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Die Erfindung bezieht sich auf einen Isolator mit zumindest zwei mechanischen Anschlusselementen, die voneinander elektrisch getrennt in einem elektrischen Isolationsmaterial des Isolators eingebettet sind.
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Derartige Isolatoren werden beispielsweise im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik eingesetzt, um außen an der Fahrzeughülle angebrachte elektrische Komponenten, wie beispielsweise Stromabnehmer oder elektrische Leiter, von der Fahrzeughülle elektrisch zu isolieren.
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Die heutzutage im Einsatz befindlichen Isolatoren werden üblicherweise aus Glas, Keramik, Porzellan oder Harz hergestellt. Das Isolationsmaterial der Isolatoren ist gewöhnlich spröde. Wird eine zulässige Zugkraft, Druckkraft, Schubkraft oder Schwingungsamplitude überschritten, so können die Isolatoren Risse bekommen und brechen, was zur Beeinträchtigung der Funktion und der elektrischen Sicherheit führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolator anzugeben, der eine besonders große mechanische Stabilität aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Isolator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Isolators sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anschlusselemente auch im Falle eines Zerbrechens des Isolationsmaterials mechanisch verbunden bleiben.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Isolators ist darin zu sehen, dass im Falle eines Brechens oder Reißens des Isolationsmaterials ein Auseinanderfallen des Isolators insgesamt und eine mechanische Trennung der Anschlusselemente vermieden werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Anschlusselemente oder zumindest eines der Anschlusselemente mit einer nichtleitenden Beschichtung beschichtet sind. Im Falle eines Brechens des Isolationsmaterials, in das die Anschlusselemente eingebettet sind, bleiben bei dieser Ausgestaltung die Anschlusselemente elektrisch isoliert. Alternativ oder zusätzlich können die Anschlusselemente oder zumindest eines der Anschlusselemente aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen.
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Vorteilhaft ist es, wenn sich die beiden Anschlusselementeentlang einer fiktiven Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen gesehen - zumindest abschnittsweise derart überlappen, dass eines der Anschlusselemente mit einem vorn liegenden Abschnitt vor und mit einem dahinter liegenden Abschnitt hinter einem Abschnitt des anderen Anschlusselements liegt. Bei einer solchen Ausgestaltung können sich die Anschlusselemente aufeinander abstützen, unabhängig davon, ob eine Zug- oder Druckkraft von außen ausgeübt wird. Durch das Aufeinanderabstützen lässt sich die Gefahr eines Brechens oder Reißens des Isolationsmaterials deutlich reduzieren. Dies ist konkret darauf zurückzuführen, dass übliches Isolationsmaterial viel besser auf Druck als auf Zug arbeitet: Z.B. findet ein Isolatorbruch bei herkömmlichen Isolatoren typischerweise bei 55kN Zugkraft, aber erst bei 600kN Druckkraft statt. Durch das Abstützen der Anschlusselemente aufeinander wird - bei quasi beliebiger äußerer Kraftrichtung - der Isolator vornehmlich auf Druck beansprucht, so dass die Zerstörungsgefahr signifikant reduziert wird. Ein weiterer Vorteil der Abstützung ist darin zu sehen, dass kleinere Isolatorabmessungen gewählt werden können, weil sie - verglichen mit herkömmlichen Isolatoren - größere äußere Kräfte tragen können.
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Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn zumindest eines der beiden Anschlusselemente das andere Anschlusselemente derart umfasst, dass sich die beiden Anschlusselemente sowohl bei einer die beiden Anschlusselemente aufeinander drückenden Druckkraft als auch einer die beiden Anschlusselemente auseinander ziehenden Zugkraft aufeinander abstützen.
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Die Anschlusselemente greifen vorzugsweise unter Bildung eines Formschlusses ineinander. Auch bei einer solchen Ausgestaltung können sich die Anschlusselemente aufeinander abstützen, unabhängig davon, ob eine Zug- oder Druckkraft von außen ausgeübt wird; gleichzeitig bleiben die Anschlusselemente mechanisch verbunden, auch wenn das Isolationsmaterial bricht oder reißt.
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Besonders einfach lässt sich ein Zug- und Druckkraft aufnehmender Formschluss ausbilden, wenn eines der Anschlusselemente mit einem Abschnitt, insbesondere einem stempelförmigen Endabschnitt, in einen umfassenden äußeren Abschnitt, insbesondere einen Klammerabschnitt, des anderen Anschlusselements eingeführt ist.
