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Die Erfindung betrifft eine Einschaltwiderstandsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
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Einschaltwiderstände werden bei Leistungsschaltern im Hochspannungsbereich eingesetzt, um z.B. Spannungsspitzen beim Zuschalten sehr langer Freileitungen zu verhindern. Solche Einschaltwiderstände sind beispielsweise aus der Produktbroschüre „Hochspannungs-Leistungsschalter“, Siemens AG 2012, Bestellnummer E50001-G630-A211, auf Seite 8 als AP3- und AP5-Zusatzgeräte für Hochspannungsleistungsschalter beschrieben. Bei bekannten Bauformen für Einschaltwiderstände wird ein Porzellanisolator als Mantel eingesetzt, in dem zwei Stapel von Widerstandselementen in einer Flucht angeordnet sind. Es kann jedoch auch ein Metallgehäuse eingesetzt werden, insbesondere wenn ein Schutzgas wie Schwefelhexafluorid verwendet wird, um die Spannungsfestigkeit zu steigern. Jeder Stapel mit Widerständen wird durch ein Spannrohr mechanisch stabilisiert, was jedoch die Wärmeabfuhr im Betrieb einschränkt. Zwischen den beiden Stapeln befindet sich eine Schaltstrecke mit einem Kontaktsystem, wobei das Rohr die Schaltstrecke nicht überspannt. Das Kontaktsystem kann mechanisch angetrieben und von außerhalb des Einschaltwiderstands mit einem Kontaktstift geschlossen werden.
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Ein Einschaltwiderstand der eingangs erläuterten Bauweise mit zwei Widerstandsstapeln ist beispielsweise aus dem Lehrbuch „Schaltgeräte - Grundlagen, Aufbau, Wirkungsweise“ von Manfred Lindmayer, Springer Verlag, 1987, ISBN 3-540-16706-4, von Seite 210 bekannt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 217 310 A1 ist ein Überspannungsableiter mit drei Säulen von elktrischen Widerständen bekannt, wobei jede Säule einzeln durch eine Käfig aus Stäben stabilisiert wird.
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An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einschaltwiderstandsanordnung anzugeben, die vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen ist, dabei eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit aufweist und gleichzeitig eine vergleichsweise verbesserte Wärmeabfuhr von den Widerstandselementen gewährleistet.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Einschaltwiderstandsanordnung mit einer ersten Widerstandssäule, an der eine erste Kontaktvorrichtung angeordnet ist, und einer zweiten Kontaktvorrichtung, wobei die beiden Kontaktvorrichtungen zueinander ausgerichtet angeordnet und durch eine Trennstrecke beabstandet sind, ein erstes Stabilisierungsmittel die erste Widerstandssäule und die beiden Kontaktvorrichtungen in ihrer Ausrichtung zueinander stabilisiert, wobei
- - das erste Stabilisierungsmittel mehrere Stäbe aufweist, die einen ersten Führungskäfig für die erste Widerstandssäule und die beiden Kontaktvorrichtungen bilden, und dass
- - die erste Widerstandssäule von einem zweiten Stabilisierungsmittel umfasst ist, und dass
- - das zweite Stabilisierungsmittel mehrere Zusatzstäbe aufweist, die einen zweiten Führungskäfig für die erste Widerstandssäule bilden.
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Zueinander ausgerichtet bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die beiden Kontaktvorrichtungen derart angeordnet sind, dass zwischen Ihnen eine Schaltstrecke bzw. Trennstrecke ausgebildet ist. Im Einfachsten Fall liegen sich beide Kontaktanordnungen in einer Flucht gegenüber. Beispielsweise können die Kontaktvorrichtungen und die Trennstrecke in einer Flucht mit der Widerstandssäule angeordnet sein. Es kann beispielsweise jedoch auch eine Schaltstrecke durch die beiden Kontaktvorrichtungen ausgebildet werden, die außerhalb der Flucht der Widerstandssäule, also nicht axial zur Widerstandssäule, angeordnet ist. Beispielsweise kann das erste Stabilisierungsmittel die Widerstandssäule umfassen und an dem ersten Stabilisierungsmittel, d.h. außerhalb der Umfassung, die Trennstrecke mit den Kontaktvorrichtungen angeordnet werden.
