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Die Erfindung betrifft einen Isolator für Hochspannungsanwendungen, insbesondere einen Stützisolator, wie er beispielsweise zur Abstützung von Stromschienen, Leitungsseilen, Drosselspulen oder sonstigen Betriebsmitteln der Hochspannungstechnik verwendet wird.
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Die genannten Betriebsmittel arbeiten auf einem bestimmten Potential und müssen daher mit einem gewissen Abstand gegen Erde und/oder andere Potentiale isoliert werden.
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Zur Halterung und Isolierung von Stromschienen, Leitungsseilen oder Drosselspulen gegen Erde werden seit vielen Jahrzehnten einteilige oder auch mehrteilige, d. h. aus mehreren Einzelisolatoren bestehende und zusammengesetzte Stützisolatoren verwendet.
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Aus der
WO 2018/191159 A1 ist eine Luftkerndrossel zur Verwendung in einem elektrischen Energieübertragungs- und Verteilnetz bekannt, die auf einer elektrisch isolierten Trägerstruktur gelagert und gegen Erde isoliert ist. Die Trägerstruktur umfasst mehrere Stützisolatoren, die jeweils an ihrem oberen Ende einen Montagebügel aufweisen, der direkt mit der Spule verbunden ist. Zur Befestigung des Montagebügels an dem Stützisolator weist dieser einen Montageflansch auf, der mit einem Flansch des Stützisolators verschraubt und verklebt ist.
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Die gesamte Einrichtung ist bedingt durch die hohen Ströme und Spannungen und die dadurch entstehenden magnetischen Felder, jedoch auch durch Umwelteinflüsse, wie beispielsweise die Witterungsverhältnisse vor Ort, hohen Kräften, insbesondere Biegungs-, Torsions-, Zug- und Druckkräften ausgesetzt. Dabei stellt die Flanschverbindung zwischen der Spule bzw. deren Befestigungseinrichtungen und den Stützisolatoren eine Schwachstelle und somit potenzielle Fehlerquelle dar.
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Des Weiteren ist die Montage der Montagebügel auf den Flanschen der Stützisolatoren vor Ort aufwändig, da jeder Montagebügel richtig platziert, und anschließend mit mehreren Schrauben fest verschraubt werden muss. Gegebenenfalls sind dabei auch noch auftretende Winkelfehlstellungen zu korrigieren.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für die Verbindung eines Stützisolators mit einer Halterung für Betriebsmittel der Hochspannungstechnik anzugeben, die neben einer hohen Festigkeit auch eine einfache Montage der Einrichtung vor Ort ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgesehen ist demnach ein Isolator für Hochspannungsanwendungen, insbesondere ein Stützisolator, der ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Hohlrohr aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, eine umfangsseitig an dem Hohlrohr angebrachte Beschirmung aus Silikon und einen an einem unteren Ende bezogen auf eine Längsachse A des Hohlrohres angeordneten Fußflansch umfasst. An einem oberen Ende bezogen auf die Längsachse A des Hohlrohres weist der Isolator eine Halterung für ein Betriebsmittel für Hochspannungsanwendungen auf. Derartige Betriebsmittel können beispielsweise eine Drosselspule sein, die mittels eines Zahnkranzes auf mehreren Isolatoren abgestützt wird, oder eine Sammelschiene, die durch den Isolator von der Erde beabstandet gehaltert wird.
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Weiterhin weist der Isolator ein Verschlusselement auf, das innerhalb des Hohlrohres angeordnet ist und die Stirnseite des oberen Endes bezüglich der Längsachse A des Hohlrohres verschließt und nach außen hin abdichtet. Das Verschlusselement ist bevorzugt als kreisrunder Stopfen ausgebildet, dessen Durchmesser mit dem Innendurchmesser des Hohlrohres derart zusammenwirkt, dass das Hohlrohr luftdicht verschlossen wird.
