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Verfahren und Einrichtung zu einer gruppenweisen Bündelung von Einleiterkabeln
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zu einer gruppenweisen Bündelung von Einleiterkabeln
in einem Stromnetz für Hochspannungsübertragung großer Energieleistungen, sowie
ein Verfahren zu einer schnellen und einfachen Montage solcher Einrichtungen und
einer schnellen Verlegung der Kabel.
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Insbesondere bei der Energieübertragung mit hochgespanntem Drehstrom,
allgemein HDÜ genannt, werden die für die einzelnen Phasen bestimmten Kabel in Dreierbündeln
zusammengefaßt und in Abständen zwischen etwa 50 und 100 cm mit einem besonders
reißfesten Spezialband aus Kunststoff, ähnlich einem schweren Isolierband, bandagiert
und so aneinander gebündelt. Diese Bandagebündelung hat in ers-ter Linie den Zweck,
die sehr erheblichen Kräfte aufzufangen, die bei einem Kurzschluß auf die im Bündel
befindlichen Kabel einwirken. Indem die Bandagierung zumindest teilweise um Elemente
der Kabelleiter oder sonstiger Kabelträger umgreift, dient sie gleichzeitig zur
Befestigung der Kabel an dem Kabelträger.
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Diese bekannte Bündelung erweist sich als gänzlich unzureichend, sowohl
in bezug auf die Festigkeit, als auch in wirtschaftlicher Hinsicht. Diese Tatsache
und deren Ursachen sollen hier kurz beleuchtet werden. Ein Kurzschluß bewirkt bekanntlich
eine transiente Überspannung in dem betreffenden Kabel, die sowohl dynamische als
auch thermische Beanspruchungen des Kabels und dessen Halterungen zur Folge hat.
Ein Stoßkurzschlußstrom kann sehr hohe Scheitelwerte erreichen, z.B. 300 kA und
mehr.
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Bezeichnet man den Stoßkurzschlußstrom mit dem Symbol Ts , ergibt
sich die Stoßkraft fs in kp/cm aus der folgenden Formel:
wo k eine von der Spannung abhängige Konstante und a der Abstand in cm zwischen
den einzelnen Kabelachsen darstellen. Für ein 10 kV-Stromnetz ist k = 1,77, und
für ein 1 kV-Stromnetz ist k = 2,04. Setzt man die Abstandsgröße a = 3,6 cm (400~mm2
Einleiterkabel), ergibt sich für das 10 kV-Netz bei einem 1 = 100 kA die Stoßkraft
S
Die in einem 1 kV-Netz bei einem Is = 90 kA entstehenden Stoßkraft beträgt
Bei einem Abstand 50 cm von Bündelung zu Bündelung hat jede Bandage folglich eine
Stoßkraft von über 2400 kp aufzufangen.
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Es ist hierbei vorausgesetzt, daß der Stoßkurzschlußstrom nur ein
einzelnes Kabel betrifft und lediglich auf ein einzelnes Kabelsystem einwirkt. Teilen
sich die Kurzschlußströme auf mehrere Parallelsysteme auf, ergeben sich entsprechend
kleinere Stoßkräfte.
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Nach Angaben der Kabelwerke ist der zulässige statische Druck 500
kp/cm² pro cm Isolierdicke. Die Stoßfestigkeit beiden in Bruchteilen einer Sekunde
einsetzenden Kurzschluß stoß ist jedoch erheblich geringer; hier rechnet.man mit--maximal
100 2 kp/cm . Für ein 10 kV-Einleiterkabel mit 2,2 mm Mantel und 4 mm Isolierung
ergibt sich hieraus eine maximal zulässige dynamische Belastung von 1730 kp, und
für ein 1 kV-Einleiterkabel mit 2,2 mm Mantel und 1,6 mm Isolationsdicke 1060 kp.
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Die zwischen den einzelnen Bündelbandagen einzuhaltenden Sicherheitsabstände
betragen demnach rechnerisch für ein 10 kV-Kabel 1730 = 35 cm 49 und ein 1 kV-Kabel
1060 = 23 cm 46 In der Praxis werden derart kurze Sicherheitsabstände nicht eingehalten,
sondern der übliche Abstand zwischen je zwei Bündelbandagen beträgt etwa 100 cm.