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Bei der Erfindung wird folglich die Schaltstrecke vom ersten Stabilisierungsmittel überspannt, was die Biegesteifigkeit verbessert. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Einschaltwiderstandsanordnung an nur einer Seite, z.B. der Seite der ersten Widerstandssäule, fest zu montieren und sämtliche Biegekräfte, die durch das freie, nicht fest montierte Ende entstehen, aufzunehmen. Dabei bedeutet eine feste Montage beispielsweise die Anbringung an einem elektrischen Betriebsmittel wie einem Leistungsschalter oder an einer Wand.
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Ferner beschrieben ist eine Einschaltwiderstandsanordnung, in welcher das erste Stabilisierungsmittel ein Rohr aufweist, in dem die erste Widerstandssäule und die beiden Kontaktvorrichtungen festgelegt werden. Dies ist ein Vorteil, weil der Einsatz eines einzigen Rohres zur Stabilisierung der Einschaltwiderstandsanordnung einfach und kostengünstig ist.
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In einer erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist das erste Stabilisierungsmittel mehrere Stäbe auf, die einen ersten Führungskäfig für die erste Widerstandssäule und die beiden Kontaktvorrichtungen bilden. Stäbe im Sinne der Erfindung sind alle länglichen Körper mit hoher Biegesteifigkeit, die elektrisch nicht leitend sind. Ein Stab muss keinen runden Querschnitt aufweisen, sondern könnte beispielsweise auch elliptisch, rechteckig oder dreieckig ausgebildet sein. Ein solcher Führungskäfig ist vorteilhaft, weil er einerseits eine hohe Biegesteifigkeit ermöglicht. Auf diese Weise können besonders lange Widerstandssäulen gebildet werden, ohne dass es zu einer Instabilität kommt, die beispielsweise die Ausrichtung der Kontaktvorrichtungen zueinander und damit letztlich die Funktionsweise des Einschaltwiderstands stören könnte. Andererseits ist der Einsatz der Stäbe material- und stark kostensparend (im Vergleich zu einem Rohr) und bietet den weiteren Vorteil, dass im Betrieb des Einschaltwiderstands anfallende Wärme durch das vergleichsweise offene Design in Käfigbauweise effizient abgeführt werden kann. Die eingesetzten Widerstandselemente sind in ihrem elektrischen Widerstand abhängig von der Temperatur, so dass es vorteilhaft ist, entstehende Wärme möglichst schnell abzuführen. Ein weiterer Vorteil ist es, dass diese Bauweise mit nur einem Käfig zur Stabilisierung des gesamten Einschaltwiderstands vergleichsweise leicht ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist die erste Widerstandssäule an jedem ihrer Enden eine Haltevorrichtung aufweist, wobei die Stäbe zwischen den Haltevorrichtungen derart verspannt sind, dass sie die Widerstandssäule in axialer Richtung zusammendrücken. Dies ist ein Vorteil, weil die Widerstandssäule, die in der Regel aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen Widerstandselementen besteht, zusammengedrückt und so mechanisch stabilisiert wird. Außerdem wird ein guter elektrischer Kontakt der Widerstandselemente sicher gestellt. Die Befestigung der Stäbe an den Haltevorrichtungen kann beispielsweise durch Aufpressen der Haltevorrichtung, das so genannte Crimpen, erfolgen. In einem solchen Fall kann eine Hydraulikpresse verwendet werden, um z.B. acht Presspacken von außen auf eine scheibenförmige Haltevorrichtung aufzusetzen und die Haltevorrichtung derart zusammenzudrücken, dass die vorher locker in vorgebohrte Löcher eingelegten Stäbe festgelegt werden. Die verspannte Widerstandssäule weist dann eine hohe Zugbelastbarkeit auf. Eine andere Möglichkeit zum Verbinden von Haltevorrichtung und Stäben besteht darin, konische Verspannhülsen zum Festklemmen der Stäbe einzusetzen. Solche Verspannhülsen sind aus den Druckschriften
EP 1 206 820 B1 und
WO 2010/ 086 231 A1 bekannt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist die erste Widerstandssäule mindestens eine weitere Haltevorrichtung auf, an der die Stäbe in axialer Richtung gleitend gelagert sind. Dies ist ein Vorteil, weil die weitere Haltevorrichtung den Stapel aus Widerstandselementen mit den Stäben verbindet und somit für eine verbesserte Stabilität sorgt. Damit beim Verspannen der ersten Widerstandssäule keine ungleichmäßige Zug- oder Druckbelastung auftritt, sind die Stäbe in der weiteren Haltevorrichtung nicht festgelegt, sondern gleitend gelagert.