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Die Halterung weist einen rotationssymmetrischen Anschlussbereich auf. Der Anschlussbereich ist an einem Ende der Halterung vorgesehen, welches dem Hohlrohr zugewandt ist. Der Isolator weist an dem oberen Ende bezogen auf die Längsachse A des Hohlrohres einen radial umlaufenden Fügebereich auf, der frei von Silikonbeschirmung ist. Die Halterung ist mit dem Isolator derart verbindbar, dass der Anschlussbereich der Halterung den Fügebereich des Isolators formschlüssig, d. h. passgenau umgibt.
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Das verbesserte Konzept bietet somit eine Verbindungstechnologie zwischen Stützisolator und einem Betriebsmittel für Hochspannungsanwendungen, die lösbar ist und zugleich stabil und einfach montierbar. Die Halterung kann, mit oder ohne dem Betriebsmittel, für das sie vorgesehen ist, vor Ort auf die Stützisolatoren aufgesetzt werden. Eine Verklebung der Halterung mit dem Hohlrohr ist dabei nicht erforderlich.
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Gemäß einer Ausführungsform des verbesserten Konzepts weisen das Verschlusselement, das Hohlrohr und die Halterung jeweils wenigstens eine Querbohrung auf, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. In die jeweils wenigstens eine Querbohrung ist ein Sicherungsbolzen einschiebbar und darin fixierbar, beispielsweise mit einer oder mehrerer Schraubmuttern. Bevorzugt werden zwei Sicherungsbolzen verwendet, die senkrecht zueinander und untereinander angeordnet sind.
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Durch den Sicherungsbolzen bleibt die Verbindung lösbar. Gleichzeitig wird die Halterung in Abhängigkeit von dem Verschlusselement und dem Hohlrohr fixiert und dadurch die Verbindung zusätzlich im Hinblick auf den Formschluss verstärkt.
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Der Sicherungsbolzen ist bevorzugt aus Stahl, Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff, oder aus keramischem Werkstoff ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Konzepts ist die formschlüssige Verbindung zwischen der Halterung und dem Isolator, insbesondere dem Fügebereich des Isolators, als konische Verbindung ausgebildet.
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Bevorzugt ist die konische Verbindung derart ausgebildet, dass sich der Außendurchmesser des Hohlrohres des Isolators zu dem oberen Ende bezogen auf die Längsachse A verkleinert. Dementsprechend wird der Innendurchmesser des Anschlussbereiches der Halterung zu dem dem Hohlrohr zugewandten Ende der Halterung hin größer.
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Die konische Ausbildung der Verbindung ermöglicht eine Selbstzentrierung der Halterung auf dem Isolator und somit eine einfachere Montage des Betriebsmittels auf den Stützisolatoren. Die konische Verbindung bietet zudem eine höhere Festigkeit gegenüber einer herkömmlichen Flanschverbindung, insbesondere bei der Einwirkung von Querkraft, bedingt durch den verbesserten Formschluss.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Konzepts bestehen das Verschlusselement und die Halterung aus einem nicht-metallischen Material.
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Vorzugsweise ist das nicht-metallische Material der Halterung als faserverstärkter Kunststoff, besonders bevorzugt aus glasfaserverstärktem Epoxidharz ausgebildet. Die Halterung kann beispielsweise mittels Spritzguss-, Vakuuminfusions- und/oder Wickelverfahren hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist das nicht-metallische Material des Verschlusselements als faserverstärkter Kunststoff, besonders bevorzugt aus glasfaserverstärktem Epoxidharz ausgebildet. Das Verschlusselement kann beispielsweise mittels Spritzguss-, Vakuuminfusions- und/oder Wickelverfahren hergestellt werden.
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Vorzugsweise kann das nicht-metallische Material des Verschlusselements auch aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein.
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Die Ausbildung der Bauteile aus nicht-metallischem Material verhindert eine Erwärmung dieser Bauteile durch die sie umgebenden magnetischen Felder.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Konzepts weist die Halterung Mittel zur Befestigung wenigstens einer Sammelschiene auf. Vorzugsweise weist die Halterung hierfür eine erste U-förmige Aussparung und eine zweite, der ersten gegenüberliegende U-förmige Aussparung auf, die außerhalb des Anschlussbereiches liegen und zur Aufnahme einer Sammelschiene geeignet sind.