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Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente mittels mindestens eines Verbindungselements miteinander verbunden sind. Eine solche Ausgestaltung kann eine mechanische Trennung der Anschlusselemente im Falle einer Zerstörung des Isolationsmaterials, in das die Anschlusselemente eingebettet sind, vermeiden, auch wenn kein Formschluss oder dergleichen zwischen den Anschlusselementen vorhanden ist; selbstverständlich können die obigen beschriebenen Formgebungen bei den Anschlusselementen zusätzlich vorgesehen werden.
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Das Verbindungselement besteht vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden zweiten Material, das sich von dem die Anschlusselemente einbettenden Isolationsmaterial unterscheidet. Ein gut geeignetes Material für das Verbindungselement ist beispielsweise Kunststoff.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise strangförmig. Beispielsweise kann das Verbindungselement ein Seil oder eine gebogene Stange sein.
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Mit Blick auf die Anbindung des Verbindungselements an die Anschlusselemente wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sich das Verbindungselement durch jeweils ein Durchgangsloch in jedem der Anschlusselemente hindurch erstreckt.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise ein Ring, der sich durch jeweils ein Durchgangsloch in jedem der Anschlusselemente hindurch erstreckt.
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Mit Blick auf eine Verbesserung der Kraftübertragung von den Anschlusselementen auf das Isolationsmaterial, in dem die Anschlusselemente eingebettet sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Anschlusselemente mit - bezogen auf ihre Längsrichtung und/oder bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen - quer oder radial nach außen herausstehenden Abschnitten versehen sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente mit - bezogen auf ihre Längsrichtung und/oder bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen - quer oder radial nach außen herausstehenden Rippen versehen sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente mit - bezogen auf ihre Längsrichtung und/oder bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen - quer oder radial nach außen herausstehenden Anschlussteilen versehen sind, die an den Anschlusselementen angebracht sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente mit - bezogen auf ihre Längsrichtung und/oder bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen - quer oder radial nach außen herausstehenden Stäben und/oder Drähten und/oder Bürsten versehen sind.
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Als Erfindung wird außerdem ein Isolator mit zumindest zwei mechanischen Anschlusselementen, die voneinander elektrisch getrennt in einem elektrischen Isolationsmaterial des Isolators eingebettet sind, angesehen, wobei sich die beiden Anschlusselemente - entlang einer fiktiven Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen gesehen - zumindest abschnittsweise derart überlappen, dass eines der Anschlusselemente mit einem vorn liegenden Abschnitt vor und mit einem dahinter liegenden Abschnitt hinter einem Abschnitt des anderen Anschlusselements liegt. Ein solcher Isolator ermöglicht ein Abstützen der Anschlusselemente aufeinander unter Verringerung der Gefahr eines Brechens oder Reißens des Isolationsmaterials bei Zug- und Druckbelastung.
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Als Erfindung wird außerdem ein Isolator mit zumindest zwei mechanischen Anschlusselementen, die voneinander elektrisch getrennt in einem elektrischen Isolationsmaterial des Isolators eingebettet sind, angesehen, wobei die Anschlusselemente unter Bildung eines Formschlusses ineinander greifen. Ein solcher Isolator ermöglicht ein Abstützen der Anschlusselemente aufeinander unter Verringerung der Gefahr eines Brechens oder Reißens des Isolationsmaterials bei Zug- und Druckbelastung; außerdem werden die Anschlusselemente aufgrund des Formschlusses zusammengehalten, auch wenn das Isolationsmaterial bricht oder reißt.
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Als Erfindung wird außerdem ein Isolator mit zumindest zwei mechanischen Anschlusselementen, die voneinander elektrisch getrennt in einem elektrischen Isolationsmaterial des Isolators eingebettet sind, angesehen, wobei zumindest eines der beiden Anschlusselemente das andere Anschlusselemente derart umfasst, dass sich die beiden Anschlusselemente sowohl bei einer die beiden Anschlusselemente aufeinander drückenden Druckkraft als auch einer die beiden Anschlusselemente auseinander ziehenden Zugkraft aufeinander abstützen.