Man vertraut eben darauf, daß die Kurzschlußströme sich meist auf mehrere Parallelsysteme
aufteilen und so ihre Stoßkraft entsprechend schwächen. Um den rechnerisch zulässigen
Nindest-Sicherheitsabstand auf 100 cm zu erweitern, müßte man bei dem 10 kV-Kabel
Bandagenbänder mit 75 mm Breite verwenden, was den Vorgang der Bandagierung ganz
erheblich erschweren und verteuern würde, vorausgesetzt, daß es überhaupt möglich
wäre, an den Engstellen der Kabelleiter mit so breiten Bändern zu operieren. Bei
einem 1 kV-Kabel müßte man sogar 100 mm breite Bänder benutzen.
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Man geht daher lieber das Risiko ein, nach einem Kurzschluß die Bandagen
der betreffenden Kabelgruppen abzunehmen, an den Bandagestellen den Kabelmantel
zu prüfen und neue Bandagen anzulegen.
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Die für die Bandagierung heute ausschließlich verwendeten Kunststoffbänder
weisen eine Zerreißfestigkeit von 120 kp auf. Danach braucht man für das Auffangen
von 1730 kp (1o kV-Kabel) rechnerisch 15 Lagen, bei einem Sicherheitsfaktor 150
% 23 Lagen. Das Anwickeln derart vieler Lagen nimmt viel Arbeitszeit in Anspruch
und ist entsprechend aufwendig. Die soeben dargelegte Rechnung gilt nur dann, wenn
die Lagen der Bänder sehr sorgfältig aufeinander aufgeschichtet sind und kein Band
über die anderen Bänder übergreift. Dazu kommt, daß das Band naturgemäß von einer
entsprechend großen Rolle abgewikkelt werden muß, die beim Abwickeln immer wieder
um die Bandagestelle herumgeführt wird. Auf den üblichen Kabelleitern
sind
die Kabel allgemein von unten und von oben her zugänglich, jedoch fehlt es fast
immer an Raum nach der Wand hin und an den Seitenholmen. Es ist daher mühsam und
oft gar nicht möglich, eine Kabelgruppe an den jeweils gewünschten Steilen der Kabelleiter
zu bandagieren, weil man die Rolle mit dem Kunststoffband nicht zwischen Kabelleiter
und Wand hindurchstecken kann. Kritisch ist ebenfalls die Befestigung der Kabeigruppen
an den Kabelleitern mittels Bandagebänder, weil eine solche Befestigung mindestens
so viele Längen aufweisen muß wie die Bündelbandage, da die auf die Befestigung
einwirkenden Krafte die gleichen sind. Ferner nimmt es in der gegebenen Situation
viel Arbeitszeit in Anspruch, eine Bandagebefestigung zu lösen.
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Der soeben geschilderte Raummangel führt naturgemäß leicht zu Nachlässigkeit
bei der Bandagierung. Wie schon vorhin gesagt, ist die rechnerische Ermittlung der
Zahl der Bandlagen auf der Voraussetzung begründet, daß die Lagen sehr sorgfältig
und genau aufeinander aufliegen. Wo der Raum besonders eingeengt ist, z.B. an Steigetrassen,
ist es für den Monteur schwierig, genau zu arbeiten. Auch kann er die Ungenauigkeiten
nicht dadurch ausgleichen, daß er mehr Lagen aufbringt, denn dazu ist eben kein
Platz.
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Während das Auffangen der dynamischen Einwirkung eines Rursschlusses
von entscheidender Bedeutung für die Bündelung Qnd Befestigung einer Kabelgruppe
ist, spielt die thermische winvir kung des Kurzschlusses nur eine untergeordnete
Rolle, soweit es sich um die Kabel und ihre Isolierung handelt Die Erwrmung eines
Kabels infolge eines Kurzschlusses beträgt lediglich 100 bis 150 0C und ist wegen
des sehr kurzen Zeitintervals praktisch bedeutungslos.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Einrichtung zu einer
gruppenweisen Bündelung von Einleiterkabeln zu schaffen,
welche
die oben beschriebenen Nachteile der bisherigen Bündeleinrichtungen nicht anhaften.
Die erfindungsgemäße Einrichtung soll fernerhin ein rationales und insbesondere
ein schnelleres Montageverfahren ermöglichen, indem die Kabelgruppen zwischen festen
schellenartigen Einrichtungsteilen eingeklemmt werden, die ihrerseits an dem betreffenden
Kabelträger befestigt sind.
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Dieses sonst an sich bekannte Schellenprinzip wurde bisher von der
Fachwelt strikt abgelehnt, soweit es sich um die Bündelung von Einleiterkabeln zur
Übertragung großer Energien handelt.