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Vorzugsweise weist die Halterung zur Befestigung der wenigstens einen Sammelschiene weiterhin ein Federelement auf, das die wenigstens eine Sammelschiene in den U-förmigen Aussparungen in Abhängigkeit von der Halterung fixiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Konzepts weist die Halterung Mittel zur Befestigung wenigstens einer Drosselspule auf. Vorzugsweise weist die Halterung eine erste und eine zweite Nut auf, die außerhalb des Anschlussbereichs liegen und zur Aufnahme eines Zahnkranzes geeignet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Konzepts bildet die Halterung das untere Ende bezogen auf eine Längsachse eines Hohlrohres eines weiteren Isolators oder einen Teil des unteren Endes des Hohlrohres eines weiteren Isolators. Bevorzugt sind die Isolatoren identisch zueinander ausgebildet. Insbesondere bilden die Isolatoren gemeinsam einen mehrteiligen Stützisolator.
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Weitere Ausführungsformen und Implementierungen des Isolators ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
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Es zeigen
- 1 eine vorteilhafte Ausgestaltung des Isolators gemäß dem verbesserten Konzept in einer Seitenansicht;
- 2 eine Detailansicht des Isolators aus 1 in einer perspektivischen Darstellung;
- 3 eine weitere Detailansicht des Isolators aus 1 in einer Explosionsansicht und Schnittdarstellung;
- 4 eine weitere Detailansicht des Isolators aus 1 in einer Seitenansicht und Schnittdarstellung;
- 5 eine Detailansicht einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Isolators gemäß dem verbesserten Konzept in einer perspektivischen Darstellung;
- 6 eine weitere Detailansicht des Isolators aus 4 in einer Seitenansicht und Schnittdarstellung.
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1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Isolators gemäß dem verbesserten Konzept in einer Seitenansicht. Der Isolator 1 weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Hohlrohr 2 aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit einer umfangsseitig an dem Hohlrohr 2 angebrachten Silikonbeschirmung 3 auf. An einem unteren Ende 5 bezogen auf eine Längssachse A des Hohlrohres 2 ist ein Fußflansch 4 angeordnet, auf dem der Isolator 1 in senkrechter Position gelagert ist. An einem dem unteren Ende 5 entgegengesetzten oberen Ende 7 des Hohlrohres 2 ist eine Halterung 6 für ein Betriebsmittel für Hochspannungsanwendungen befestigt. Derartige Betriebsmittel können beispielsweise eine Drosselspule, die mittels eines Zahnkranzes auf einem oder mehreren Isolatoren abgestützt wird, oder eine Sammelschiene, die durch den Isolator von der Erde beabstandet gehaltert wird, sein. Im Fall der 1 ist die Halterung 6 für eine Drosselspule vorgesehen. Auf eine Halterung für eine Sammelschiene wird bei der Erläuterung einer weiteren Ausführungsvariante noch genauer eingegangen. Ein ebenso mögliches Betriebsmittel ist ein weiterer Isolator. In diesem Fall wird der Isolator aus mehreren, separaten Isolatoren zusammengesetzt, die miteinander über die Halterung 6 verbindbar sind. Der weitere Isolator weist dann keinen Fußflansch mehr auf, sondern die Halterung 6 ist als ein Teil des Hohlrohres 2 am unteren Ende 5 des Hohlrohres 2 ausgebildet.
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2 zeigt eine Detailansicht des Isolators aus 1 in einer perspektivischen Darstellung. Genauer ist hier das obere Ende 7 des Isolators 1 mit der montierten Halterung 6 im Detail gezeigt. Erkennbar ist die Silikonbeschirmung 3, die auf dem Hohlrohr 2 aufgebracht wurde, sowie die rotationssymmetrische Halterung 6. Die Halterung 6 dient bei dieser Ausführungsform zur Abstützung einer Drosselspule. Hierfür weist die Halterung 6 zwei gegenüberliegend angeordnete Nuten 14 zur Aufnahme eines Zahnkranzes auf sowie mehrere tropfenförmige Aussparungen 13 zur Fixierung des Zahnkranzes und der Spule mittels harzgetränkter Faserbündel, die durch die Aussparungen 13 gefädelt werden.