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Als Erfindung wird außerdem ein Isolator mit zumindest zwei mechanischen Anschlusselementen, die voneinander elektrisch getrennt in einem elektrischen Isolationsmaterial des Isolators eingebettet sind, angesehen, wobei die Anschlusselemente mit - bezogen auf ihre Längsrichtung und/oder bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlusselementen - quer oder radial nach außen herausstehenden Abschnitten und/oder Rippen und/oder Anschlussteilen und/oder Stäben und/oder Drähten und/oder Bürsten versehen sind. Durch die radiale Aufweitung wird die Kraftübertragung zwischen den Anschlusselementen und dem einbettenden Isolationsmaterial vergrößert und die Gefahr eines Brechens oder Reißens des Isolationsmaterials bei Zug- und Druckbelastung reduziert.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Fahrzeug. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mit einem Isolator, wie er oben beschrieben worden ist, ausgestattet ist. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Isolator verwiesen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass dieses einen elektrischen Stromabnehmer, insbesondere Pantografen, aufweist und der Stromabnehmer an dem Isolator angebracht ist und durch den Isolator von der Fahrzeughülle, insbesondere dem Fahrzeugdach, elektrisch isoliert ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass dieses einen außerhalb der Fahrzeughülle befindlichen elektrischen Leiter aufweist und der Leiter an dem Isolator angebracht ist und durch den Isolator von der Fahrzeughülle, insbesondere dem Fahrzeugdach, elektrisch isoliert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
- 1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Isolator, bei dem Anschlusselemente einen Formschluss bilden, im Querschnitt,
- 2 den Isolator gemäß 1 in einer Sicht von oben,
- 3 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Isolator, der mit einem zusätzlichen Verbindungselement ausgestattet ist,
- 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement, das bei den Isolatoren gemäß den 1 bis 3 eingesetzt werden kann und radial nach außen stehende Rippen aufweist,
- 5 das Anschlusselement gemäß 4 in einer Sicht von oben,
- 6 ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement, das mit Stäben ausgestattet ist,
- 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement, das mit Drähten ausgestattet ist,
- 8 ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement, das mit radial nach außen stehenden Bürsten ausgestattet ist, und
- 9 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, das mit Isolatoren gemäß den 1 bis 8 ausgestattet ist.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Isolator 10, der ein in der 1 oberes Anschlusselement 20 und ein in der 1 unteres Anschlusselement 30 aufweist. Die beiden Anschlusselemente 20 und 30 sind in ein elektrisches Isolationsmaterial 40 eingebettet und durch dieses voneinander elektrisch isoliert. Zur weiteren elektrischen Isolation insbesondere für den Fall, dass das Isolationsmaterial 40 bricht, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eines der Anschlusselemente 20 oder 30 oder beide Anschlusselemente 20 und 30 jeweils noch mit einer Isolationsbeschichtung 50 beschichtet sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bilden die Anschlusselemente 20 und 30 einen Formschluss. Zu diesem Zweck ist das untere Anschlusselement 30 mit einem Klammerabschnitt 31 ausgestattet, der einen stempelförmigen Endabschnitt 21 des oberen Anschlusselements 20 umfasst.
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Bezogen auf eine fiktive Verbindungslinie VL zwischen den beiden Anschlusselementen 20 und 30 überlappen sich die beiden Anschlusselemente 20 und 30 somit, so dass sich die beiden Anschlusselemente 20 und 30 sowohl bei einer die beiden Anschlusselemente 20 und 30 aufeinander drückenden Druckkraft D als auch einer die beiden Anschlusselemente 20 und 30 auseinander ziehenden Zugkraft Z aufeinander abstützen. Es erfolgt also ein Abstützen unabhängig davon, ob die Anschlusselemente einer Zug- oder einer Schubbelastung ausgesetzt sind.
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Die fiktive Verbindungslinie VL entspricht im Übrigen der Längsrichtung L der beiden Anschlusselemente 20 und 30 (siehe auch weiter unten die 4 bis 8).
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Durch das Ineinandergreifen der Anschlusselemente und das Abstützen der Anschlusselemente aufeinander wird die Gefahr eines Isolatorbruchs bei Zug- und oder Schubkraft von außen - verglichen mit herkömmlichen Isolatoren - deutlich minimiert.
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Die 2 zeigt den Isolator 10 gemäß 1 in einer Sicht von oben. Es lässt sich erkennen, dass sich die Anschlusselemente 20 und 30 entlang der fiktiven Verbindungslinie VL (vgl. 1) überlappen.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Isolator 10, bei dem die Anschlusselemente 20 und 30 jeweils mit einem Durchgangsloch 22 bzw. 32 ausgestattet sind. Durch die Durchgangslöcher 22 und 32 ist ein strangförmiges Verbindungselement 60 hindurch gezogen, das die beiden Anschlusselemente 20 und 30 miteinander verbindet.
