DE2056645A1 - Gasisoherte Sammelschienenanlage - Google Patents

Description

British. Insulated Oallender's Cables Limited, 21 Bloomsbury Street, london, W.C.1., England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 56712/69 vom 19. Nov. 1969 beansprucht.

Gasisolierte Sammelschienenanlage

Die Erfindung bezieht sich auf mittels Gas isolierte Sammelschienenanlagen zur Übertragung elektrischer Leistung bei hohen Spannungen und starken Strömen, d.h. bei Spannungen von 22 kV und darüber und Strömen von 1000 Ampere und darüber. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage dieser Gattung mit einer oder mehreren Sammelschienen, von denen j.ede einen rohrförmigen Leistung übermittelnden Leiter umfaßt_p der koaxial in einem rohrförmigen äußeren Gehäuse montiert und von diesem durch ein Dielektrikum getrennt ist, welches hauptsächlich aus einem isolierenden Gas und im übrigen aus einer oder mehreren isolierenden Stützen besteht, welche den Leiter mit Abstand vom Gehäuse halten«, Der Leiter kann durch eine Mehrzahl

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von in Abstanden angeordneten Stützen oder durch eine oder mehrere Stützen gehalten werden, die sich in Längsrichtung über die gesamte Länge der Anlage erstrecken, z.ß. durch eine Anzahl von ebenen radialen Rippen oder einen einzelnen schraubenförmigen isolierenden Abstandshalter. Das isolierende Gas befindet sich unter einem Druck, der zumindest gleich, vorzugsweise aber sehr viel höher als der atmosphärische Druck ist. Bevor:
mosphären)

2 ist. Bevorzugt wird ein Druck von mindestens 1 MN/m (10 At-

Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist die Üchaffung einer Sammelschienenanlage der beschriebenen Gattung sowie von in derartigen Anlagen verwendbaren Sammelschienen und deren Teilen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften·

Erfindungsgemäß besteht der die Leistung führende Leiter aus einem Metallrohr von hoher Leitfähigkeit, das durch eine Anzahl von in Längsrichtung mit Abstand angeordneten inneren Rohren aus einem Material mit den für diesen Zweck geeigneten mechanischen Eigenschaften gestützt und verstärkt ist, z.ii. einem Material von höherer Zugfestigkeit und/oder einem höheren Elastizitätsmodul als sie das Rohr von hoher Leitfähigkeit aufweisen· Der Längsabstand zwischen zwei benachbarten inneren Rohren ist klein im Verhältnis zu der Länge jeder dieser inneren Rohre·

Gegenstand der Erfindung sind zusätzlich zu den Sammelschienen dafür geeignete Verbindungs- und Endstücke sowie Teilstücke des Verbunds- oder zusammengesetzten Leiters für die Herstellung solcher Verbindungs- und Endstücke« Ein zusammengesetzter Innenleiterabschnitt kann ζ·Β, dadurch hergestellt werden, daß das äußere Rohr als eine eng anliegende Umhüllung direkt über das innere Rohr extrudiert wird oder daß über dem Innenrohr ein übergroßes äußeres Rohr geformt oder aufgeschoben und dann verengt oder verjüiigi wirdf iidi so eine dichte Passung zu erreichen, oder es werden ein öder mehrere Bleche oder Bänder aus einem Metall hoher Leitfähigkeit in Längsrichtung oder stchräubenföfmig auf das irih'erö Rohr

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aufgebracht und dann die Stoßstelle oder die Stoßstellen zu einer durchgehenden Umhüllung zusammengeschweißt.

Beispiele von Sammelschienenanlagen, in denen der zusammengesetzte Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wei-den kann, sind Gegenstand der britischen Patentanmeldungen Nr. 5hüOk/6B und 34005/68 (entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 19 36 026, Offenlegungsschrift 19 36 026, Anwaltsakte 69IIO) und der britischen Patentanmeldung Nr. 56 713/69 (entsprechend der gleichzeitig mit dieser eingereichten deutschen Patentanmeldung II, Anwaltsakte Nr. 70 123).

Ilauptvorteil der Verwendung eines zusammengesetzten Leiters gemäß der Erfindung besteht darin, daß man einen mechanisch stärkeren Leiter ohne einen übermäßigen Einsatz von relativ kostspieligem Metall hoher Leitfähigkeit und ohne das Einbringen oder die Einleitung unzulässiger Spannungen in den Leiter als Ganzes rind insbesondere in die Verbindungsglieder zwischen den Leiterabschnitten, die durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der inneren und äußeren Rohre entstehen, erhält.

