine Pressung oder Klemmung der beiden im Gewindeloch gegenüberstehenden Stirnflächen erzeugt wird. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Knickschutzhülse mit wenigen Handgriffen fixiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Temperaturerfassungssystems weist die Knickschutzhülse ein aufnehmendes Gewindeloch auf, welches an einem Gewindeabschnitt an der zweiten Führungshülse festlegbar ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine leichte Montage der Knickschutzhülse erreicht wird.
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Das Temperaturerfassungssystem weist einen ersten Führungsabschnitt auf, welcher nach vorne gerichtet die Messspitze aufnimmt und indem der Messfühler gelagert ist. Dieser erste Führungsabschnitt weist des Weiteren ein Gewinde oder Flanschabschnitt oder eine Dichtgeometrie auf, mit dem der Messfühler dichtend in eine ”heiße” Messzone einbringbar ist.
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Der Messfühler ist hierbei insbesondere ein sehr dünn ausgeführtes, gezogenes mineralisoliertes Thermoelement, welches im inneren mindestens zwei Leiter besitzt, welche vorne als Messspitze verbunden sind, vorzugsweise aber auch vier oder mehr Leiter zur Bildung von redundanten Messspitzen, die als Thermoelement ausgeführt sind.
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Die Mineralisolierung besteht vorzugsweise aus Magnesiumoxid oder Aluminiumoxyd. Zur Bildung eines Thermoelements werden unterschiedliche metallische Leiter verwendet.
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Der Messfühler wird vorzugsweise in mehreren Bearbeitungsstufen, vorzugsweise durch Ziehprozesse auf einen Durchmesser von 1–2 mm Durchmesser reduziert, und kann durch ein Überrohr stabilisiert werden. Ein Abschnitt der Messspitze ragt hierzu für schnelles Ansprechverhalten 10–30 cm aus dem Überrohr heraus und wird mit Lot in diesem Überrohr fixiert.
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Messfühler und Überrohr sind in einem ersten Führungsabschnitt fixiert und ragen nach hinten zum Anschluss an eine Messwarte aus einem Aufbau heraus. Hierbei kann dieser erste Führungsabschnitt vorne offen oder geschlossen, insbesondere aber auch gekrümmt sein. Besonders vorteilhaft ist eine ”J-Form” zur Heranführung des Messfühlers an heiße Zonen, Brennerflammen oder Prozessstellen.
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Das Temperaturerfassungssystem weist außerdem einen zweiten Führungsabschnitt, auch Halsrohr genannt, auf, welcher an den ersten Führungsabschnitt mittels eines Flanschs oder einer Gewindeverbindung koppelbar ist, mit welchem das Ende des Messfühlers durch eine Isolierzone herausgeführt wird. Zur axialen Fixierung des Messfühlers besitzt der Messfühler auf dem Überrohr eine oder mehrere Klemmhülsen.
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Eine Klemmhülse kann zum Beispiel als dichtender Anschlag mittels Lot auf dem Überrohr fixiert sein und kann sich dichtend in einem Dichtsitz am ersten oder vorzugsweise zweiten Führungsabschnitt abstützen. Dadurch wird bei einem Wechsel des Messfühlers gewährleistet, dass die Messspitze nach einem Wechsel wieder in der selben axialen Lage zum Liegen kommt, sofern ein baugleicher Messfühler mit baugleichem Überrohr und gleich angebrachter Klemmhülse verwendet wird. Die Klemmhülse wird vorzugsweise am zweiten Führungsabschnitt in einem konischen oder zylindrischen Dichtsitz mittels Verschraubung dichtend fixiert.
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Dieser zweite Führungsabschnitt ist vorzugsweise über eine Gewindeverbindung nach einer üblichen Gewindenorm mit dem ersten Führungsabschnitt fest koppelbar.
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Das Temperaturerfassungssystem weist in einer weiteren Ausführung außerdem einen am Ende des zweiten Führungsabschnitts eingebrachten Adapter auf, an welchem eine dritte, äußere Führungshülse befestigt werden kann, beispielsweise eine Knickschutzhülse.
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Diese Knickschutzhülse kann einen Schlitz aufweisen, welcher sich über die gesamte Länge der Knickschutzhülse erstreckt. Der Schlitz weist mindestens eine Breite auf, welche eine nach außen geführte Messleitung im Durchmesser übertrifft, sodass die Knickschutzhülse auch nachträglich montiert werden kann, wenn das Temperaturerfassungssystem bereits an einer Messstelle montiert oder eingeschraubt ist.