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Die wesentlichen Argumente der Fachleute gingen darauf hinaus, Metallschellen
derartiger Dimensionen seien viel zu schwer und würden im Kurzschlußfalle die Kabel
verletzen; ferner bildeten sich in der Schelle Wirbelströme, die zu Erhitzungen
führen könnten. Schellen aus Kunststoff wurden von vornherein zurückgewiesen, weil
bei den bekannten Schellenformen die Reißfestigkçit der bekannten Kunststoffe nicht
ausreichte.
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In der Fachwelt galt bisher als Axiom, daß bei großen Energieübertragungen
angesichts der Kurzschlußmöglichkeit und der damit verbundenen starken dynamischen
Einwirkungen auf die Kabel eine Bündelung und Befestigung von Einleiterkabeln nur
mittels Bandagierung erfolgen könne. Es ist denn auch bis heute keine feste Einrichtung
zur Bündelung solcher Kabel bekannt geworden.
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Das fachliche Vorurteil bestand zweifelsohne weitgehend zu Recht,
denn mit den bisher bekannten Schellenformen war es tatsächlich nicht möglich, eine
hinreichend zuverlässige Bündelung schwerer Einleiterkabel zu schaffen. Ein weiteres
Ziel der Erfindung ist es, das fachliche Vorurteil zu überwinden.
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Diese Erfindungsziele werden dadurch erreicht, daß die zu bündelnde
und zu befestigende Kabelgruppe zwischen mindestens zwei mit entsprechenden, in
Kabellängsrichtung verlaufenden, dem Kabelumfang angepaßten Ausnehmungen versehenen,
zumindest
überwiegend aus Kunststoff gefertigten Klemmschalen eingeklemmt
ist, wobei mindestens einqdie Klemmschalen zusammenhaltendes, aufspannbares Halteelement
aus Metall großer Festigkeit die Klemmschalen zusammenhält und Befestigungsmittel
zur Befestigung der Einrichtung mit Kabelgruppe an einer Kabelleiter oder sonstigem
TrägereLement'aufweist. Dieses Halteelement kann aus einem in Führungsnuten der
Klemmschalen geführten Klemmbügel mit anschraubbarer Halteschiene bestehen, wobei
zumindest das Halteelement aus antimagnetischem Stahl gefertigt sein soll. In einer
besonderen Ausführungsform der Erfindung erfährt mindestens eine der Klemmschalen
an jeder Seite eine flanschartige Verlängerung, die je mindestens eine Bohrung für
die Aufnahme von je einer mit der Halteschiene zu verschraubenden Klemmschraube
aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist es empfehlenswert, die Klemmschale mit
einem im Kunststoff eingelassenen und die Bohrungen nicht berührenden Armierungsbügel
auszurüsten. Die armierte Klemmschale kann dann mittels hakenförmiger, den flanschartigen
Verlängerungen übergreifende Klemmschrauben befestigt sein.
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In einer anderen besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist
die untere Klemmschale mittels Steckverbindungen provisorisch mit der Halteschiene
verbunden. Zu diesem Zweck können an der Unterseite der Halteschiene Führungsnocken
ausgebildet sein, welche in Bohrungen der Kabelleiter hineinpassen, wobei der eine
Führungsnocken einen Querfuß aufweist, der in einer Querstellung der Halteschiene
durch ein Langloch der Kabelleiter einsteckbar ist und nach der Drehung der Halteschiene
bis zum Erreichen deren Auflagestellung die Halteschiene an der Kabelleiter verschließt.
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Wie anhand dieser erfindungsgemäßen Einrichtung die Bündelung und
Befestigung einer Kabelgruppe erfolgt, ist indem Ausführungsbeispiel beschrieben,
das durch die Zeichnungen dargestellt und erläutert wird. Es zeigen
Figur
1 eine Bündelungseinrichtung gemäß der Erfindung, mit drei gebündelten Einleiterkabeln,
in Längsrichtung der Kabel gesehen (die Kabel im Schnitt), Figur 2 die Bündelungseinrichtung
Fig. 1 in einer Seitenansicht, Figur 3 die Einzelteile der Bündelungseinrichtung,
auseinandergezogens in perspektivischer Sicht ohne Kabel, Figur 4 die zweite Version
der Bündelungseinrichtung, in der Ansicht wie auf Fig. 1, Figur 5 eine dritte Version
der Bündelungseinrichtung mit armiertem unterem Einrichtungsteil, ebenfalls in einer
Ansicht wie auf Fig. 1, Figur 6 eine Befestigungsklemmschraube wie auf Fig. 5 gezeigt,
in perspektivischer Sicht, Figur 7 einenArmierungsbügel zur Verstärkung einer Einrichtungsklemmschale,
in einer Draufsicht, Figur 8 eine Halteschiene für die Bündelungseinrichtung Fig.