^Ti.enn der zusammengesetzte Leiter durch ein Gas gekühlt wird, das durch den Leiter und durch eine« Wärmetauscher zirkuliert, ergibt sich der weitere Vorteil, daß durch die Lücken zwischen den inneren Rohren die Entstehung einer turbulenten Strömung begünstigt und damit die Kühlung verbessert wird.

Die in Längsrichtung verlaufenden Räume oder Abstände zwischen den Innenrohren liegen normalerweise in der Nähe der Verbindungsstücke zwischen aufeinanderfolgenden äußeren Rohrstücken oder fallen damit zusammen, und der Leiter kann aus Abschnitten aufgebaut oder zusammengesetzt werden, die je aus einem einzelnen Außenrohr aus einem Metall hoher Leitfähigkeit bestehen, das von einem einzelnen kürzeren Innenrohr unterstützt ist, welches so angebracht und dessen Länge derart bemessen ist, daß ein nicht unterstützter kurzer

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Abschnitt des äußeren Rohres an einem Ende des Zusammenbaus vorsteht und ein nicht unterstützter kurzer Abschnitt des Innenrohres am anderen Ende des Zusammenbaus hervorsteht; alternativ dazu können auch kurze Abschnitte des Außenrohres an beiden Enden des Zusammenbaus vorstehen·

Die äußeren Rohre bestehen aus Kupfer, Aluminium oder Kupfer- oder Aluminiumlegierungen von hoher Leitfähigkeit. Die Innenrohre können z.B. aus einem Metall oder einer Legierung, z.B. aus Stahl oder einer hochfesten Aluminiumlegierung, oder auch aus durch Kunstharz gebundenen Glasfasern oder anderen Fasern hoher Zugfestigkeit gefertigt sein.

Die herausragenden oder vorstehenden Endteile der äußeren und/oder inneren Rohre können in besonderer Weise geformt werden, um das Verbinden der Rohre zu erleichtern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Verbindung ragt ein Endteil des äußeren Rohres eines Abschnittes des zusammengesetzten rohrförmigen Leiters über das Ende des inneren Rohres hinaus, und er ist zumindest mit dem äußeren Rohr, vorzugsweise aber ebenfalls mit dem inneren Rohr eines benachbarten Leiterabschnittes, in der Weise verbunden, daß Relativbewegungen in Längsrichtung verhindert werden. Vorzugsweise erstreckt sich das innere Rohr des benachbarten Abschnitts in das vorstehende Ende des äußeren Rohres des erstgenannten Abschnitts, und zwar über den Bereich hinaus, in dem die beiden äußeren Rohre miteinander verbunden sind«

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, und zwar *äre zeigen die

Fign. 1-11 Teilquerschnitte von elf verschiedenen Verbindungsformen in Sammelschienenanlagen nach der Erfindung ,

Fign.12 u.13 Querschnitte von zwei verschiedenen Endstücken von Sammelschienen nach der Erfindung, während die

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Fign.l4 u.15 Querschnitte durch zwei verschiedene dehnungsfähige Verbindungen für Sammelschienen gemäß der Erfindung wiedergeben.

Bei jeder der in den Fign. 1-11 dargestellten Verbindungen besteht ein Abschnitt des leijkungführenden Leiters einer Sammelschiene aus einem inneren Rohr 1 aus Stahl und einem äußeren Rohr 2 aus Kupfer, und der andere damit verbundene Abschnitt dieses Leiters besteht aus einem Innenrohr 3 aus Stahl und einem Außenrohr 4 eius Kupfer· Die Sammelschiene ist durch isolierende Abstandshalter oder -stücke A in einer äußeren Umhüllung B abgestützt, wodurch ein dielektrischer Raum C gebildet wird, der mit einem isüerenden Druckgas gefüllt ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Außenrohr 2 mit einer Schulter versehen, um eine Steckhülse 6 zu schaffen· Die Innen- und Außenrohre 3 und 4 sind durch Eindrücken bei "7 und 8 eingebuchtet, um eine ringsumlaufende Nut 9 zu erhalten«» Nach dem Zusammenfügen der beiden Abschnitte bei der Installation wird das freie Ende 10 der Steckhülse 6 am Ende des Leiters 2 in die Nut 9 eingedrückt, um die beiden Abschnitte"miteinander zu verbinden·

Die in Fig. 2 dargestellte Verbindung ist ähnlich der Verbindung nach Fig. 1, nur ist das innere Rohr 3» statt es bei 7 einzuziehen, mit Rippen 11 und 12 versehen, über die das Rohr 4 und, während der Installation, bei 13 und 14 das Rohr 2 gedrückt wird, um die beiden Abschnitte miteinander zu verbinden. Das gerippte Ende 15 des Innenrohres 3 kann entweder ein integraler Teil des Innenrohres 3 sein oder kann aus einem Verlängerungsstück bestehen, das an den glatten rohrförmigen Teil 3 bei l6 angeschweißt ist»