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In einer erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung ist die erste Widerstandssäule von einem zweiten Stabilisierungsmittel umfasst. Diese Bauform hat den Vorteil, dass einerseits durch die Stäbe eine mechanische Biegefestigkeit der Einschaltwiderstandsanordnung gegeben ist und andererseits das zweite Stabilisierungsmittel die Widerstandssäule noch besser stabilisiert.
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Dabei sind z.B. zwei Bauformen möglich. Es kann das zweite Stabilisierungsmittel so ausgebildet sein, dass es die erste Widerstandssäule außen umfasst, z.B. an ihrer Mantelfläche bzw. nahe an der Oberfläche. Weiter beabstandet von der Oberfläche der ersten Widerstandssäule könnte dann das erste Stabilisierungsmittel angeordnet sein. In diesem Fall wäre das erste Stabilisierungsmittel außen und das zweite Stabilisierungsmittel innen - jeweils in Bezug auf die Widerstandssäule - angeordnet. Es kann jedoch auch die umgekehrte Reihenfolge gewählt werden, so dass das das zweite Stabilisierungsmittel außen und das erste Stabilisierungsmittel innen - jeweils in Bezug auf die Widerstandssäule - angeordnet ist.
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Ferner ist beschrieben, dass das zweite Stabilisierungsmittel ein Rohr aufweist.
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In einer erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist das zweite Stabilisierungsmittel mehrere Zusatzstäbe auf, die einen zweiten Führungskäfig für die erste Widerstandssäule bilden.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist die erste Widerstandssäule an jedem ihrer Enden eine Haltevorrichtung auf, wobei die Zusatzstäbe zwischen den Haltevorrichtungen derart verspannt sind, dass sie die erste Widerstandssäule in axialer Richtung zusammendrücken, und wobei die Stäbe an dem der ersten Kontaktvorrichtung abgewandten Ende der ersten Widerstandssäule in der Haltevorrichtung festgelegt und an allen anderen Haltevorrichtungen in axialer Richtung gleitend gelagert sind. Dies ist ein Vorteil, weil so die Aufgaben der Stäbe und Zusatzstäbe getrennt sind: die Stäbe sorgen für eine hohe Biegesteifigkeit und die Zusatzstäbe pressen die Widerstandssäule zusammen. Hierdurch wird eine besonders hohe Biegesteifigkeit erreicht.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist die erste Widerstandssäule mindestens eine weitere Haltevorrichtung auf. Dies ist ein Vorteil, weil die weitere Haltevorrichtung den Stapel aus Widerstandselemente mit den Stäben verbindet und somit für eine verbesserte Stabilität sorgt. Damit beim Verspannen der ersten Widerstandssäule keine ungleichmäßige Zug- oder Druckbelastung auftritt, sind die Stäbe in der weiteren Haltevorrichtung nicht festgelegt, sondern gleitend gelagert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung ist die zweite Kontaktvorrichtung an einer zweiten Widerstandssäule angeordnet, wobei das erste Stabilisierungsmittel die beiden Kontaktvorrichtungen und die beiden Widerstandssäulen in ihrer Ausrichtung zueinander stabilisiert. Dies ist ein Vorteil, weil durch zwei Widerstandssäulen, die beide jeweils separat verspannt und zusammen gepresst werden, eine einzige überlange Widerstandssäule mit entsprechend hoher Biegebeanspruchung vermieden wird. Auf diese Weise ergibt sich eine geringere mechanische Beanspruchung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung sind mindestens drei Stäbe und/oder mindestens drei Zusatzstäbe mit jeweils gleichem Winkelabstand voneinander vorgesehen. Dies ist vorteilhaft, weil mit drei Stäben ein Herausrutschen der Widerstandselemente aus der Widerstandssäule verhindert werden kann - es ergibt sich ein sicherer Käfig. Gleicher Winkelabstand bedeutet bei drei Stäben z.B., dass bezogen auf einen Querschnitt durch die Widerstandssäule die drei Stäbe jeweils mit einem Abstand von 120° um eine Längsachse durch die Widerstandssäule angeordnet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist jede Haltevorrichtung