1, jedoch mit besonderen vorläufigen Halteorganen, in einer Draufsicht, Figur 9
die Halteschiene Fig. 7 in einer Seitenansicht, Figur 10 die Halteschiene Fig. 7
in einer Frontansicht, Figur 11 den Kunststoffunterteil der Bündelungseinrichtung
Fig. 1, jedoch mit besonderen vorläufigen Halte-
(noch Fig. 11)
organen zum Verbinden mit den Halteschienen Fig. 7, in einer Seitenansicht, und
Figur 12 die Bündelungseinrichtung Fig. 1 mit Unterteil Fig. 10 und Halteschiene
Fig. 7, an einer Kabelleiter montiert, von unten gesehen.
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Die Kabel 1,2,3 sind zwischen zwei aus Kunststoff (z.B. Polyvinylchlorid)
gefertigten Klemmschalen 4,5 eingeklemmt, indem ein hufeisenförmiger Klemmbügel
6, der in einer an beiden Klemmschalen 4,5 ausgebildeten Rundumnut 7 gelagert ist
und dessen mit Gewinde versehenen Enden durch Bohrungen 8,9 einer unter der unteren
Klemmschale 5 angeordneten Halteschiene 10 geführt sind. mittels Schrallhenmuttern
11.12 die beiden Klemmschalen 4.5 fest aneiriander herandrückt und so die Kabel
1,2,3 gebündelt festklemmt. Vorher sind die Enden des Klemmbügels 6 durch entsprechende
Bohrungen 13 einer Kabelleitersprosse 14 gesteckt, so daß zugleich mit der Bündelung
die Befestigung der Kabelgruppe an dem Kabelträger erfolgt. Anstelle des Klemmbügels
6 und der Schraubenmuttern 11,12 kann man ein schweres Verpackungsband 61 aus Stahl
verwenden (Fig. 3), das in bekannter Weise mittels eines ösenförmigen Verschlusses
611 aufgespannt wird, indem das Band in der Verschlußstellung an dem Verschluß 611
eingeknickt wird.
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In dieser auf Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Version der Erfindung
ist es erforderlich, den Klemmbügel 6 bzw. das Klemmband 61 aus antimagnetischem
Stahl herzustellen, damit eine Wirbelstrombildung vermieden wird. Fig. 4 zeigt eine
andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher kein antimagnetisches Material
am Halteelement benötigt wird. Hier sind die Klemmschalen 4,5 mit seitlichen Verlängerungen
41,42,51,52 versehen, in welchen Bohrungen 411,421,511,521 angeordnet sind. Durch
diese
Bohrungen sind Klemmschrauben 24,25 durchgesteckt, welche die obere Klemmschale
4 mit der Halteschiene 10 und der Kabelleiter 14 verbinden undin der Weise ein Zusammenziehen
der Klemmschalen 4,5 sowie ein Festklemmen der Kabel 1,2,3 ermöglichen. Diese Bündelungseinrichtung
gewährt bei Klemmschalen 4,5, die aus Kunststoff bestehen, lediglich bei kleineren
und mittleren Energiemengen eine hinreichende dynamische Festigkeit. Sollen große
Kräfte aufgefangen werden, müssen die Kunststoffklemmschalen 4,5 eine Armierung
erfahren. Figuren 5 und 7 zeigen eine solche in der Klemmschale 5 eingegossene Armierung,
die in der Gestalt eines geschlossenen Stahlbügels 26 die Klemmschrauben 24,25 umlagert,
ohne diese zu berühren, vgl.
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Fig. 7. Die Bündelungseinrichtung Fig. 5 ist etwas anders gestaltet
als die Einrichtung Fig. 4, zu dem Zweck, nur einen Armierungsbügel 26 zu benötigen,
während die Einrichtung Fig.4 bei großer Energieübertragung sowohl. in der oberen
als auch in der unteren Klemmschale je einer Armierung 26 bedarf. Die untere Klemmschale
5 der Bündelungseinrichtung Fig. 5 wird mit Befestigungsklemmschrauben 27 und Schraubenmuttern
271,281 an der Kabelleiter 14 festgeklemmt. Jeder Befestigungsklemmschraube 27,
28 greift mit einem Kragen 272,282 über die Enden des Verstärkungsbügels 26 über.
An der Oberseite der Klemmschale 5 sind zwei Kunststoffkragen 29,30 ausgebildet,
welche die Klemmschrauben 27,28 von dem Klemmbügel 6 trennen.
