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Stabisolator
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stabisolator mit einem als Kraftübertragungsglied
wirkenden, an seinen beiden Enden mit Je einer aus dem äußeren Isoliermantel vorstehenden
Krafteinleitungsvorrichtung versehenen, eine hohe Zugfestigkeit aufweisenden Kern
aus Isolierstoff, bevorzugt aus glasfaserversträktem gunststoff.
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Derartige Stabisolatoren werden z.B. in Hochspannungs-Freileitungesystemen
wie in Hochepannungs-Fahrleitungen verwendet und unterliegen Je nach ihrer Anordnung
in derartigen Systemen unterschiedlichen Beanspruchungen.
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So kann ein Stabisolator lediglich auf Zug beansprucht werden, oder
es kann sich um Beanspruchungen auf Druck, Biegung oder Knickung handeln. Ein Biegemoment
wird auf einen solchen Stabisolator z.B. durch eine asymmetrische Krafteinleitung
ausgeübt. In erster Linie sind hiervon die Fahrleitungsisolatoren für elektrische
Bahnen betroffen. Ein weiterer Anwendungsfall sind Ieolatoren, die mit Rohrauslegern
fest verbunden sind, wobei die Rohrausleger selbst durch die Konstruktion der elektrischen
Fahrleitung auf Biegung beansprucht werden.
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Die üblichen Stabisolatoren weisen einen Kern mit rundem Querschnitt
auf, der in relativ aufwendiger Weise mittels einer entsprechenden Form hergestellt
werden muß. Die Krafteinleitung in den Kern, d.h. die Anbringung von Metallarmäturen
an den Enden des Kerns, kann in der Weise erfolgen, daß das Kernende mittels eines
Keils aufgespreizt und das aufgespreizte Kernende in einer Metallhülse aufgenommen
wird. Da die Druckfestigkeit eines Kerns aus glasfaserverstärktem Kunststoff quer
zur Faser
verhältnismäßig gering ist, ist lm Interesse einer mechanisch
sicheren Verankerung des Kernendes der Metallarmatur eine möglichst große BerUhrungsfläche
zwischen dem Kern einerseits und dem Keil und der Armatur andererseits erwünscht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stabisolator der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß eine möglichst wirtschaftliche Herstellbarkeit
des Stabisolators erhalten wird.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöet, daß der Kern
des Stabisolators rechteckigen Querschnitt hat.
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Der Kern des erfindungsgemäßen Stabisolators ist wirtschaftlich herstellbar,
z.B. dadurch, daß die Kerne aus gepreßten Platten aus glasfaserverstärktem Kunststoff
gewonnen werden. Beispielsweise kann man in der Weise vorgehen, daß man großflächige
gepreßte Platten in der gewUnschten Weise zerschneidet. Ferner kann durch geeignete
Abmessungen des Rechteekkerns das Widerstandsmoment desselben den Jeweiligen Anforderungen
angepaßt werden, wobei der Herstellungsaufwand gering ist.
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Der rechteckige Kernquerschnitt ermöglicht ferner die Ausbildung einfacher
und damit preisgffnstiger Erafteinleitungsvorrichtungen, da sich im Verhältnis zum
Kernquerschnitt eine große Kontaktfläche zwischen dem Kern einerseits und dem Keil
und der Armatur andererseits ergibt.
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Bei den häufig anzutreffenden Anwendungsfällen, in denen eine große
Biegefestigkeit in nur einer Richtung, nicht dagegen in der dazu senkrechten Richtung
verlangt wird, kann der erfindungsgemäße Stabisolator in der Weise angepaßt werden,
daß man die in der gewEnschten Richtung liegende Seite des Kernquerschnitt-Rechtecks
wesentlich länger als die andere Rechteckseite wählt. Auf diese Weise erreicht man
in der gewünschten Richtung eine Biegefestigkeit des Stabisolators, die wesentlich
größer ist als die eines einen runden Kern mit gleicher Querschnittsfläche aufweisenden
Stabisolators.
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Grundsätzlich kann der Kernquerschnitt Jedoch auch quadratisch sein.
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Nach einer bevorsugten Ausrührungsrorm der Erfindung weist der Stabisolator
mindestens zwei parallel zueinander verlaufende, miteinander verbundene Kerne mit
rechteckigem Querschnitt auf, und die beiden Kerne sind von einer gemeinsamen, den
äußeren Mantel und Schirme bildenden Kunststoffhülle umgeben. Bei dieser AusfUhrungeform
Ueibt der Stabisolator bei einem Bruch eines der beiden Kerne in mechanischer und
elektrischer Hinsicht im wesentlichen intakt, ohne daß irgendwelche Teile des Stabisolators
von demselben herabhängen können.
