DE20013514U1 - Device for connecting in particular tubular electrical conductors of an energy transmission system - Google Patents
Device for connecting in particular tubular electrical conductors of an energy transmission systemInfo
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Description
Vorrichtung zum Verbinden von insbesondere rohrförmigen elektrischen Leitern eines EnergieübertragungssystemsDevice for connecting, in particular, tubular electrical conductors of an energy transmission system
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von insbesondere rohrförmigen elektrischen Leitern eines Energieübertragungssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise bei Energieübertragungssystemen mit Spannungen bis 480 kV und mehr und/oder Dauerströmen bis 5 kA und mehr einsetzbar.The invention relates to a device for connecting, in particular, tubular electrical conductors of an energy transmission system according to the preamble of claim 1. Such devices can be used, for example, in energy transmission systems with voltages of up to 480 kV and more and/or continuous currents of up to 5 kA and more.
Verbindungsvorrichtungen für rohrförmige Leiter sind beispielsweise aus der DE 296 14 714 U1 bekannt. Dabei trägt eine an dem zu verbindenden rohrförmigen Leiter angeschweißte Kontaktelektrode ein Kontaktsystem, das mit einem Rohrstutzen elektrisch verbindbar und im verbundenen Zustand demgegenüber axial verschiebbar ist. Der Rohrstutzen ist mit einem Endstück der Anschlußeinrichtung verschweißt, das mit einer weiteren, dem nachfolgenden Leiter zugeordneten Anschlußeinrichtung verschraubbar ist.Connecting devices for tubular conductors are known, for example, from DE 296 14 714 U1. A contact electrode welded to the tubular conductor to be connected carries a contact system that can be electrically connected to a pipe socket and can be moved axially relative to it when connected. The pipe socket is welded to an end piece of the connecting device, which can be screwed to another connecting device assigned to the subsequent conductor.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem rohrförmigen Innenleiter und dem Rohrstutzen erfolgt in der Art eines Steckverbinders unter Verwendung von Lamellenkontakten, beispielsweise in Form eines Kontaktlamellenbandes, wie aus der DE 296 05 539 U1 bekannt.The electrical connection between the tubular inner conductor and the pipe socket is made in the manner of a connector using lamellar contacts, for example in the form of a contact lamellar strip, as known from DE 296 05 539 U1.
Aus der DE 196 16 179 C1 ist ein Kuppelkontakt für rohrförmige Innenleiter einer gasisolierten Hochspannungsanlage bekannt, bei dem kugelförmige Kontaktkörper mit Kontaktlamellenbändern elektrisch mit dem Anschlußstück verbunden sind.From DE 196 16 179 C1 a coupling contact for tubular inner conductors of a gas-insulated high-voltage system is known, in which spherical contact bodies with contact lamella strips are electrically connected to the connecting piece.
Aufgrund der Verwendung von Lamellenkontakten sind sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage der Anschlußeinrichtung hohe Maßhaltigkeit und Sorgfalt zu gewährleisten. Insbesondere besteht die Gefahr, daß bei der Montage eine Überbeanspruchung des Kontaktssystems erfolgt, die eine nachhaltige negative Beeinträchtigung der Federwirkung des elektrischen Kontakts zur Folge hat. Außerdem erhöhen die erforderlichen Schweißverbindungen den Montageaufwand.Due to the use of lamellar contacts, a high degree of dimensional accuracy and care must be ensured both during manufacture and during assembly of the connection device. In particular, there is a risk that the contact system will be overstressed during assembly, which will have a lasting negative impact on the spring effect of the electrical contact. In addition, the required welded connections increase the assembly effort.