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Im Falle eines Zerbrechens des Isolationsmaterials 40 bleiben die Anschlusselemente 20 und 30 somit mechanisch miteinander verbunden, da sie durch das Verbindungselement 60 zusammengehalten werden.
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Das Verbindungselement 60 besteht vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material, und zwar aus einem anderen Isolationsmaterial als das Isolationsmaterial 40. Beispielsweise kann es sich bei dem Isolationsmaterial 40 um Glas, Keramik, Porzellan oder Harz handeln; bei dem Material des Verbindungselements 60 handelt es sich vorzugsweise um Kunststoff.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 bildet das Verbindungselement 60 einen geschlossenen Ring.
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Im Übrigen ist es möglich, das Verbindungselement 60 mechanisch stabil auszugestalten, so dass das Verbindungselement 60 zumindest in Maßen sowohl Zugkräfte als auch Schubkräfte (vgl. 1) aufnehmen kann.
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Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement 100, das als jedes der Anschlusselemente 20 und 30 bei den Isolatoren 10 gemäß den 1 bis 3 eingesetzt werden kann. Das Anschlusselement 100 weist quer bzw. radial von der Längsrichtung L des Anschlusselements 100 nach außen stehende Rippen 110 auf, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Anschlusselement 100 und dem Isolationsmaterial 40 (vgl. 1 bis 3) in Querrichtung vergrößert und somit die aufnehmbare Zug- und Schubkraft des Anschlusselements erhöht wird. Die Rippen 110 weisen vorzugsweise 10 bis 40 Prozent der äußeren Isolatorabmessung A der Isolatoren 10 (vgl. 1) auf.
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Die 5 zeigt das Anschlusselement 100 gemäß 4 in einer Sicht von oben. Es lassen sich die bezogen auf die Längsrichtung L des Anschlusselements 100 radial bzw. quer herausstehenden Rippen 110 gut erkennen.
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Die 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung für ein Anschlusselement 100, das bei den Isolatoren 10 gemäß den 1 bis 3 als jedes der Anschlusselemente 20 bzw. 30 eingesetzt werden kann. Das Anschlusselement 100 gemäß 6 ist mit Stäben 120 versehen, die bezogen auf die Längsrichtung L zumindest auch quer bzw. radial nach außen herausstehen und die Einbettung des Anschlusselements 100 im Isolationsmaterial 40 (vgl. 1 bis 3) verbessern sowie die Aufnahme von Zug- und Schubkräften erhöhen.
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Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement 100, das ebenfalls als jedes der Anschlusselemente 20 und 30 bei den Isolatoren 10 gemäß den 1 bis 3 eingesetzt werden kann. Das Anschlusselement 100 gemäß 7 weist - bezogen auf die Längsrichtung L - zumindest auch radial nach außen stehende Drähte 130 auf, die die Einbindung des Anschlusselements 100 in das Isolationsmaterial 40 verbessern und somit die Aufnahmefähigkeit von Zug- und/oder Schubkraft erhöhen. Diesbezüglich gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 4 bis 6 entsprechend.
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Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Anschlusselement 100, das ebenfalls als jedes der Anschlusselemente 20 und 30 bei den Isolatoren 10 gemäß den 1 bis 3 eingesetzt werden kann. Das Anschlusselement 100 gemäß 7 weist - bezogen auf die Längsrichtung L - radial nach außen stehende Bürsten 140 auf, die die Einbindung des Anschlusselements 100 in das Isolationsmaterial 40 verbessern und somit die Aufnahmefähigkeit von Zug- und/oder Schubkraft erhöhen. Diesbezüglich gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 4 bis 7 entsprechend.
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Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug, bei dem es sich um ein elektrisch betriebenes Straßenfahrzeug oder ein elektrisch betriebenes Schienenfahrzeug handeln kann. Das Fahrzeug 200 ist mit einem Stromabnehmer 210 in Form eines Pantografen ausgestattet, der mit einem äußeren Energieversorgungsnetz 300 in Verbindung steht. Der Stromabnehmer 210 ist auf einem Isolator 10 montiert, der den Stromabnehmer 210 von der Fahrzeughülle, nämlich dem Fahrzeugdach 230, elektrisch isoliert.
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Das Fahrzeug 200 ist darüber hinaus mit einem elektrischen Leiter 240 ausgestattet, der elektrisch mit dem Stromabnehmer 210 gekoppelt ist. Der Leiter 240 stützt sich mittels zweier Isolatoren 10 auf dem Fahrzeugdach 230 ab und ist durch die Isolatoren 10 von dem Fahrzeugdach 230 elektrisch isoliert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