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Es können dabei die Kerne relativ zueinander so angeordnet sein, daß
die größeren Rechteckseiten miteinander fluchten, wodurch sich eine hohe Biegefestigkeit
in Richtung der größeren Rechteckseiten ergibt, und zwar auch nach eventuellem Bruch
eines der beiden Kerne.
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Es können Jedoch auch die kleineren Rechteckseiten der Kerne miteinander
fluchten, wodurch sich eine gedrängte Bauform ergibt und die Schirme eine im wesentlichen
kreisrunde Form haben können.
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Es kann vorgesehen werden, daß auf jeder Seite des Stabisolators die
Krafteinleitungsvorrichtungen jedes der Kerne unabhängig voneinander an ein gemeinsames
Gelenkstück angelenkt sind. Diese Ausführungsform ist vorwiegend fdr die Aufnahme
von Zugkräften vorgesehen. Beim Defekt, wie die übermäßige Dehnung eines der Kerne
oder das Rutschen einer Krafteinleitungsvorrichtung am Ende eines der Kerne, bewirkt
bei dieser Ausführungsform eine Veränderung der Lage der Isolatoren-Anschlußarmatur,
wodurch der Schaden einer Kontrollperson zu einem Zeitpunkt angezeigt wird, zu dem
der Stabisolator seine elektrischen und mechanischen Funktionen noch voll erfüllt
und seine Lage im Leitungsnetz nur gerlngfügig verändert hat. Diese geringfUgige
Lageveränderung bewirkt auch selbst in Fahrleitungesystemen keine Beeinträchtigung
der Betriebssicherheit der Fahrleitung. Auch dann, wenn der Schaden zum Bruch eines
der Kerne führt zeigt die veränderte Lage der Isolatoren-Anschlußarmatur einer Kontrollperson
den Schaden an, während die Isolatoren-Anschlußarmatur dafür sorgt, daß die Last
vom kranken auf den gesunden Kern übergeleitet wird, ohne daß eine oberbelastung
eintritt.
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Zu beachten ist im Zusammenhang mit der Zweikernausführung auch die
Tatsache, daß zwei kleine Querschnitte eine höhere spezifische Dauerbelastung ermöglichen,
als ein großer Querschnitt, eo daß sich eine größere Leistungsfähigkeit und damit
eine höhere Wirtschaftlichkeit ergeben. Eine besondere
Bedeutung
hat die Zweikernausftlhrung in Hochspannungssystemen, insbesondere in Pahrleitungssystemen,
in denen aus wirtschaftlichen Grunde und aus Platzgründen keine Lichtbogen-Schutzarmaturen
vorgesehen werden können. In derartigen Systemen ist die Gefährdung eines Stabisolators
aufgrund der Lichtbogenbeanspruchung beson«ers groß.
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Es können jedoch auch an jedem Ende des Stabisolators die Krafteinleitungsvorrichtungen
Jedes der Kerne starr miteinander verbunden sein oder einen einheitlichen Körper
bilden. Diese Bauform ist bevorzugt für Anwendungen vorgesehen, bei denen eine Beanspruchung
auf Biegung und Knickung stattfindet. Bei entsprechender Ausbildung der Krafteinleitungsarmaturen
findet eine Zerlegung des Biegemoments in reine Zug- und Druckkräfte statt, so daß
die Einzelkerne nur auf Zug oder Druck beansprucht werden und allenfalls noch ein
Sekundärmoment aufzunehmen haben.
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Das Biegemoment kann senkrecht oder parallel zur Isolatorenachse wirksam
sein. Senkrecht zur Isolatorenachse wirkt z.B. ein Biegemoment auf Isolatoren, die
mit Rohrauslegern bei Fahrleitungen verbunden sind. Parallel zur Isolatorenachse
erstreckt sich ein Biegemoment, z.B.
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auf Isolatoren für Fahrleitungs-Streckentrennungen.
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Ein senkrecht zur Isolatorenachse wirkendes Biegemoment wird im Zweikern-Isolator
in zwei gleichgroße Kräfte verschiedenen Vorzeichens zerlegt, wobei lediglich ein
noch aufzunehmendes Sekundärmoment verbleibt. Dieses Sekundärmoment kann jedoch
auf verschiedene Weise kompensiert werden.
Die herstellungsmäßig
einfachste Lösung besteht darin, die beiden Kerne Uber einen zwischen ihnen verlaufenden
Steg zu verbinden. Eine andere Lösung besteht darin, mehrere derartige Verbindungsstege,
die in Längsrichtung des Isolators im Abstand hintereinander angeordnet sind, zwischen
den Kernen vorzusehen.