eine Metallplatte auf. Dies ist ein Vorteil, weil eine Metallplatte einerseits eine hohe mechanische Belastbarkeit und andererseits eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Metallplatte als Aluminiumscheibe ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung besteht jeder Stab und/oder jeder Zusatzstab aus einem Material, das zumindest anteilig einen glasfaserverstärktem Kunststoff aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil Stäbe aus glasfaserverstärktem Kunststoff kostengünstig, biege- und zugfest sowie elektrisch nicht-leitend sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung enthält jede Widerstandssäule Halbleiterwiderstände, die zur Begrenzung eines Einschaltstromes einer Hochspannungsschalteinrichtung ausgebildet sind. Die Halbleiterwiderstände können z.B. als Scheiben aus Aluminiumoxid ausgebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung bildet die Einschaltwiderstandsanordnung mit einer Freileitung einen ohmschen Spannungsteiler aus, so dass nur ein Teil der Betriebsspannung über der Freileitung anliegt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil Spannungsspitzen beim Zuschalten sehr langer Freileitungen verhindert werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung ist die Trennstrecke zwischen den beiden Kontaktvorrichtungen mit einem von außerhalb des Gehäuses antreibbaren Kontaktmittel überbrückbar, um die Einschaltwiderstandsanordnung einzuschalten oder auszuschalten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung weist die Einschaltwiderstandsanordnung ein Gehäuse mit einem Isolator auf. Bevorzugt wird ein Porzellanisolator eingesetzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung wird ein Gehäuse aus Metall eingesetzt. Diese Bauform ist besonders bei Einsatz eines Schutzgases vorteilhaft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung ist das Gehäuse mit einen Schutzgas befüllt. Bevorzugt wird Schwefelhexafluorid eingesetzt.
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Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigt in schematischer Darstellung die
- 1 eine bekannte Einschaltwiderstandsanordnung und
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einschaltwiderstandsanordnung.
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Die 1 zeigt eine bekannte Einschaltwiderstandsanordnung 1 mit einem Gehäuse, das als Porzellanisolator 2 ausgeführt ist. Innerhalb des Porzellanisolators 2 sind zwei Widerstandssäulen 3, 4 angeordnet. Jede der Widerstandssäulen weist eine Vielzahl von Widerstandselementen 6 auf, die scheibenförmig und jeweils mittig mit einem Loch ausgestaltet sind. Durch das Loch in den Widerstandselementen ist jeweils ein Spannrohr 9, 10 zur Verbesserung der mechanischen Stabilität geführt. An der Außenfläche jeder Widerstandssäule 3, 4 ist jeweils ein Stützrohr 7, 8 angeordnet. Die Biegesteifigkeit der bekannten Einschaltwiderstandsanordnung ergibt sich folglich jeweils aus dem Zusammenwirken von Spannrohren 9,10 und Stützrohren 7,8. An den einander zugewandten Enden der Widerstandssäulen 3,4 befinden sich zwei Kontaktvorrichtungen 11, 12, die mit einer Trennstrecke 13 beabstandet sind. Zur Überbrückung der Trennstrecke 13, also zum Ein- oder Ausschalten des Einschaltwiderstandes, ist eine Lanze 5 mit einem Pin vorgesehen, der von außen mechanisch angetrieben durch das Stützrohr hindurch von der Widerstandssäule 4 zur Widerstandssäule 3 beziehungsweise deren Kontaktvorrichtung 11 geschoben werden kann.
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Im Gegensatz dazu weist die in der 2 gezeigte erfindungsgemäße Einschaltwiderstandsanordnung weder ein Stützrohr noch ein Spannrohr auf. Vielmehr wird die mechanische Stabilisierung der einzelnen Widerstandselemente 6 und der gesamten Anordnung mittels Stäben 25-30 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt. In dieser vereinfachten Darstellung sind nicht alle Baugruppen eines Einschaltwiderstandes dargestellt, so sind beispielsweise das Gehäuse und/oder dergleichen nicht dargestellt.
