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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Abstützelement zur vibrationsgedämpften koaxialen Zentrierung eines Innenleiters in einem Außenleiter. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Koaxialleiter mit dem Innenleiter, dem Außenleiter und dem Abstützelement sowie ein Füllstandmessgerät mit dem Koaxialleiter.
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Hintergrund der Erfindung
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In einem koaxialen System wie einem Koaxialleiter muss der Innenleiter genau zentrisch koaxial zu dem Außenleiter gelagert sein. Hierzu ist es üblich, den Raum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter mit einem Dielektrikum zu füllen und somit die Lage des Innenleiters zu fixieren. Oftmals ist jedoch ein Dielektrikum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter nicht erwünscht. Dann kommen oftmals Stützscheiben oder Ähnliches zum Einsatz, welche die Zentrierung übernehmen. In diesem Zusammenhang ist aus der
DE 10 2011 009 385 A1 der Anmelderin ein Abstandshalter zur Zentrierung eines Innenleiters in einem Außenleiter eines Koaxialleiters bekannt. Der Abstandshalter ist im Wesentlichen plattenförmig mit einer den Innenleiter aufnehmenden zentrischen Öffnung und einer an der Innenwand des Außenleiters anliegenden Abstützstruktur ausgebildet. Als Abstützstruktur ist ein an der Innenwand des Rohrs anliegender Außenring vorgesehen, wobei zur Bildung der zentrischen Öffnung wenigstens zwei auf dem Umfang des Innenleiters beabstandet verteilte Ringsegmente vorgesehen sind, die jeweils über speichenartige Stege mit dem Außenring verbunden sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abstützelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche zum einen in einem Koaxialleiter eine möglichst geringe Störstelle darstellt und zum anderen aus mechanischer Sicht bei Vibrationen des gesamten Systems verbesserte dämpfende Eigenschaften aufweist und somit hilft, Resonanzbrüche zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Das erfindungsgemäße Abstützelement insbesondere eines Füllstandmessgeräts zur insbesondere vibrationsgedämpften koaxialen Zentrierung eines Innenleiters in einem Außenleiter umfasst eine erste Stützscheibe und eine zweite Stützscheibe zum Stützen des Außenleiters und zur Durchführung des Innenleiters sowie ein Verbindungselement. Die erste Stützscheibe und die zweite Stützscheibe sind axial versetzt zueinander angeordnet, weisen jeweils eine Öffnung zur berührungslosen Durchführung des Innenleiters auf und umfassen jeweils einen Außenring zur Abstützung des Außenleiters. Das Verbindungselement verbindet die erste Stützscheibe mit der zweiten Stützscheibe und weist ein Zentrierelement zur abstützenden koaxialen Führung des Innenleiters auf.
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Unter „axial versetzt zueinander angeordnet” kann insbesondere verstanden werden, dass die Abstützelemente bezogen auf eine axiale Richtung bzw. eine Längsachse des Abstützelements nicht aneinander liegen, sondern voneinander beabstandet sind. Insbesondere können die Stützscheiben auch axial versetzt zu dem Zentrierelement angeordnet sein, wodurch eine federnde Abstützung des Innenleiters innerhalb des Außenleiters ermöglicht wird. Unter „berührungsloser Durchführung des Innenleiters” kann insbesondere verstanden werden, dass die Öffnung einen größeren Durchmesser aufweist als der Innenleiter. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Innenleiter mit Abstand zu den Außenringen der Stützscheiben durch die Außenringe geführt wird. Unter „Abstützung des Außenleiters” kann insbesondere verstanden werden, dass ein Bereich einer inneren Umfangsfläche des Außenleiters auf jeweils einer äußeren Umfangsfläche der Außenringe aufliegen kann. Unter der „abstützenden koaxialen Führung des Innenleiters” kann insbesondere verstanden werden, dass ein Bereich einer äußeren Oberfläche des Innenleiters auf einer inneren Oberfläche des Zentrierelements aufliegen kann, wobei der Innenleiter koaxial zentriert innerhalb des Außenleiters gelagert ist. Weiterhin ist mit der Verbindung zwischen den Stützscheiben durch das Verbindungselement eine strukturelle bzw. materielle Verbindung gemeint, z. B. indem das Verbindungselement einteilig oder mehrteilig beidseitig mit den Stützelementen verbunden ist, wobei das Verbindungselement bevorzugt in radialer Richtung des Abstützelements eine geringere Ausdehnung aufweist als die Stützscheiben. Ferner können beispielsweise auch drei Stützscheiben und zwei Verbindungselemente bzw. jeweils eine Stützscheibe mehr als Verbindungselemente vorgesehen sein, wobei jeweils ein Verbindungselement innerhalb zweier benachbarter Stützscheiben angeordnet ist.