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Es geht aus den Zeichnungen klar hervor, daß man eine erfindungsgemäßen
Bündelungseinrichtung mühelos überall an herkömmlichen Kabelträgern anbringen kann;
im Gegensatz zu den bisherigen Bandagenbefestigungen sind die erfindungsgemäßen
Einrichtungen auch an Steige leitern, in unmittelbarer Wandnähe und an Seitenholmen
anbringbar.
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Während bisher eine zuverlässige Bündelbefestigung von Einleiterkabeln
für große Energieübertragungen unverhältnismäßig viel Arbeitszeit erforderte und
entsprechend kostenaufwendig war, ermöglicht die Erfindung eine schnelle, kostensparende
und
einfache Montage solcher Kabel, eine Montage, die unter Anleitung
auch von ungelernten oder angelernten Arbeitern ausgeführt werden kann.
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Auf Figuren 8 bis 12 sind einige Hilfsmittel aufgezeigt,welche die
Montage noch einfacher und schneller gestaltet. Die auf Fig. 8 dargestellte Halteschiene
10 ist außer mit den Bohrungen 8,9 für den Klemmbügel 6 (Figuren 1,2,3 und 5) bzw.
für die Klemmschrauben 24,25 (Fig. 4) mit zwei Richtungsbohrungen 31,32 versehen,
welche nach unten hin je eine konische Erweiterung aufweisen-. An der Unterseite
der Halteschiene 10 sind zwei Nokken 33,34 ausgebildet, die in die Langlöcher 13
der Kabelleitersprosse 14 hineinpassen. Der Nocken 34 weist einen Fuß 341 auf, der
quer auf die Längsachse der Halteschiene 10 verläuft.
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An der Unterseite der Klemmschale 5 befinden sich zwei konisch ausgebildete
Bohrungen 35 Durch die Richtungsbohrungen 31,32 der Halteschiene 10 werden federnde
Steckbolzen 36 in die Bohrungen 35 eingesteckt. Diese Steckbolzen sind der Länge
nach aufgespalten und halten federt die Halteschiene 10 und die untere Klemmschale
5 zusammen.
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Die Montage der Kabel 1,2,3 mittels der oben beschriebenen Bündelungseinrichtungen
findet erfindungsgemäß wie folgt statt: Am Anfang des Montagevorganges wird die
untere Klemmschale 5 auf die Halteschiene 10 aufgesteckt, indem die Steckbolzen
36 in die Bohrungen 31,32,35 eingeführt werden. Es ist selbstverständlich auch möglich,
die Halteschiene 10 und die Klemmschale 5 schon in der Fabrik oder im Lager aneinander
zu befestigen, z.B. mittels Schrauben anstelle der Steckbolzen 36.
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Danach wird die Halteschiene 10 quer auf die für die Montage in Aussicht
genommene Kabelleitersprosse 14 gestellt und der Fuß 341 durch ein Langloch 13 dieser
Sprosse eingeführt. Dann dreht man die Halteschiene 10 um 900, bis der Nocken 33
in ein anderes Langloch 13 einschnappt; Halteschiene 10 und Klemmschale 5 sind nunmehr
an der Kabelleiter 14 provisorisch befestigt.
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In dieser Weise montiert man im Abstand von rd. 1 m die der betreffenden
Kabelstrecke entsprechende Anzahl von Halteschienen 10 mit Klemmschalen 5 an der
Kabelleiter 14. Dann werden die Kabel 1,2,3 auf die unteren Klemmschalen 5 aufgebracht
und die oberen Klemmschalen 4 nacheinander übergestülpt und festgeschraubt. Verwendet
man anstelle des Klemmbügels 6 das Verpackungsband 61, wird dieses durch die Bohrungen
8,9,13 durchgesteckt und festgezogen.
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Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der erfindungsmäßen
Bündelungseinrichtung liegen vor allem in der einfachen und schnellen Montage, aber
auch in der größeren Sicherheit.
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Bei entsprechender Dimensionierung der Klemmschalen und des Klemmbügels
kann eine fast hundertprozentige Sicherheit erreicht werden, daß die Kabel nicht
durch einen Kurzschluß Schaden erleiden. Aus der Einfachheit und Schnelligkeit der
Montage ergibt sich, daß man schnell und ohne wesentliche Kosten jederzeit die Kabel
an den Bündelungsstellen nachsehen kann,und daß das Auswechseln eines Kabels schnell
vor sich geht. Zusammengefaßt stellt die Erfindung einen erheblichen technischen
Fortschritt dar.
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11 Patentansprüche