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Eine weitere Detailansicht des Isolators aus 1 ist in einer Explosionsansicht und Schnittdarstellung in 3 gezeigt. Hier ist die Halterung 6 von dem Hohlrohr 2 getrennt dargestellt, um den Verschluss des Hohlrohres 2 und die Verbindung zwischen der Halterung 6 und dem Hohlrohr 2 übersichtlich darzustellen.
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Der Isolator 1 bzw. das Hohlrohr 2 weist ein Verschlusselement 8 auf, das am oberen Ende 7 des Hohlrohres 2 in dessen innerem Hohlraum angeordnet und als kreisrunder Stopfen ausgebildet ist, und dessen Durchmesser Dv derart bemessen ist, dass der Stopfen 8 die Stirnseite des Hohlrohres 2 luftdicht verschließt und zur äußeren Umgebung hin abdichtet. Der Durchmesser Dv liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 150 mm und 600 mm, bevorzugt zwischen 200 mm und 580 mm.
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Die Halterung 6 umfasst an ihrem dem Hohlrohr 2 zugewandten Ende einen Anschlussbereich 9. Dieser Anschlussbereich 9 wirkt mit einem am oberen Ende 7 des Hohlrohres 2 angeordneten, radial umlaufenden Fügebereich 10 zusammen. Der Fügebereich 10 ist frei von Silikonbeschirmung 3 und weist einen Außendurchmesser DA auf, der sich bezogen auf die Längsachse A von einem maximalen Durchmesser DA max zu dem oberen Ende 7 des Hohlrohres 2 hin zu einem minimalen Durchmesser DA min verkleinert. Dementsprechend wird der Innendurchmesser DI des Anschlussbereiches 9 der Halterung 6 von einem minimalen Durchmesser DI min zu dem dem Hohlrohr 2 zugewandten Ende hin zu einem maximalen Durchmesser DI max vergrößert. Die Differenz zwischen dem jeweils maximalen Außen- bzw. Innendurchmesser DA max, DI max und dem jeweils minimalen Außen- bzw. Innendurchmesser DA min, DI min, also letztendlich die Breite des Konus, liegt in einem Bereich zwischen 10 mm bis 50 mm, bevorzugt beträgt die Differenz 20 mm. Der minimale Außen- bzw. Innendurchmesser DA min, DI min kann zum Beispiel 200 mm oder 350 mm oder 580 mm betragen und der maximale Außen- bzw. Innendurchmesser DA max, DI max dementsprechend 220 mm oder 370 mm oder 600 mm.
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Bei der Montage wird die Halterung 6 auf den Fügebereich 10 des Hohlrohres 2 aufgesetzt, sodass diese mit ihrem Anschlussbereich 9 den Fügebereich 10 formschlüssig umgibt, d. h. vollumfänglich umgibt. Dies ist in 4 in einer weitere Detailansicht des Isolators aus 1 in einer Seitenansicht und Schnittdarstellung dargestellt. Die konische Ausbildung des Fügebereiches 10 und des Anschlussbereiches 9 zueinander bewirkt, dass die Halterung 6 das Hohlrohr 2 in seinem Fügbereich 10 formschlüssig, d. h. vollumfänglich umgibt und sich bei der Montage selbstzentrierend auf dem Hohlrohr 2 positionieren lässt.
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In der Halterung 6, dem Hohlrohr 2 und dem Verschlusselement 8 bzw. dem Stopfen sind jeweils zwei Querbohrungen 11 vorgesehen. Die Querbohrungen 11 sind jeweils koaxial zueinander ausgerichtet. Durch sie ist jeweils ein Sicherungsbolzen 12 geschoben und mittels zwei Schraubenmuttern in den Querbohrungen 11 fixiert. Die Sicherungsbolzen 12 sind bevorzugt aus Stahl, Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff, oder aus Keramik ausgebildet.