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Die zweitgenannte Lösung ist zwar herstellungsmäßig aufwendiger, hat
aber den Vorteil, daß Längenveränderungen der Kerne in weit geringerem Maße zu mechanischen
Spannungen zwischen den Kernen und der zwischen ihnen vorgesehenen Verbindung führen.
Die Verbindung der beiden Kerne wirkt sich auch auf die Knickfestigkeit günstig
aus.
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Bei parallel zur Isolatorenachse wirkenden Biegebeanspruchungen sind
die in den beiden Kernen wirkenden Teilkräfte verschieden groß; jedoch handelt es
sich um reine Zug- und Druckkräfte, während ein Sekundärmoment nicht auftritt.
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Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stabisolator
drei Kerne aufweist. Diese Ausfahrungsform ist besonders für die Verbindung mit
Rohrauslegern geeignet, weil die Festigkeit des Isolators auch dann noch erhalten
bleibt, wenn ein Kern vollständig ausfällt. Die Sicherheit derartiger Isolatoren
ist daher besonders groß.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen im
Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur
1 den Einkern-Isolator nach der Erfindung, wobei eine Ansicht auf die größere Rechteckseite
des Kerns, eine Ansicht auf die kleinere Rechteokseite des Kerns und eine Querschnittsansicht
A-A gezeigt sind und wobei in den beiden eretgenann-@en Ansichten Teile der Schirme
entfernt sind zwecks Sichtbarmachung des Kerns; Figur 2 den Zweikern-Stabisolator
nach der Erfindung in den gleichen Ansichten wie in Figur 1; Figur 3 den Zweikern-Stablsolator
nach der Erfindung, und zwar in der oberen Abbildung in normaler Abspannlage und
in der unteren Abbildung mit einer Abspanngarnitur, die aufgrund des Rutschens einer
Krafteinleitungsvorriohtung oder eines Bruch eines Kerns verdreht ist; Figur 4 den
Zweikern-Stabieolator nach der Erfindung in den gleichen Ansichten wie in Figur
1, und zwar mit an Jedem Ende starr verbundenen Kraft ein leitungsvorrichtungen:
Figur 5 den Dreikern-Stabisolator nach der Erfindung in den gleichen Ansichten wie
in Figur 1, sowie in den beiden Endansichten; und Figur 6 den Dreikern-Stabisolator
nach der Erfindung in einer abgewandelten AusfAhrungerorm.
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In Figur 1 weist der Kern 1 des Stabisolators einen rechteckigen Querschnitt
auf, wobei die längere RechteokBeite
mehr als doppelt eo groß wie
die kUrzere Rechteckseite ist. Dementsprechend weisen die Schirme 2 eine elliptische
Form auf (vgl. Schnittansicht). Der Kern besteht bevorzugt aus glasfaserverstärktem
Kunststoff, während die Schirme aus Silikonelastomer bestehen. An jedem Ende des
Isolatorkerns 1 ist eine Armatur 3 angebracht, die das mittels eines Keils 4 aufgespreizte
Kernende fest umfasst. Auf Grund der langgestreckten Querschnittsform des Kerns
kann der Keil 4 in entsprechender Weise langgestreckt sein, was eine große Anpreßfläche
zwischen dem Kernmaterial einerseits und der Armatur 3 und dem Keil 4 andererseits
zur Folge hat, wodurch die bereits erörterten Vorteile erhalten werden.
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Der Stabisolator nach Figur 2 weist zwei Kerne 1, 1' auf, deren jeder
in ähnlicher Weise wie in Figur an jedem Ende mit einer Armatur 3, 3' verbunden
ist. Der Zwischenraum 5 zwischen den beiden Kernen 1 und 1' ist mit demselben Werkstoff
gefüllt, aus dem die Schirme 2 bestehen. An jedem Ende des Stabisolators sind die
beiden Armaturen 3 und 3' - etwa beim Bruch eines der beiden Kerne - in Längsrichtung
relativ zueinander beweglich und werden unabhängig voneinander an ein in Fgur 2
nicht gezeigtes gemeinsames Gelenkstück angelenkt, von dem aus die Abspannung des
Stabisolators erfolgt.
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Der Stabisolator nach Pigur 3 weist ebenfalls zwei Kerne 1 und 1'
auf, die mit Armaturen 3, 3' in der schon erläuterten Weise verbunden sind. Die
Armaturen 3, 3' sind ihrerseits an Glieder 6, 6' angelenkt, die an eine gemeinseme
Abspanngarnitur 7 angelenkt sind.