Aus der DE-GM 74 15 129 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die darin offenbarten Kontaktelemente sind aus tangential zum Anschlußstück liegenden starren Kontaktfingern gebildet, die derart unter der Wirkung einer radial angeordneten Schraubenfeder stehen, daß ihre einen Enden an dem Anschlußstück und ihre anderen Enden an den jeweiligen Leiter angepreßt werden. Dadurch wird je Verbindung ein einziger punkt- oder linienförmiger Kontakt bereitgestellt, der eine entsprechende Stromtragfähigkeit aufweisen muß.A device according to the preamble of claim 1 is known from DE-GM 74 15 129. The contact elements disclosed therein are formed from rigid contact fingers lying tangentially to the connecting piece, which are under the effect of a radially arranged helical spring in such a way that one end of them is pressed against the connecting piece and the other end is pressed against the respective conductor. This provides a single point or line-shaped contact for each connection, which must have a corresponding current-carrying capacity.
Die US 4,721,829 zeigt eine Vorrichtung, bei der die elektrische Verbindung zwischen einem Leiter und einem Anschlußstück durch inUS 4,721,829 shows a device in which the electrical connection between a conductor and a connector is made by
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axiale Richtung federkraftbelastete Kontaktfinger bereitgestellt wird, die zwischen einer von einer am Leiter angeschweißten Kontaktmuffe ausgebildeten Schulter und einem axial beabstandeten Haltering eingespannt sind.axially spring-loaded contact fingers are provided which are clamped between a shoulder formed by a contact sleeve welded to the conductor and an axially spaced retaining ring.
Aus der DE 87 15 620 U1 und aus Richter, O. und Voss, R. v.: Bauelemente der Feinmechanik, F. Kozer (Hrsg.), VEB-Verlag Technik, Berlin 1959, 8. Aufl., Seite 76 ist ein lösbares Keilverbinden von Rohren bekannt.A detachable wedge connection of pipes is known from DE 87 15 620 U1 and from Richter, O. and Voss, R. v.: Components of precision mechanics, F. Kozer (ed.), VEB-Verlag Technik, Berlin 1959, 8th edition, page 76.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere die mit geringerem Aufwand herstellbar und montierbar ist und dennoch eine verbesserte Kontaktsicherheit und erhöhte Stromtragfähigkeit gewährleistet.The invention is therefore based on the problem of providing a connecting device which overcomes the disadvantages of the prior art, in particular which can be manufactured and assembled with less effort and yet ensures improved contact reliability and increased current-carrying capacity.
Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.The problem is solved by the device defined in claim 1. Particular embodiments of the invention are defined in the subclaims.
Dadurch, daß der erste Kraftspeicher mindestens einen kraftspeichernd verschwenkbaren Bereich ausbildet, dessen Schwenkachse mit der axialen Erstreckung des Leiters einen Winkel von etwa 90° einschließt, und der beispielsweise durch axiales Schlitzen eines hülsenförmigen Kontaktelementes unter Bildung von radial federnden Zungen bereitstell bar ist, ist mit geringem Aufwand eine Verbindungsvorrichtung herstellbar und montierbar, die eine hohe Kontaktsicherheit und Stromtragfähigkeit aufweist. Dadurch, daß an dem kraftspeichernd verschwenkbaren Bereich jeweils ein Kontaktelement um mindestens eine Achse frei beweglichBecause the first energy storage device forms at least one force-storing pivotable area, the pivot axis of which forms an angle of approximately 90° with the axial extension of the conductor, and which can be provided, for example, by axially slitting a sleeve-shaped contact element to form radially resilient tongues, a connecting device can be produced and assembled with little effort, which has a high contact reliability and current-carrying capacity. Because a contact element can be freely moved about at least one axis on the force-storing pivotable area
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angelenkt ist, ist insbesondere die Montage vereinfacht und eine mechanische Überbeanspruchung des Kraftspeichers und/oder eine Beschädigung des Kontaktelements zuverlässig verhindert.In particular, assembly is simplified and mechanical overloading of the force accumulator and/or damage to the contact element is reliably prevented.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist.Further advantages, features and details of the invention emerge from the subclaims and the following description, in which an embodiment is described in detail with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Gattung, Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 zeigt einen Schlitz lll-lll durch die Vorrichtung der Fig. 2.Fig. 1 shows a device of the type according to the invention, Fig. 2 shows an embodiment of the invention and Fig. 3 shows a slot III-III through the device of Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt teilweise im Längsschnitt eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Gattung zum Verbinden von zwei rohrförmigen elektrischen Leitern 2, 2a eines Energieübertragungssystems mittels endseitig an jedem der beiden Leiter 2, 2a angeordneten Anschlußeinrichtungen 40, 40a, die jeweils ein Anschlußstück in Form eines Rohrstutzens 41 umfassen, der über ein Kontaktsystem 60 mit dem Leiter 2 elektrisch verbindbar ist.Fig. 1 shows, partly in longitudinal section, a device of the type according to the invention for connecting two tubular electrical conductors 2, 2a of an energy transmission system by means of connection devices 40, 40a arranged at the end of each of the two conductors 2, 2a, which each comprise a connection piece in the form of a pipe socket 41 which can be electrically connected to the conductor 2 via a contact system 60.