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Im Bereich des Innenleiters verlaufen die Feldlinien typischerweise besonders dicht. In diesem Bereich befindet sich lediglich das Zentrierelement des Verbindungselements, wohingegen die Außenringe der Stützscheiben von dem Innenleiter radial beabstandet und folglich in einem Bereich mit relativ geringer Feldliniendichte angeordnet sein können. Auf diese Weise kann besonders wenig Material in Bereichen hoher Feldliniendichte (in der näheren radialen Umgebung des Innenleiters) angeordnet werden, wodurch ein Übergang von Material auf Luft räumlich vorteilhaft verteilt und somit in seiner elektrischen Wirkung stark abgeschwächt werden kann. Dadurch kann ebenfalls eine mit dem Übergang von Material auf Luft einhergehende Diskontinuität abgeschwächt werden. Die Abstützung des Außenleiters kann somit durch die beiden Außenringe und die Abstützung des Innenleiters durch das Verbindungselement erfolgen. Das Verbindungselement verbindet die axial voneinander beabstandeten Stützscheiben bzw. deren Außenringe miteinander und ist zwischen den Außenringen angeordnet. Durch diese Anordnung von Außenringen und Verbindungselement entsteht eine Elastizität zwischen den genannten Komponenten des Abstützelements. Das Verbindungselement kann sich sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung des Abstützelements bzw. des Koaxialleiters elastisch bewegen und auf diese Weise Erschütterungen bzw. Vibrationen des Koaxialleiters kompensieren, so dass eine dauerhafte und erschütterungsresistente koaxiale Lagerung bzw. Abstützung des Innenleiters in dem Außenleiter ermöglicht wird.
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Mit anderen Worten befindet sich dort, wo Feldlinien sehr dicht verlaufen, besonders wenig Material des Abstützelements. Dort, wo die Feldlinien weniger dicht verlaufen, befindet sich mehr Material des Abstützelements. Durch diese Materialverteilung tritt das Abstützelement zum einen elektrisch fast nicht in Erscheinung und eine mechanische Schwingungen abfedernde Wirkung entsteht dadurch automatisch, sozusagen als „Dreingabe”. Die erste Stützscheibe und die zweite Stützscheibe können insbesondere den gleichen Außendurchmesser und den gleichen Innendurchmesser aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der ersten Stützscheibe und der zweiten Stützscheibe um Gleichteile bzw. identische Elemente des Abstützelements handeln.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Zentrierelement zwei Ringsegmente zur abstützenden koaxialen Führung des Innenleiters, wobei die Ringsegmente jeweils über Stege mit der ersten Stützscheibe und mit der zweiten Stützscheibe verbunden sind. Die Ringsegmente befinden sich bevorzugt in axialer Richtung des Abstützelements zwischen der ersten Stützscheibe und der zweiten Stützscheibe. Die Stege stützen die Ringsegmente und können dazu radial schräg verlaufen. Insbesondere können die Stege speichenartig ausgeführt sein. Die Stege können sich beispielsweise von einem Innenumfang einer der Außenringe bis zu einem Außenumfang eines der Ringsegmente erstrecken und dabei sowohl in radialer als auch in axialer Richtung des Abstützelements verlaufen. Durch die Ringsegmente und die Stege wird besonders wenig Material verbaut, wodurch der Übergang von Material auf Luft in seiner elektrischen Wirkung besonders stark abgeschwächt und die Elastizität zwischen den Außenringen und dem Zentrierelement bzw. dessen Ringsegmenten besonders hoch ist.
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Weiterhin können die Ringsegmente jeweils durch zwei Stege mit der ersten Stützscheibe und durch zwei Stege mit der zweiten Stützscheibe verbunden sein, wodurch die Verbindung zwischen den Ringsegmenten und den Stützscheiben bzw. deren Außenringen bei erhöhter Elastizität gleichzeitig besonders stabil und haltbar ist. Alternativ können auch mehr als die vier genannten Stege, insbesondere eine Mehrzahl relativ dünner Stege, vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform konvergieren die vier Stege, welche jeweils eines der Ringsegmente mit den Stützscheiben verbinden, in Richtung des jeweiligen Ringsegments. Durch die konvergierende, radial schräge Anordnung der Stege können die Stege besonders vorteilhaft wie eine Stabfeder wirken und auch bei starken Vibrationen eine dauerhafte koaxiale Führung des Innenleiters innerhalb des Außenleiters gewährleisten.