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Während die obere Abbildung in Figur 3 die normale Abspannlage zeigt,
ist in der unteren Abbildung die Lage des Isolators gezeigt, die sich etwa nach
dem Rutschen der Armatur 3' oder nach dem Bruch des Kerns 1' ergibt.
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Wie ersichtlich, ist die Neigung der Glieder 6, 6' gegenüber der usprünglichen
Lage deutlich verändert und die Armaturen 3 und 3' sind in Längsrichtung gegeneinander
verschoben. Diese Veränderungen zeigen einer Kontrollperson den defekten Zustand
des Stabisolators an.
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Der Stabisolator wird in diesem Zustand seine Lage im Leitungsnetz
nur geringfügig verändern, und seine mechanischen und elektrischen Funktionen werden,
wenn auch mit verminderter Sicherheit, aufrecht erhalten.
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Je nach Art und Lage des Defekts wird sich unter Umständen auch am
linken Ende des Stabisolators die gleiche Lageveränderung der Armaturen und Abspanngarnituren
ergeben.
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Die Zweikern-Anordnung hat unter anderem den Vorteil, daß eventuell
auf den Stabisolator ausgeübte Biegekräfte in ein Kräftepaar zerlegt werden, bestehend
aus einer Zug-und einer Druckkraft in jeweils einem der beiden Kerne.
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Die Kerne haben lediglich noch ein Sekundärmoment aufzunehmen, das
größenordnungsmäßig nur etwa 1/10 des externen Biegemoments beträgt. Dieser Vorteil
kommt besonders bei der für Biege- und Knickbeanspruchungen vorgesehenen Ausführungsform
gemäß Figur 4 zum Tragen, bei der die beiden Krafteinleitungsvorrichtungen 3 und
3' an jedem Ende des Stabisolatore starr miteinander verbunden sind. Die Krafteinleitungsvorrichtungen
3 und 3' sind ferner starr mit einer Abspanngarnitur 7' verbunden. Im übrigen kann
diese AuefAhrungsform weitgehend denen der Figuren 2 oder 3 entsprechen.
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Bei den AusfAhrungsformen gemäß den Figuren 2 bis 4 ist der Zwiechenraum
5 zwischen den Kernen vollständig mit dem Kunststoff gefüllt, aus dem auch die Schirme
des Stabisolators gebildet sind. Dieser Kunststoff iSt relativ nachgiebig,undes
ergibt sich bei AusUbung eines Biegemomente auf den Stabisolator das schon erwähnte,
um etwa einen Faktor 10 geringere Sekundärmoment für jeden Einzelkern.
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Statt dessen kann man jedoch einen durchgehenden starren Verbindungssteg
zwischen den beiden Kernen vorsehen, der innerhalb der Außenhülle des Stabisolators
liegt und die Auebildung des genannten Sekundärmoments verhindert.
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Statt des durchgehenden starren Verbindungssteges kann man ferner
auch in Längsrichtung des Stabisolators im Abstand hintereinander angeordnete Verbindungsstege
vorsehen, die innerhalb der Außenhülle des Stabisolators liegen. Es werden dadurch
- bei genügend kleinem Abstand der Stege - die Sekundärmomente bis auf unerhebliche
innerhalb der Abstände wirkende Restmomente verringert.
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Ferner wird erreicht, daß bei einer durch ständigen Zug verursachten
Dehnung der Kerne die Verbindungestege sozusagen mitwandern und die durch eine solche
Dehnung verureachten Spannungen zwischen den Kernen und den Verbindungsstegen relativ
gering bleiben, wohingegen diese Spannungen bei dem vorerwähnten durchgehenden Verbindungssteg
relativ groß sein können.
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Der Stabisolator gemäß Figur 5 weist drei Kerne 1, 1' und 1" auf.
An jedem Ende des Stabisolators ist je eine Armatur 3 vorgesehen, die die Enden
der drei Kerne 1, 1' und
1" aufnimmt. Wie aus dem in Figur 5 dargestellten
Querschnitt A-A hervorgeht, ist der mittlere Kern 1" quadratisch, während die beiden
Außenkerne 1' und 1 langgestreckt rechteckig sind, und mit ihren kürzeren Rechteckseiten
miteinander fluchten. Die drei Kerne sind innerhalb der Außenhülle des Isolators
miteinander verbunden, wobei die Verbindungsfugen wasserdicht und spannungsfest
sein müssen und die mechanischen Spannungsdifferenzen innerhalb der drei Kerne aufnehmen
können müssen. Der Dreikern-Stabisolator hat insbesondere den Vorteil, daß selbst
beim Bruch eines Kerns der Stützpunkt voll betriebstauglich bleibt, weil die noch
gesunden zwei Kerne voll ausreichen, um die auf den StUtzpunkt wirkenden Kräfte
aufzunehmen.