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Es sind eine erste Widerstandssäule 3 und eine zweite Widerstandssäule 4 vorgesehen, die jeweils aus Widerstandselementen 6 und Haltevorrichtungen 31 - 37 bestehen. Die Widerstandssäule 3 weist eine erste Kontaktvorrichtung 11 und die zweite Widerstandssäule 4 eine zweite Kontaktvorrichtung 12 auf. Die Trennstrecke 13 zwischen den beiden Kontaktvorrichtungen 11, 12 kann mittels einer Lanze 5 mit aufgesetztem Pin 21 überbrückt werden, um die Einschaltwiderstandsanordnung einzuschalten. Der Pin ist in eine Öffnung 24 in der ersten Kontaktvorrichtung 11 einschiebbar. Die erste Widerstandssäule 3 weist ein erstes Stabilisierungsmittel auf, das die erste Widerstandssäule 3 in der Flucht der zweiten Widerstandssäule 4 fixiert. Das erste Stabilisierungsmittel wird durch die Stäbe 25, 26 angedeutet. Die Stäbe 25, 26 sind durchgehend über die gesamte Länge der Einschaltwiderstandsanordnung ausgebildet. Sie sind jeweils an den äußersten Enden der Einschaltwiderstandsanordnung positionierten Haltevorrichtungen 31, 37 durch Crimpen bzw. Aufpressen festgelegt. In allen anderen Haltevorrichtungen 32 - 36 sind die beiden Stäbe 25, 26 des ersten Stabilisierungsmittels gleitend gelagert. Die beiden in diesem Querschnitt gezeigten Stäbe 25, 26 bilden mit weiteren, nicht in der Schnittebene liegenden Stäben einen ersten Führungskäfig für die Führung der Widerstandssäulen 3, 4 aus.
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Jede der Widerstandssäulen 3, 4 weist ein zweites Stabilisierungsmittel auf, das die jeweilige Widerstandssäule 3, 4 zusammenpresst. Für die erste Widerstandssäule 3 ist das zweite Stabilisierungsmittel durch die Zusatzstäbe 29, 30 angedeutet, die zusammen mit weiteren, nicht in der Schnittebene liegenden Zusatzstäben, einen zweiten Führungskäfig für die erste Widerstandssäule ausbilden. Die Zusatzstäbe 29, 30 sind an den Haltevorrichtungen 31, 33, also an den Enden der ersten Widerstandssäule 3, durch Krimpen festgelegt. Dies ist derart durchgeführt, dass die beiden Zusatzstäbe 29, 30 die erste Widerstandssäule in axialer Richtung zusammendrücken, und so einen festen Halt der einzelnen Widerstandselemente 6 gewährleisten. An der mittleren Haltevorrichtung 32 sind die Zusatzstäbe 29, 30 gleitend gelagert.
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In gleicher Weise ist auch bei der zweiten Widerstandssäule 4 mittels der Zusatzstäbe 27, 28 eine Verspannung zwischen den Haltevorrichtungen 34, 37 vorgenommen worden. Bei den mittleren Haltevorrichtungen 35, 36 sind die Zusatzstäbe 27, 28 entsprechend gleitend gelagert.
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Die erfindungsgemäße Einschaltwiderstandsanordnung hat den Vorteil, dass die gezeigte Käfigbauweise aufgrund der kostengünstigen Stäbe und Zusatzstäbe aus glasfaserverstärktem Kunststoff besonders günstig in der Herstellung ist. Weitere Vorteile liegen darin, dass eine hohe Biegesteifigkeit der gesamten Anordnung erreicht wird und außerdem Wärme gut von der Widerstandselementen 6 nach außen abgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Montage der Einschaltwiderstandsanordnung. Es können zunächst die beiden Widerstandssäulen 3, 4 separat vormontiert und mittels der jeweiligen zweiten Stabilisierungsmittel beziehungsweise den Zusatzstäben 27 - 30 zusammengepresst und verspannt werden. Anschließend können die beiden Widerstandssäulen 3, 4 mittels des ersten Stabilisierungsmittels beziehungsweise der Stäbe 25, 26 zur gezeigten Einschaltwiderstandsanordnung zusammengefügt werden.