Die in den Fign_o 3 und 4 gezeigten Verbindungen sind im Grundaufbau ähnlich der Verbindung der Fig, 2, jedoch mit dem Unterschied, daß nach Fig. 3 eine Mehrzahl von Nuten an dem Ende des Innenrohres 3 vorgesehen ist und daß die Verbindungen

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zwischen den Außenrohren 2 und k bei beiden Ausführungsformen durch ein kurzes Kupferrohr 17 hergestellt sind, das wcihrend der Installation über die Enden der Rohre 2 und k aufgedrückt wird. Weil die Nuten bei diesen Ausführungsformen durch Kippen erzielt sind, muß das Ende des Rohres 2 vor dem Zusammenbau zu einer Steckhülse aufgeweitet werden; in Fallen, in denen die Nuten sämtlich durch eine Durchmesserverringerung gebildet werden, wäre dies nicht nötig.

Die Verbindung nach Fig. 5 ist ähnlich der Verbindung nach Fig. 2 mit dem Unterschied, daß vier Rippen 18 - 21 am Ende des Innenrohres 3 vorgesehen sind und daß sich die Außenrohre 2 und 4 lediglich im Bereich zwischen den beiden inneren Lippen 19 und 20 überlappen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Verbindung sind die Außenrohre 2 und h durch ein Paar ineinandergreifender Klemmuttern 21 und 22 miteinander verbunden, die an den Enden der Rohre 2 und 4 vorgesehene Flansche 23 und 2k zwischen sich zusammendrücken. Eine sichernde Scheibe aus Jrolyt/etrQfluoräthylen 25 ist zwischen der inneren Klemmfläche der Mutter 22 und der benachbarten Fläche des Flansches 2k angeordnet. Es ist eine Corona-Abschirmung 26 vorgesehen, und es ist zu bemerken, daß bei dieser Verbindung die Enden 27 und 28 der äußeren rohrförmigen Umhüllung B der Sammelschiene durch ein ausgeformtes iJberbrückungsstück 29 miteinander verbunden sind. Das Innenrohr 3 ragt vorzugsweise in das Ende des Außenrohres 2 hinein, um die Klemmverbindung zu unterstützen

Die in Fig. 7 dargestellte Verbindung ist ähnlich der Verbindurig der Fig. 6, jedoch sind die ineinandergreifenden l^uttern 21 und 22 durch eine zweiteilige (in Längsrichtung geteilte) Manschette 30 ersetzt, welche die beiden Flansche 23 und 2k einfassen. Die beiden Hälften der Manschette 30 werden für die Verbindung durch Bolzen miteinander verbunden. Eine Abschirmung ähnlich der Abschirmung 26 in Fig. 6 kann zweckmäßig sein.

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Die in Fig. 8 dargestellte Verbindung kann lediglich in Fällen benutzt werden, in denen die innenleiter relativ zueinander um ihre Längsachse gedreht werden können, um bei 31 eine Schraubgewinde-Verbindung zwischen den Enden der äußeren Kupferrohre 2 und 4 herzustellen. Die Gewinde sind verzinnt, um ein Lockern zu vermeiden«

Die in Fig. 9 dargestellte Verbindung ist ähnlich der Verbindung nach Fig. 8, verwendet jedoch ein Überbrückungsstück mit Innengewinde (Links- und Rechtsgewinde), um die mit Außengewinde versehenen Außenrohre zusammenzuziehen, wodurch es nicht erforderlich ist, die Leiter zu drehen·

Bei den in den Fign. 10 und 11 dargestellten Verbindungen wurden einfach Schweißverbindungen bei 33 und 34 vorgesehen. Ebenfalls eine Schweißverbindung ist zwischen zwei Längen der äußeren Umhüllung B bei 35 in der Fig. IC gezeigt· Gemäß Fig. 11 sind die benachbarten Enden der Außenrohre 2 und 4 verdickt, um (an der Schweißstelle) eine-bessere elektrische Leitfähigkeit zu sichern·