In der Vorrichtung der Fig. 1 ist das Kontaktsystem 60 abweichend von der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 1 soll lediglich die Einordnung der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Details in den Gesamtzusammenhang einer gattungsgemäßen Vorrichtung verdeutlichen.In the device of Fig. 1, the contact system 60 differs from the present invention. Fig. 1 is intended only to illustrate the classification of the details shown in Figs. 2 and 3 in the overall context of a generic device.
Im verbundenen Zustand ist der Leiter 2 gegenüber dem Anschlußstück axial in Richtung des Doppelpfeils 10 verschiebbar. Die miteinander zu verbindenden Leiter 2, 2a sind im wesentlichen auf die gemeinsame AchseIn the connected state, the conductor 2 can be moved axially relative to the connector in the direction of the double arrow 10. The conductors 2, 2a to be connected to one another are essentially aligned on the common axis
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50 ausgerichtet, die vorzugsweise eine Symmetrieachse für die gesamte Vorrichtung bildet. Koaxial zum Leiter 2 ist ein ebenfalls rohrförmiger Außenleiter 12 angeordnet, wobei der Abstand zwischen Leiter 2 und Außenleiter 12 in der Fig. 1 nicht maßstabsgetreu ist. Typische Werte für die Durchmesser des Leiters 2 und des Außenleiters 12 liegen beispielsweise bei 180 mm bzw. 500 mm. Das von dem Außenleiter und dem Leiter 2 eingeschlossene Volumen ist vorzugsweise mit einem Isoliergas gefüllt, beispielsweise mit ISI2 und/oder SF&, bei einem gegenüber der Umgebung erhöhten Druck, beispielsweise von 6 Bar.50, which preferably forms an axis of symmetry for the entire device. An outer conductor 12, which is also tubular, is arranged coaxially to the conductor 2, the distance between the conductor 2 and the outer conductor 12 in Fig. 1 not being to scale. Typical values for the diameters of the conductor 2 and the outer conductor 12 are, for example, 180 mm and 500 mm respectively. The volume enclosed by the outer conductor and the conductor 2 is preferably filled with an insulating gas, for example with ISI2 and/or SF6, at a pressure higher than the ambient pressure, for example of 6 bar.