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Das Abstützelement kann außerdem einteilig ausgeführt sein, wodurch insbesondere dessen Stabilität bei gleichzeitig vorliegender elastischer Lagerungsmöglichkeit des Innenleiters besonders hoch ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Abstützelement aus einem geschäumten Material mit einer geringen relativen Dielektrizitätskonstante, insbesondere kleiner als 2,5. Besonders bevorzugt besteht das Abstützelement aus Polyetheretherketon (PEEK). PEEK ist ein besonders stabiles Kunststoffmaterial mit einer hohen Festigkeit über einen großen Temperaturbereich und chemischer Beständigkeit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Koaxialleiter einen Innenleiter und einen Außenleiter, welcher den Innenleiter koaxial umgibt, sowie ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Abstützelement. Dabei ist der Innenleiter durch das Zentrierelement geführt und wird von diesem abstützend koaxial innerhalb des Außenleiters geführt. Ein Hohlraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter kann zusätzlich zumindest teilweise mit einem Dielektrikum gefüllt sein, wodurch der Übergang hochfrequenztechnisch stark abgeschwächt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Innenleiter wenigstens eine sich entlang seines äußeren Umfangs verlaufende und mit zwei Innenflächen des Zentrierelements des Abstützelements korrespondierende erste Aussparung aufweisen. Sofern eine einzige Aussparung vorgesehen ist, kann diese entlang des vollen Umfangs des Innenleiters verlaufen. Sofern zwei Aussparungen vorgesehen sind, können diese sich um die gleichen Winkelbereiche entlang des Umfangs des Innenleiters verlaufen wie die Ringsegmente des Abstützelements. Die Maße der Aussparungen und der Innenflächen des Zentrierelements können insbesondere derart aufeinander abgestimmt sein, dass das Abstützelement in Längsrichtung (bei Vorsehen einer einzigen vollumfänglich verlaufenden Aussparung) und/oder Umfangsrichtung (bei Vorsehen zweier um den Umfang verteilter Aussparungen) des Innenleiters auf dem Innenleiter einrasten kann und auf diese Weise lösbar befestigt ist. Dadurch kann die axiale und/oder umfängliche Ausrichtung und Montage des Abstützelements auf dem Innenleiter in einer vorgesehenen Position vereinfacht werden, wobei ein sicherer Halt in dieser Position ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine erste Aussparung innerhalb einer sich entlang des äußeren Umfangs des Innenleiters verlaufenden zweiten Aussparung angeordnet. Die Aussparungen können insbesondere stufenförmig auf dem äußeren Umfang des Innenleiters ausgebildet sein, wobei die wenigstens eine erste Aussparung eine innere Stufe ausbildet, welche radial weiter innen angeordnet ist als eine durch die zweite Aussparung gebildete äußere Stufe. Die wenigstens eine erste Aussparung und die zweite Aussparung sind derart dimensioniert und angeordnet, dass eine relativ niederohmige Impedanz ausgeglichen werden kann, welche dadurch hervorgerufen werden kann, dass das Abstützelement eine höhere relative Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) aufweist als die Luft zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann ein Füllstandmessgerät einen vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Koaxialleiter umfassen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine Längsschnitt-Darstellung durch einen Koaxialleiter mit einem Abstützelement,
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2 eine perspektivische Ansicht des Abstützelements nach 1,
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3 eine Seitenansicht des Abstützelements nach 1,
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4 eine Vorderansicht des Abstützelements nach 1,
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5 eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Abstützelement nach 1.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt einen Koaxialleiter 1 mit einem Innenleiter 2 und einem Außenleiter 3, welcher den Innenleiter 2 koaxial umgibt. Ein Abstützelement 4 zentriert den Innenleiter 2 vibrationsgedämpft und koaxial innerhalb des Außenleiters 3. Ein Zwischenraum 5 zwischen dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter 3 kann zumindest teilweise mit einem Dielektrikum gefüllt sein. Der Koaxialleiter 1 kann einen Bestandteil eines nicht gezeigten Füllstandmessgeräts bilden.