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Zur Montage der Knickschutzhülse an den zweiten Führungsabschnitt, beispielsweise eine zweite Führungshülse, weist die Knickschutzhülse einen Gewindeabschnitt auf, welcher an oder in den Adapter einbringbar ist und welcher in oder an dem zweiten Führungsabschnitt, beispielsweise der zweiten Führungshülse, vorzugsweise mittels einem Gewinde, befestigt ist.
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Um die Montage Knickschutzhülse als dritter Führungshülse in den Adapter zu vereinfachen, ist der Gewindeabschnitt teilweise freigestellt oder abgeflacht. Hierzu erhält der Adapter in der Knickschutzhülse ebenfalls ein empfangendes Gewinde mit Freistellungen, sodass die Knickschutzhülse bei passender Stellung bis vor den Gewindeauslauf eingebracht werden kann, ohne dass diese vorher in Gewindeeingriff oder Drehung versetzt werden muss. Befindet sich die Gewindeorientierung der Knickschutzhülse dann in passender Stellung zu dem freigestellten Gewinde des Adapters, sind dann mit wenig Drehung der Teile zueinander mehrere Gewindegänge zueinander in Eingriff bringbar.
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Hierzu ist das Gewinde der Knickschutzhülse zum Beispiel quadratisch abgeflacht und der aufnehmende Gewindeabschnitt des Adapters quadratisch freigestellt, wobei die Freistellung maßlich größer, d. h. mit Übermaß zu dem quadratisch abgeflachten Gewindeabschnitt der geschlitzten Knickschutzhülse gestaltet ist.
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An der geschlitzten Knickschutzhülse ist des Weiteren eine Riffelung oder Rändelung angebracht, die ein Einbringen und anziehen von Hand ermöglicht, alternativ sind Abflachungen angebracht, um die geschlitzte Knickschutzhülse mit Hilfe eines an der Abflachung angebrachten Werkzeugs festzuziehen.
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Die Sondenleitung, die durch die Führungsabschnitte, wie beispielsweise Führungshülsen, geführt wird, umfasst vorzugsweise ein gezogenes Edelstahl-Rohr, welches die Sondendrähte in verdichtetem Aluminiumoxyd oder Magnesiumoxyd oder eines bestimmten Keramikoxyds in der Mitte fasst und nach außen hin isoliert.
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An einem Ende der Sondenleitung kann zur elektrischen Kontaktierung mittels eines Adapters direkt ein Stecker montiert sein, wobei die Mineralisolierung dann mittels Verguss gekapselt wird. Die Sondenleitung wird durch die Knickschutzhülse besonders gegen Abknicken geschützt, wobei die nachträgliche Montage der Knickschutzhülse nach dem Aufbringen einer Isolationsschicht auf den Messraum besonders einfach und schnell möglich ist. Ebenso kann bei Revisionsarbeiten die Knickschutzhülse besonders schnell und einfach demontiert werden, da diese geschlitzt ist, und nicht komplett von der Sondenleitung abgezogen werden muss.
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Werden Messfühler mit gleicher Länge montiert, ist ein schnelles und einfaches Auswechseln möglich, wobei eine zuverlässige Abdichtung und eine wiederholbar korrekte Lage der Sondenspitze gewährleistet werden.
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Es zeigen:
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1A eine Prinzipansicht der Erfindung mit Einbaulage an einer Brenneranlage
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1B eine Prinzipansicht der Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung
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2 die Knickschutzhülse mit Adapter
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3A, 3B, 3C die Knickschutzhülse und Adapter in verschiedenen Ansichten
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4 Knickschutzhülse und Adapter montiert als Schnitt
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5 Knickschutzhülse und Adapter montiert auf die Führungshülse
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6 Knickschutzhülse und Adapter mit verschiedenen Anschlüssen
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1 zeigt eine Prinzipansicht und zeigt das Temperaturerfassungssystem mit vorne offenem und gekrümmten ersten Führungsabschnitt 3, wobei der Fühler 1 zum Beispiel in eine heiße Gaszone 7 eingebracht werden kann indem er in das gekrümmte Führungsrohr 3 eingeschoben wird und dann in einem Flansch 4 dichtend fixiert wird.