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In den 5 und 6 ist jeweils eine Detailansicht einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Isolators gemäß dem verbesserten Konzept einmal perspektivisch (5) und einmal in einer Seitenansicht und Schnittdarstellung (6) dargestellt. Der Isolator 1 entspricht im Wesentlichen dem zuvor erläuterten Isolator 1. Es wird deshalb auf die entsprechenden Erläuterungen in analoger Weise Bezug genommen. Der in den 4 und 5 dargestellte Isolator 1 unterscheidet sich jedoch dadurch, dass die Halterung 6 zur Befestigung einer Sammelschiene 15 vorgesehen ist. Dieses Konzept kommt beispielsweise in Umspannwerken bei der Fixierung von Sammelschienen zum Einsatz, wobei ein gewisser Erdabstand eingehalten werden muss. Vorzugsweise weist die Halterung 6 hierfür eine erste U-förmige Aussparung 16 und eine zweite, der ersten gegenüberliegend angeordneten U-förmige Aussparung 16 auf, die außerhalb des Anschlussbereiches 9 liegen und hinsichtlich ihrer Dimensionierung zur Aufnahme einer Sammelschiene 15 ausgebildet sind. Zur Fixierung der Sammelschiene 15 in der U-förmigen Aussparung 16 ist ein Federelement 17, vorzugsweise eine Blattfeder vorgesehen, die die Sammelschiene 15 in Abhängigkeit von der Halterung 6 fixiert, indem sie die Sammelschiene 17 mit ihrer Federkraft in die U-förmige Aussparung 16 hinein drückt.
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Mit dem verbesserten Konzept wird eine Verbindungstechnologie für Kopfarmaturen von Stützisolatoren für den Anwendungsbereich der Hochspannungstechnik angegeben, die zur Verbindung eines Stützisolators mit einer weiterführenden Rohrgeometrie geeignet ist, wobei die Rohrgeometrie als Halterung für ein Betriebsmittel der Hochspannungstechnik dient. Gegenüber einer herkömmlichen Flanschverbindung bietet die verbesserte Verbindungstechnologie den Vorteil, dass sie lösbar ist und dabei dennoch höheren Kräften standhalten kann. Die konische Verbindung ermöglicht sowohl eine Kraftübertragung durch Reibschluss und Formschluss als auch eine Selbstzentrierung bei der Montage. Durch den Sicherungsbolzen bleibt die Verbindung lösbar, gleichzeitig wird aber die Halterung in Abhängigkeit von dem Verschlusselement und dem Hohlrohr fixiert und dadurch die Verbindung zusätzlich im Hinblick auf Formschluss verstärkt.
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Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer begleitenden Vorteile durch die vorstehende Beschreibung verstanden werden. Ferner ist es offensichtlich, dass verschiedene Änderungen an der Form, Konstruktion und Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne vom offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne auf alle materiellen Vorteile zu verzichten. Die beschriebene Ausführungsform ist lediglich erläuternd und solche Änderungen werden durch die nachstehenden Ansprüche mit umfasst. Weiterhin versteht es sich, dass die Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isolator
- 2
- Hohlrohr
- 3
- Beschirmung
- 4
- Fußflansch
- 5
- unteres Ende von 2
- 6
- Halterung
- 7
- oberes Ende von 2
- 8
- Verschlusselement
- 9
- Anschlussbereich von 6
- 10
- Fügebereich von 1
- 11
- Querbohrung
- 12
- Sicherungsbolzen
- 13
- Aussparung
- 14
- Nut
- 15
- Sammelschiene
- 16
- U-förmige Aussparung
- 17
- Federelement
- A
- Längsachse von 2
- DA
- Außendurchmesser von 10
- DA max
- maximaler Außendurchmesser von 10
- DI
- Innendurchmesser von 9
- DImax
- maximaler Innendurchmesser von 9
- DV
- Durchmesser von 8
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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