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Wie besonders gut aus 2 bis 5 ersichtlich, umfasst das einstückig aus PEEK gefertigte Abstützelement 4 eine erste ringförmige Stützscheibe 6, eine zweite ringförmige Stützscheibe 7 sowie ein Verbindungselement 8, welches aus zwei einander gegenüberliegenden gleichen Abschnitten besteht. Die Stützscheiben 6 und 7 umfassen jeweils einen Außenring 9 und 10, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl den gleichen Außendurchmesser als auch den gleichen Innendurchmesser aufweisen und den Außenleiter 3 gegenüber dem Innenleiter 2 abstützen bzw. auf definiertem Abstand zu dem Innenleiter 2 halten. Die gleichen Durchmesser, insbesondere die gleichen Innendurchmesser, sind nicht jedoch nicht zwingend und können, sofern dies insbesondere aus mechanischer Sicht sinnvoll ist, unterschiedlich groß sein. Ein Ausgleich könnte dann z. B. über eine äußere Eindrehung am Innenleiter erfolgen. Der Innenleiter 2 ist – ohne die Stützscheiben 6 und 7 zu berühren – durch jeweils eine zentrale Öffnung 11 der Stützscheiben 6 und 7 geführt, wobei der Innendurchmesser der Außenringe 9 und 10 größer ist als der Außendurchmesser des Innenleiters 2 im Bereich der Außenringe 9 und 10.
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Die Stützscheiben 6 und 7 bzw. deren Außenringe 9 und 10 sind in einer axialen Richtung bzw. einer Längsrichtung L des Abstützelements 4 axial versetzt, d. h. beabstandet zueinander angeordnet. Die Längsrichtung L des Abstützelements 4 stimmt mit der Längsachse L des Koaxialleiters 1 überein (1). Das Verbindungselement 8 verbindet die erste Stützscheibe 6 mit der zweiten Stützscheibe 7 bzw. den ersten Außenring 9 mit dem zweiten Außenring 10. Der Innenleiter 2 ist durch ein Zentrierelement 12 des Verbindungselements 8 geführt, wobei das Zentrierelement 12 den Innenleiter 2 gegenüber dem Außenleiter 3 abstützt und koaxial zentriert.
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Das Zentrierelement 12 umfasst ein erstes Ringsegment 13 und ein zweites Ringsegment 14, deren einander gegenüberliegende Innenflächen 15 und 16 bündig an einer äußeren Oberfläche 17 des Innenleiters 2 anliegen. Bezugnehmend auf 1 weist der Innenleiter 2 an seiner äußeren Oberfläche 17 zwei sich entlang seines äußeren Umfangs verlaufende und mit den Innenflächen 15 und 16 des Zentrierelements 12 des Abstützelements 8 korrespondierende erste Aussparungen 17.1 und 17.2 auf. Die Maße der ersten Aussparungen 17.1 und 17.2 und der Innenflächen 15 und 16 sind derart aufeinander abgestimmt, dass das Abstützelement 4 in Längsrichtung L und Umfangsrichtung des Innenleiters 2 auf dem Innenleiter 2 eingerastet und auf diese Weise gegen radiales und axiales Verrutschen gesichert, lösbar befestigt ist. Alternativ kann auch eine einzige, um den gesamten Umfang der äußeren Oberfläche 17 des Innenleiters 2 verlaufende Aussparung vorgesehen sein.
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Die ersten Aussparungen 17.1 und 17.2 sind innerhalb einer sich entlang des äußeren Umfangs bzw. der äußeren Oberfläche 17 des Innenleiters 2 verlaufenden zweiten Aussparung 17.3 angeordnet. Die Aussparungen 17.1, 17.2 und 17.3 sind dabei stufenförmig auf dem äußeren Umfang 17 des Innenleiters 2 ausgebildet, wobei die ersten Aussparungen 17.1 und 17.2 eine innere Stufe ausbilden, welche radial weiter innen angeordnet ist als eine durch die zweite Aussparung 17.3 gebildete äußere Stufe. Die ersten Aussparungen 17.1 und 17.2 sowie die zweite Aussparung 17.3 sind derart dimensioniert und angeordnet, dass eine relativ niederohmige Impedanz ausgeglichen werden kann, welche dadurch hervorgerufen wird, dass das Abstützelement 4 eine höhere relative Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) aufweist als die Luft zwischen dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter 3.