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Ein auf den Stabisolator ausgeübtes Biegemoment führt zu einem Kräftepaar
in den beiden Außenkernen, d.h.
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der eine Außenkern wird gedehnt, während der andere Außenkern gestaucht
wird. Eine beginnende oberbelastung wird einer Kontrollperson durch die Deformation
der Schirme angezeigt. Wie bei der zuvor erörterten Zweikern-Ausfahrung können die
auf die Kerne ausgeübten Sekundärmomente durch die schon beschriebenen Stegkonstruktionen
abgefangen werden.
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Eine abgewandelte Ausftlhrungsform des Dreikern-Stabisolators ist
in Figur 6 dargestellt, wobei im oberen Teil dieser Figur eine seitliche Ansicht,
im mittleren Teil eine Schnittansicht entlang B-B und im unteren Teil eine seitliche
Ansicht des mittleren Kerns 10" entlang c-c gezeigt werden. Bei dieser Ausftihrungsform
ist vorgesehen, den mittleren Kern 10(( an der einen Ein8pannstelle
gleitend
zu lagern und um das maximale Dehnungs-oder Stauchungsmaß kUrzer auszubilden. Der
mittlere Kern 10" ist in der Krafteinleitungavorrichtung 13' gleitend eingespannt,
während er in der Erafteinleitungsvorrichtung 13 fest verankert ist. In dem bei
normaler Belastung vorliegenden Zustand kann der mittlere Eern 10" keine Druck-
und Zugkräfte, sondern nur Biegemomente übernehmen. Bei oberdehnung bzw. Überstauchung
der von den Kernen 10 und 10' gebildeten Systeme tritt zwischen dem Kern 10'' und
dem dberbeanspruchten Kern 10 bzw. 10' eine Bewegung ein, die dazu benutzt werden
kann, eine Anzeige auszulösen. Die Bewegung des mittleren Kerns 10'' relativ zu
den anderen Kernen 10 und 10' wird auf eine bestimmte Dehnungsgrenze z.B. 10 %o
begrenzt, eo daß der mittlere Kern 10'' ein Reservesystem bildet. Bei Überschreitung
dieeer Belastungsgrenze erfolgt eine Signalisierung, z.B.
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durch Zerdrücken einer Glasampulle mit Farbstoff, und im Anschluß
daran wird die Überlastung des betreffenden Systems dadurch gestoppt, daß das von
dem mittleren Kern 10'' gebildete Reservesystem nun auch parallel zur Isolatorenachse
kraftschlüssig wird und das Uberlastete System von weiteren zusätzlichen Belastungen
im wesentlichen entlastet wird.
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Um eine begrenzte Gleitmöglichkeit für den Stab 10'' in der Krafteinleitungsvorrichtung
13' zu schaffen, sind in den Kernen quer verlaufende DurchfUhrungsöffnungen 16 illr
BeieNtigungsbolzen vorgesehen und sind an dem gleitend eingespannten Endabschnitt
des Kerns 10'' als Langlöcher ausgebildet1 während sie an den Kernen 10 und 10'
als Rundlöcher ausgebildet sind.
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Die Glasampulle (nicht gezeigt) mit dem Farbstoff wird in eine mit
Bezugazeiohen 17 gekennseichnete Bohrung gesteckt, die durch alle 3 Kerne hindurchgeht.
Verschieben sich die Kerne gegeneinander um mehr als 10 %o, eo wird die Glasampulle
zerdrückt und der ausfließende Farbstoff zeigt einer Kontrollperson die hier stattgefundene
Überbelastung an. Die Festigkeit des Stützpunktes iet nach diesem Defekts dennoch
gewährleistet.
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Die Anzahl von Kernen kann den Jeweiligen Anforderungen entsprechend
gewählt werden, insbesondere können statt des gezeigten einen Reserve systems mehrere
Reservesysteme vorgesehen werden.
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Anstelle der erwähnten Farbstoff-Glasampulle kann man auch eine Glasampulle
mit zunächst voneinander getrennten Chemikalien verwenden, die beim Zerdrücken der
Glaeampulle eine chemische Reaktion miteinander eingehen, wodurch ein Überdruck
enteteht, der zur Auelöeung eines optischen Signals dient.