Die Anschlußeinrichtung 40 weist weiterhin ein Endstück 42 mit einer konisch ausgebildeten buchsenförmigen Aufnahme 43 für das Anschlußstück in Form eines Rohrstutzens 41 auf. Der Konus ist vorzugsweise durch Ausdrehen herstellbar. Der Rohrstutzen 41 weist an seinem dem Endstück 42 zugewandten Ende ebenfalls einen Konus auf, insbesondere einen Außenkonus, der auf seiner dem Endstück 42 zugewandten Fläche ringförmige und im dargestellten Längsschnitt im wesentlichen dreieckförmige und insbesondere sägezahnförmige Nuten aufweist. Die Kontur des Außenkonus, die vorzugsweise durch Abdrehen herstellbar ist, wobei eine oberflächliche Silberschicht gegebenenfalls entfernbar ist, weist im dargestellten Querschnitt ebenfalls eine Sägezahnform auf. Der vom Konus mit der Achse 50 eingeschlossene Winkel beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 1°, wobei sich die Konen des Endstücks 42 und des Rohrstutzens 41 hinsichtlich ihres Winkels im wesentlichen entsprechen.The connection device 40 also has an end piece 42 with a conical, bush-shaped receptacle 43 for the connection piece in the form of a pipe socket 41. The cone can preferably be produced by turning. The pipe socket 41 also has a cone on its end facing the end piece 42, in particular an outer cone, which has annular and, in the longitudinal section shown, essentially triangular and, in particular, sawtooth-shaped grooves on its surface facing the end piece 42. The contour of the outer cone, which can preferably be produced by turning, with a surface silver layer being removable if necessary, also has a sawtooth shape in the cross section shown. The angle enclosed by the cone with the axis 50 is approximately 1° in the present example, with the cones of the end piece 42 and the pipe socket 41 essentially corresponding in terms of their angle.
Das Endstück 42 ist mit einer (nicht dargestellten) Stirnfläche in Anlage mit einer (gestrichelt angedeuteten) Schottwand 8, die insbesondere einer Trennung der zwischen den Leitern 2 bzw. 2a und den AußenleiternThe end piece 42 is provided with a front face (not shown) in contact with a bulkhead 8 (indicated by dashed lines), which in particular serves to separate the gaps between the conductors 2 and 2a and the outer conductors
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bzw. 12a gebildeten Gasräume dient, oder ist alternativ oder ergänzend in Anlage mit einem die Verbindungsstelle am Außenleiter 12b abstützenden (nicht dargestellten) Stützisolator, der insbesondere auch zum Zweck der Feldsteuerung topf- oder schalenförmig ausgebildet sein kann. Die einander gegenüberliegenden Endstücke 42 und 42a weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedliche äußere Konturen auf, die beispielhaft die Ausgestaltungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Vermeidung von Feldstärkespitzen darstellen sollen. So ist insbesondere eine Kontur, deren Krümmung stetig verläuft, d. h. deren Konturkurve eine im mathematischen Sinn stetige erste Ableitung aufweist, günstig hinsichtlich der Vermeidung von Feldstärkespitzen. Die Endstücke 42, 42a sind vorzugsweise rotationssymmetrisch in Bezug auf die gemeinsame Achse 50.or 12a, or alternatively or additionally is in contact with a support insulator (not shown) supporting the connection point on the outer conductor 12b, which can be pot-shaped or bowl-shaped, in particular for the purpose of field control. In the exemplary embodiment shown, the opposing end pieces 42 and 42a have different outer contours, which are intended to represent, by way of example, the design options with regard to the avoidance of field strength peaks. In particular, a contour whose curvature is continuous, i.e. whose contour curve has a continuous first derivative in the mathematical sense, is advantageous with regard to the avoidance of field strength peaks. The end pieces 42, 42a are preferably rotationally symmetrical with respect to the common axis 50.
Der Stützisolator bzw. die Schottwand 8 ist Bestandteil eines Verbindungsstücks, das auch einen Abschnitt 12b für die Verbindung der Außenrohre 12, 12a aufweist. Diese können mit dem Verbindungsstück lösbar oder unlösbar verbindbar sein, insbesondere verschweißbar oder mittels beispielsweise nach außen abstehender Flansche verschraubbar sein.
20The support insulator or bulkhead 8 is part of a connecting piece which also has a section 12b for connecting the outer pipes 12, 12a. These can be connected to the connecting piece in a detachable or non-detachable manner, in particular welded or screwed together using flanges which protrude outwards, for example.