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Die Ringsegmente 13 und 14 sind weiterhin über Stege 18 bis 21 bzw. 22 bis 25 jeweils sowohl mit dem ersten Außenring 9 als auch mit dem zweiten Außenring 10 verbunden. Die Stege 18 bis 25 sind derart angeordnet, dass sie eine gewisse Flexibilität hinsichtlich der Lagerung des Innenleiters 2 gewährleisten, so dass Vibrationen des Koaxialleiters 1 gedämpft werden können.
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Das in 4 oben dargestellte erste Ringsegment 13 ist einteilig mit vier schräg radial verlaufenden Stegen 18 bis 21 verbunden, wobei wiederum zwei der Stege 18 und 19 einteilig mit dem ersten Außenring 9 verbunden sind und die zwei anderen Stege 20 und 21 einteilig mit dem zweiten Außenring 10 verbunden sind. Somit bilden der erste Steg 18 und der zweite Steg 19 ein erstes Paar Stege, wobei das erste Paar Stege das Ringsegment 13 mit dem ersten Außenring 9 verbindet, wohingegen der dritte Steg 20 und der vierte Steg 21 ein zweites Paar Stege bilden, wobei das zweite Paar Stege das Ringsegment 13 mit dem zweiten Außenring 10 verbindet. Der erste Steg 18 und der zweite Steg 19 konvergieren in Richtung des ersten Ringsegments 13 und divergieren in Richtung des ersten Außenrings 9, wohingegen der dritte Steg 20 und der vierte Steg 21 ebenfalls in Richtung des ersten Ringsegments 13 konvergieren, jedoch in Richtung des zweiten Außenrings 10 divergieren. Der erste Steg 18 und der dritte Steg 20 konvergieren in Richtung des ersten Ringsegments 13 und bilden zwischen sich eine Kerbe 26 aus, welche an einem Übergang zwischen den konvergierenden Stegen 18, 20 und dem ersten Ringsegment 13 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise konvergieren der zweite Steg 19 und der vierte Steg 21 in Richtung des ersten Ringsegments 13 und bilden zwischen sich eine Kerbe 27 aus, welche an einem Übergang zwischen den konvergierenden Stegen 18, 20 und dem ersten Ringsegment 13 angeordnet ist.
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Auf ähnliche Weise ist das in 4 unten dargestellte zweite Ringsegment 14 einteilig mit vier schräg radial verlaufenden Stegen 22 bis 25 verbunden, wobei wiederum zwei der Stege 22 und 23 einteilig mit dem ersten Außenring 9 verbunden sind und die zwei anderen Stege 24 und 25 einteilig mit dem zweiten Außenring 10 verbunden sind. Somit bilden der fünfte Steg 22 und der sechste Steg 23 ein drittes Paar Stege, wobei das dritte Paar Stege das zweite Ringsegment 14 mit dem ersten Außenring 9 verbindet, wohingegen der siebte Steg 24 und der achte Steg 25 ein viertes Paar Stege bilden, wobei das vierte Paar Stege das zweite Ringsegment 14 mit dem zweiten Außenring 10 verbindet. Der fünfte Steg 22 und der sechste Steg 23 konvergieren in Richtung des zweiten Ringsegments 14 und divergieren in Richtung des ersten Außenrings 9, wohingegen der siebte Steg 24 und der achte Steg 25 ebenfalls in Richtung des zweiten Ringsegments 14 konvergieren, jedoch in Richtung des zweiten Außenrings 10 divergieren. Der fünfte Steg 22 und der siebte Steg 24 konvergieren in Richtung des zweiten Ringsegments 14 und bilden zwischen sich eine Kerbe 28 aus, welche an einem Übergang zwischen den konvergierenden Stegen 22, 24 und dem zweiten Ringsegment 13 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise konvergieren der sechste Steg 23 und der achte Steg 25 in Richtung des zweiten Ringsegments 14 und bilden zwischen sich eine Kerbe 29 aus, welche an einem Übergang zwischen den konvergierenden Stegen 23 und 25 sowie dem zweiten Ringsegment 14 angeordnet ist.
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Weiterhin sind an den Außenringen 9 und 10 eine Aussparung 30 und 31 zur Ausrichtung bzw. Verdrehsicherung des Abstützelements 4 gegenüber dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter 3 angeordnet, wobei ein mit den weiteren Aussparungen 30 und 31 korrespondierendes Eingreifelement (nicht gezeigt) z. B. des Außenleiters in die weiteren Aussparungen 30 und 31 eingreifen kann, um eine formschlüssige Ausrichtung bzw. Verdrehsicherung des Abstützelements 4 innerhalb des Außenleiters 3 zu schaffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011009385 A1 [0002]