Oei dem in Fig. 12 gezeigten Endstück ist das Ende eines Außenrolires 36 eines'Innenleiters zwischen einem abgeschrägten Ring 37 und einem entsprechend abgeschrägten Teil 38 der Bohrung eines metallischen Endblocks 39 eingeklemmt· Die Klemmung wird dadurch erzielt, daß auf den Innenring 37 eine axiale Kraft ausgeübt wird, z.B. durch einen mit Außengewinde versehenen Befestigungsring 40, der in ein Innengewinde 41 des Blocks 39 eingeschraubt wird. Bei Endstücken dieser Art ragt das am Endstück eingeklemmte Ende des Außenrohres normalerweise über das Ende des Innenrohres hinaus. Der Block 39 wird durch eine isolierende Manschette 42 gehalten, und eine zweite isolierende Manschette 43 dient zur Leitung für ein Gas öder ein anderes kühlmittel, das durch den Innenleiter fließt. Die Isoliermanschetten sind durch mit Schrägflächen versehenen Kragen 42 A, 43 A gehalten·

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Bei dem in Fig. 13 gezeigten Endstück ist das Außenrohr durch Eindrücken bei 44 und 45 in an der Bohrungswandung des Blocks 39 ringsumlaufende Nuten befestigt. Die Isolatoren 42, 43 sind in derselben Weise wie nach Fig. 12 verwendet.

Die in den Fign, 14 und 15 gezeigten Verbindungen sind gerade Verbindungen, durch die ein Kupfer-Leiter 46 mit einem inneren verstärkten Stahlrohr 47 mit einem nichtverstärkten Kupferleiter 48 verbunden ist. Diese Art der Verbindung ist besonders für das Einleiten in Endstücke geeignet, die dtirch eine kurze Länge eines nichtverstärkten Kupferleiters 48 erfolgt, weil sie eine gleitende Verbindung ermöglicht, die eine durch die Ausdehnung der verstärkten und nichtverstärkten Leiter zustandekommende Relativbewegung zuläßt. Im wesentlichen identische Verbindungen können jedoch auch für eine ausdehnungsfähige Verbindung zwischen zwei verstärkten rohrförmigen Leitern nach der Erfindung vorgesehen werden,

\>ie aus Fig. 14 hervorgeht, ist das Ende des Leiters 48 bei 49 eingezogen, um einen (lleitsitz innerhalb des angestauchten Endes 5Ü des Leiters ·46 zu schaffen. Line Anzahl von flachen geflochtenen oder litzenförmigen Leitern 51 ist in Abständen auf die Umfangsflache eines Kragens 52 aufgeschweißt oder aufgelötet, der dann wiederum mit dem Leiter 48 verschweißt ist. Die geflochtenen Leiter^f werden dann durch ein Metallband 53 gesichert und in die dargestellte Form gebogen, wonach sie durch ein weiteres Band 54 befestigt und dann mit dem äußeren angestauchten Ende 5^ des Leiters 46 verschweißt oder verlötet werdeno

Bei einer Ausdehnung der Leiter 46 und 48 verringert sich deren Abstand und bewirkt eine Rollbewegung der geflochtenen Leiter innerhalb einer Corona-Abschirmung, die aus zwei Hälften 551 56 besteht, die an ihrer Verbindungsstelle 57 mit den geflochtenen Leitern verbunden sein kann·

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Die in Fig. 15 dargestellte Verbindung ist der in Fig. l4 gezeigten Verbindung ähnlich» sie weist jedoch eine verstärkende Innenauskleidung 47 auf» und beide Leiter sind angestaucht, um verdickte Enden ^O zu schaffen· Strichpunktiert sind in dieser Zeichnung die Lagen der Leiterenden und der geflochtenen Leiter bei der maximalen Ausdehnung der rohrförmigen Leiter dargestellt«

Bei diesen beiden Konstruktionen der Fign. 14 und 15 wird ein Schlurfen der geflochtenen Leiter 5* vermieden, und durch die Rollbewegung wird ein angenähert konstanter Biegeradius aufrechterhaltene

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen -- oder in kombination -- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sindo

Patentansprüche

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Claims (1)

1. 70 122

   Patentansprüche

   1./Elektrische Sammelschienenanlage mit einem rohrförmigen Leiter, einer den rohrförmigen Leiter konzentrisch umgebenden rohrförmigen äußeren Umhüllung, wobei der ring»förmige Raum zwischen dem rohrförmigen Leiter und der äußeren Umhüllung durch ein Dielektrikum ausgefüllt ist, das im wesentlichen aus einem isolierenden Gas und im übrigen aus isolierenden Stützen besteht, die den Leiter in Abstand von der Umhüllung halten, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Leiter aus einem äußeren Metallrohr (2, ^lt) von hoher Leitfähigkeit und mehreren verstärkenden, mit Längsabstand voneinander angeordneten inneren Rohren (l_t 3) zusammengesetzt ist, wobei der Längsabstand zwischen zwei benachbarten Innenrohren (1, 3) klein im Verhältnis zur Länge eines jeden dieser innenrOhre ist»

   2· Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

   2 isolierende Gas unter einem Druck von mehr als 1 MN/cm (10 Atmosphären) gehalten ist.