20
Die Kontaktelektrode 70 besteht vorzugsweise aus einem Aluminium/Magnesium/Silicium-haltigen Werkstoff, beispielsweise dem unter der Bezeichnung F31 bekannten Werkstoff, und wird bei der Montage von außen auf den Rohrstutzen 41 aufgeschoben. Um dies zu vereinfachen weist der Rohrstutzen 41 an seinem dem Leiter 2 zugewandten Ende eine zweifach gestufte Wölbung bzw. einen Wulst 47 auf, dessen Durchmesser am Ende des Rohrstutzens 41 kleiner ist als der Durchmesser einer vom Ende zurückversetzten Einschnürung 48. Durch die endseitige Fase bis zum Wulst 47 ergibt sich bei der Montage eineThe contact electrode 70 preferably consists of a material containing aluminum/magnesium/silicon, for example the material known under the designation F31, and is pushed onto the pipe socket 41 from the outside during assembly. To simplify this, the pipe socket 41 has a double-stepped curvature or a bead 47 at its end facing the conductor 2, the diameter of which at the end of the pipe socket 41 is smaller than the diameter of a constriction 48 set back from the end. The end-side bevel up to the bead 47 results in a
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Vor-Ausrichtung des Kontaktsystems 60 innerhalb des Schwenkbereichs der Lagerschale 62. Diese Vor-Ausrichtung wird durch die Einschnürung 48 stabilisiert und im weiteren Verlauf der Aufweitung bis auf den Nenndurchmesser des Rohrstutzens 41 erfolgt die abschließende koaxiale Ausrichtung von Kontaktsystem 60 und Rohrstutzen 41.Pre-alignment of the contact system 60 within the pivoting range of the bearing shell 62. This pre-alignment is stabilized by the constriction 48 and in the further course of the expansion up to the nominal diameter of the pipe socket 41, the final coaxial alignment of the contact system 60 and the pipe socket 41 takes place.
Die Fig. 2 zeigt einen vergrößert dargestellten Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Kontaktelektrode 270 und des Kontaktelements 265. Der erste Kraftspeicher ist dabei mit einem ersten vorzugsweise zylindrischen und rohrförmigen Abschnitt 261 d an der Kontaktelektrode 270 festlegbar, beispielsweise mit dieser verpreßbar. Der Abschnitt 261 d und/oder die Kontaktelektrode 270 weisen auf ihren einander zugeordneten Flächen ringförmige Nuten auf, die beispielsweise eine Sägezahnform aufweisen, zur Verbesserung der Kontakt- Und Stromtrageigenschaften der Verbindung. Der Abschnitt 261d ragt dabei axial über die Kontaktelektrode 270 hinaus und erlaubt dadurch eine Zentrierung der Kontaktelektrode 270 in Bezug auf den Leiter 202 bei deren Verbindung, beispielsweise mittels einer im wesentlichen ringförmigen Schweißnaht 272, deren äußere Kontur so gewählt ist, daß Feldstärkespitzen vermieden sind.Fig. 2 shows an enlarged detail of a longitudinal section through an embodiment of the contact electrode 270 and the contact element 265 according to the invention. The first energy storage device can be fixed to the contact electrode 270 with a first preferably cylindrical and tubular section 261 d, for example pressed onto it. The section 261 d and/or the contact electrode 270 have annular grooves on their mutually associated surfaces, which have a sawtooth shape, for example, to improve the contact and current-carrying properties of the connection. The section 261 d projects axially beyond the contact electrode 270 and thus allows the contact electrode 270 to be centered in relation to the conductor 202 when they are connected, for example by means of an essentially annular weld seam 272, the outer contour of which is selected so that field strength peaks are avoided.