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Das Führungsrohr ist hierbei mittels einer Platte 8 an einen Flanschabschnitt 4 montiert, welcher einen weiteren Führungsabschnitt 4.1 und einen Dichtsitz 4.2 aufweist. Im Dichtsitz wird die am Fühler 1 aufgelötete Klemmhülse 9 mittels Verschraubung – zum Beispiel durch Hülse 6 – dichtend fixiert. Die Klemmhülse wird entweder wie hier gezeigt mit Lot (schwarz dargestellt) auf dem Fühler dichtend fixiert, kann aber auch durch andere Verfahren wie Schweissen oder Verpressen auf dem Fühler fixiert werden. Für die dichtende Verschraubung kann ein Zwischenadapter oder direkt die Knickschutzhülse 6 verwendet werden. Dadurch wird der Fühler 2 mit seiner Fühlerspitze 1.2/2.2 korrekt in der Länge nach vorne z. B. an einer Flamme 7 eines Brenners 15 positioniert. Hierzu weist das erste Führungsrohr 3 vorzugsweise eine Krümmung 3.1 auf welche bei Einschieben des Fühlers auch den Fühler an einer vorderen Stelle 1.3 krümmt und so zur heissen Zone 7 hinführt.
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Insbesondere nach Anbringung der Isolation 11 kann des Weiteren die Knickschutzhülse 6 mit oder ohne Adapter als weiterer Sondenschutz montiert werden. Dadurch kann auch schon vorher vorteilhaft auf das Sondenende 2.4 ein Stecker 10 montiert werden. Hierzu werden die zwei Leiter 2.1 am Ende der mit Mineral 12 isolierten Sonde 1.4 mit Kontakten 13 des Steckers 10 verbunden welcher mittels eines Adapters 10.1 auf dem Sondenende fixiert ist.
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1B zeigt eine Prinzipansicht und zeigt das Temperaturerfassungssystem mit den 3 Hülsenabschnitten. Die erste Führungshülse ist hierbei ein zum Prozess hin verschlossenes Schutzrohr, welches z. B. in den heißen Prozess oder in eine Gasturbine hineinragt. Das Schutzrohr 3 nimmt hierbei die Temperatursonde 1 mit der nach außen führenden Sondenleitung 3 auf. Die zweite Führungshülse 4, auch als Halsrohr bezeichnet, führt die Sondenleitung 2 durch die Isolationszone nach außen.
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Die Sondenleitung 2 wird aus der zweiten Führungshülse 4 mittels einem Abknickschutzrohr 5.1 und durch die Abstandshülse 5.2 sowie durch eine Klemmhülse 5.3 in den freien Außenraum geführt. Im Bereich des Übergangs zum Außenraum kann nun der Adapter 5 montiert werden, welcher mittels der Abstandshülse 5.2 sowie mittels der Klemmhülse 5.3 die Sonde im ersten und zweiten Führungsabschnitt fixiert.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des dritten Hülsenabschnitts mit dem Adapter, gut erkennbar sind hierbei die Gewindeabflachungen 9 am Gewinde 8 sowie die Ausnehmungen 10 des Adapters, durch welche die freistehenden Gewindeabschnitte zum Grund des Adapters geführt werden können.
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3A zeigt den Adapter 5 in Seitenansicht und Draufsicht mit Darstellung von Gewinde-Aufnahme und Ausnehmungen 10 sowie freigestellten Eckbereichen 11.
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3A zeigt den dritten Hülsen-/Führungsabschnitt 6 in Seitenansicht und Draufsicht mit Darstellung von Schlitz 7 und Gewinde 8 sowie Abflachung 9.
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4 zeigt den Adapter und dritten Führungsabschnitt in gemeinsamer Schnittdarstellung.
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5 zeigt den Adapter und dritten Führungsabschnitt an der zweiten Führungshülse 4.
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6A–C zeigen eine Ausgestaltung der Gewinde-Ausnehmungen am Adapter, welche gleichförmige Gewindeabflachungen an der dritten Führungshülse aufnehmen können. 6A zeigt eine rechteckige oder parallelogrammartige Ausnehmung, jedoch sind auch dreieckige oder mehreckige Ausnehmungen denkbar. 6B zeigt eine Ausnehmung mit einer Orientierungsnasenausnehmung 20, welche eine Ausrichtung über einen entsprechenden Formabschnitt an der dritten Führungshülse orientierend aufnehmen kann. 6C zeigt eine elliptische Gewindeausnehmung.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden.