   3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung eines turbulenten gasförmigen Kühlmittelstromes durch den rohrförmigen Leiter vorgesehen sind·

   4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Innenleiter aus axial fluchtenden Abschnitten besteht, durch die eine Verbindung zwischen aneinandergrenzenden ersten und zweiten Abschnitten des zusammengesetzten Leiters hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endteil (1Λ) des Außenrohres (2) des ersten Leiterabschnittea über dessen Innenrohr (1) hinausragt und mix dem Außenrohr (4) des zweiten Leiterabschnitte* verbunden ist, um eine relative Längsbewegung zwischen den Leiteyabacünitten zu verhindern (Fig· 2).

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   5β Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Endteil des Außenrohres (2) des ersten Leiterabschnittes zusätzlich mit dem Innenrohr (3) des zweiten Leiterabschnittes verbunden ist, tun auch eine relative Längsbewegting zwischen diesen Teilen (2, 3) ^u verhindern (Fig»3)·

   6. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest einen Endabschnitt mit einem Endblock (39) aufweist, der eine Purchgangsbohrung besitzt, in die ein Endteil (36) des Außenrohres eines zusammengesetzten Leiters hineinverlängert ist, daß eine erste Isoliernianschette (42) den zusammengesetzten Leiter umgibt, die einseitig mit dem Endblock sowie mit ihrem anderen Ende mit der den zusammengesetzten Leiter umgebenden Außenumhüllung verbunden ist, und daß eine zweite Isoliernianschette (45) mit der Durchgangsbohrung verbunden ist und dadurch eine Kühlleitung bildet, die mit dem zusammengesetzten Leiter in Verbindung steht.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dnß die Durchgangsbohrung einen abgeschrägten Teil (38) aufweist und daß ein entsprechend abgeschrägter Innenring (57) sowie Mittel (40) zur Ausübung einer Axialkraft auf diesen Innenririg vorgesehen sind, um das Außenrohr (56) gegen den abgeschrägten Teil (38) der Bohrung zu drücken·

   8» Anlage nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß eine ausdehnungsfähige Verbindung vorgesehen ist, die aus einer teleskopförmigen Verbindung zwischen entweder dem Innenrohr oder dem Außenrohr des ersten zusammengesetzten Leiters und einem anderen rohrförmigen Leiter (48) besteht, wobei eine Anzahl von flexiblen geflocHtetien oder litzenförmigen Leitern (5l)| die C-förmig gebogen sind, die Außenseite"des ersten zusammengesetzten Leiters mit dem anderen Leiter verbinden und eine quergeteilte Corona-Abschirmung (56) alle flexiblen Leiter (51) umgibt.

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   9« Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
   flexiblen Leiter (51) bei einer Relativbewegung zwischen zwei zusammengesetzten rohrförmigen Leitern nuf der
   Innenfläche der Corona-Abschirmung (55» 56) abrollen.

   10» Ein Leiterabschnitt für eine elektrische Sammelschienenanlage nach Anspruch 1, bestehend aus einem metallischen Außenrohr von hoher Leitfähigkeit und einem verstärkenden Innenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) einseitig einen aufgeweiteten Teil, der eine Steckhülse
   (6) bildet, und an seinem entgegengesetzten L'iide eine
   rihgsumlaufende Nut (9) aufweist, wobei das verstärkende Innenrohr (3)ι von dem die Steckhülse bildenden Teil

   abgesehen, uftl einen Betrag kürzer ist als das Außenrohr, das klein ist im Verhältnis zur Länge des Leiterabschnittes,

   11. Leiterabschnitt für eine elektrische Sammelschienenanlage nach Anspruch 1, bestehend aus einem metallischen Auftonrohr von hoher Leitfähigkeit und einem verstärkenden
   Innenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr
   um einen Betrag kürzer ist als das Außenrohr, der k3.ein
   ist im Verhältnis zur Länge des Abschnitts, daß das
   Innenrohr (3) über das Außenrohr (k) einseitig vorsteht, und daß zumindest eine ringsumlauf elide Nut (8) in zufc mindest dem Außenrohrteil, das dem vorstehenden Innenrohr

   (3) benachbart ist, und zumindest eine zweite ringsunilaufende Nut (7) in dem vorstehenden Teil des Innenrohrs (3)
   vorgesehen sind (Figo l)·

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