Der erste Kraftspeicher bildet an seinem an den Abschnitt 261 d anschließenden Abschnitt kraftspeichernde Bereiche, insbesondere radial federnde Zungen 261 aus, die jeweils mindestens ein Kontaktelement 265 in Anlage an dem Rohrstutzen 241 halten. Das Kontaktelement 265 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und weist ein gekrümmtes Kontaktplättchen 265d auf, das in seiner Krümmung an den Außendurchmesser des Rohrstutzens 241 angepaßt ist, und auf seiner dem Rohrstutzen 241 zugewandten Fläche zwei axial beabstandete KontaktstegeThe first energy storage device forms energy-storing areas, in particular radially resilient tongues 261, on its section adjoining the section 261d, which each hold at least one contact element 265 in contact with the pipe socket 241. The contact element 265 is preferably formed in one piece and has a curved contact plate 265d, the curvature of which is adapted to the outer diameter of the pipe socket 241, and on its surface facing the pipe socket 241 two axially spaced contact webs
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265e aufweist, deren axiale Erstreckung beispielsweise 10 mm beträgt. An das Kontaktplättchen 265d schließt sich vorzugsweise einstückig ein zumindest teilkugelförmiger Abschnitt 265f an, mit dem das Kontaktelement 265 in einer konischen Bohrung der federnden Zunge 261 gelagert ist. An den teilkugelförmigen Abschnitt 265f schließt sich vorzugsweise wiederum einstückig ein zylindrischer Abschnitt 265g an, der eine axial ausgerichtete Bohrung aufweist, in welche ein Sicherungselement einsteckbar ist. Vorzugsweise ist das Sicherungselement durch einen ringförmig gebogenen Kamm 265h gebildet, dessen Zinken 265i in jeweils ein Kontaktelement 265 sichernd eingreifen und der vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht. Durch das Zusammenwirken des teilkugelförmigen Abschnitts 265f mit der konischen Bohrung der federnden Zunge 261 ist das Kontaktelement um alle drei Raumachsen drehbar.265e, the axial extent of which is, for example, 10 mm. The contact plate 265d is preferably integrally connected to an at least partially spherical section 265f, with which the contact element 265 is mounted in a conical bore of the resilient tongue 261. The partially spherical section 265f is in turn preferably integrally connected to a cylindrical section 265g, which has an axially aligned bore into which a securing element can be inserted. The securing element is preferably formed by a ring-shaped bent comb 265h, the prongs 265i of which each engage in a contact element 265 in a securing manner and which preferably consists of an electrically insulating plastic. Due to the interaction of the partially spherical section 265f with the conical bore of the resilient tongue 261, the contact element can be rotated about all three spatial axes.
Auf der Innenfläche der Kontaktelektrode 270 ist ein elektrisch isolierendes und vorzugsweise aus Kunststoff und/oder in Form eines Hartgewebes bestehendes und ringförmiges Anschlagelement 273 an- oder eingebracht, welches einen Anschlag für die radiale Bewegung des Kontaktelements und damit auch einen Überlastschutz für die federnde Zunge 261 bildet. Vorzugsweise weist das Kontaktsystem umfänglich eine Vielzahl von federnden Zungen 261 und Kontaktelementen 265 auf, wobei die Längsachse 250 eine Symmetrieachse bilden kann. Aufgrund der Kröpfung der federnden Zungen 261, durch die der das Kontaktelement 265 aufnehmende Endabschnitt parallel zum Rohrstutzen 241 verläuft, ist eine ebenfalls parallele Grundausrichtung des Kontaktelements 265 gewährleistet. Die Fig. 3 zeigt den Schnitt entlang Ill-Ill in der Fig. 2.An electrically insulating, ring-shaped stop element 273, preferably made of plastic and/or in the form of a hard fabric, is attached or inserted onto the inner surface of the contact electrode 270, which forms a stop for the radial movement of the contact element and thus also an overload protection for the resilient tongue 261. The contact system preferably has a plurality of resilient tongues 261 and contact elements 265 around its circumference, wherein the longitudinal axis 250 can form an axis of symmetry. Due to the offset of the resilient tongues 261, through which the end section receiving the contact element 265 runs parallel to the pipe socket 241, a parallel basic alignment of the contact element 265 is also ensured. Fig. 3 shows the section along III-III in Fig. 2.
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