EP0041470A2 - Widerstandseinrichtung für Hochspannungsanlagen - Google Patents

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EP0041470A2
EP0041470A2 EP81730048A EP81730048A EP0041470A2 EP 0041470 A2 EP0041470 A2 EP 0041470A2 EP 81730048 A EP81730048 A EP 81730048A EP 81730048 A EP81730048 A EP 81730048A EP 0041470 A2 EP0041470 A2 EP 0041470A2
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clamping
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resistance device
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Manfred Dr.-Ing. Weniger
Manfred Just
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Siemens AG
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    • H01C8/04—Overvoltage protection resistors; Arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/001—Mass resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the invention relates to a resistance device for high-voltage systems with cylindrical resistance elements of different diameters stacked on top of one another in the same axis and connected to one another with disk-shaped contact elements, an inner resistance element with a smaller diameter being nested between each two axially adjacent outer resistance elements with a larger diameter is that each disc-shaped contact element has an indentation open on one side for receiving an inner resistance element and an indentation open on its other side for receiving an outer resistance element.
  • the outer resistance elements are each annular, while the inner resistance elements are formed by a 'compact circular cylinder.
  • the electrical connection between electrically successive resistance elements takes place by means of disk-shaped contact elements, wherein successive contact elements in the axial direction are galvanically separated from one another by insulating disks.
  • the stack of resistance elements and disk-shaped contact elements is apparently held together by means which are arranged outside the stack.
  • the invention is based on the object of proposing a resistance device for high-voltage systems which not only has a relatively small space requirement in the axial direction but also in the radial direction and which is distinguished by a high mechanical strength.
  • the inner resistance elements like the outer resistance elements, are designed in the form of a ring, and the disk-shaped contact elements, which are designed as support bodies, have a central recess; the center recesses of the disk-shaped contact elements are penetrated by a plastic clamping sleeve which carries clamping elements for clamping the stack together.
  • An advantage of the resistance device according to the invention is that the components required for clamping them together run within the stack forming the resistance device, so that no additional space is required in the radial direction due to the components required for clamping the stack.
  • Another advantage is seen in the fact that the central bracing of the resistance device according to the invention provides a high mechanical strength, which is additionally promoted by the fact that the disk-shaped contact elements are designed as support bodies, that is to say are designed to be relatively solid.
  • the resistance device according to the invention is to be used in combination with inductive voltage transformers for fully insulated, metal-encapsulated high-voltage switchgear.
  • Such switchgears are known to be spatially very narrow, so that corresponding requirements the facilities to be accommodated in them must also meet. This is the case with the resistance device according to the invention.
  • the adapter sleeve of the resistance device according to the invention is subjected to tension, it advantageously consists of a fiber-reinforced plastic.
  • the adapter sleeve can accordingly be made of a glass fiber material, but the use of a textile fiber-reinforced casting resin is preferred, because such a plastic has also proven to be advantageous in SF 6 -insulated switchgear.
  • the clamping sleeve of the resistance device according to the invention advantageously has bushings at its ends for attaching the clamping elements.
  • These bushings can be attached to the adapter sleeve in different ways; However, for reasons of strength and manufacturing, it is considered to be particularly advantageous if the bushings are glued onto the adapter sleeve.
  • the tensioning elements can also be designed differently in the resistance device according to the invention; However, an embodiment is preferred in which a tensioning element designed as a tensioning disk is fastened to the bush at one end of the tensioning sleeve and the bushing at the other end of the tensioning sleeve has a thread onto which a tensioning element designed as a pressure disk is screwed.
  • the inner resistance elements in the resistance device according to the invention are at the same height as dimension the outer resistance elements in cross section such that each inner resistance element has an electrical resistance of the same magnitude as each outer resistance element.
  • the inner and outer resistance elements are made of the same resistance material, then the inner resistance elements are advantageously dimensioned such that they have a volume that matches the outer resistance elements.
  • each disk-shaped contact element has a circumferential, outer ring, the diameter of which corresponds to the height of the disk-shaped contact element measured via the impressions.
  • the resistance device 1 contains a multiplicity of disk-shaped contact elements 2, which are successively embossed in the direction of an axis 3 of the resistance device 1.
  • Each disk-shaped contact element 2 has a central recess 4.
  • each disk-shaped contact element is provided with an indentation 5 open to one side for receiving an inner resistance element 6 with a relatively small diameter.
  • Another indentation 7, which is open towards the other side of the disk-shaped contact element 2 serves to receive an outer resistance element 8 with a larger diameter in comparison.
  • Each disk-shaped contact element 2 has a circumferential, outer ring 9.
  • the ring 9 is dimensioned such that its diameter D corresponds to the height H of the contact element 2, which can be measured via the impressions 5 and 7.
  • the ring is used to control the electrical field strength and prevents the locally permitted field strength from being exceeded.
  • Resistance device 1 on an inner resistance element 6 with a smaller diameter and an outer resistance element 8 with a larger diameter follows in the axial direction.
  • the galvanic connection between successive resistance elements 6 and 8 takes place via the disk-shaped contact elements 9, which do not differ in their design; because the disc-shaped contact element 9 located above the outer resistance element 8 can also be used in the same configuration as the disc-shaped contact element lying below this outer resistance element 8, in that it is only turned over.
  • the height of the inner resistance elements 6 and of the outer resistance elements 8 is identical; they only differ in their width in order to achieve that - with the same resistance material - that of one resistance element 6 or 8 given resistance value is the same size.
  • the disc-shaped contact elements 2 are penetrated in the region of their central opening 4 by an adapter sleeve 10 which consists of a resilient plastic, in particular a fiber-reinforced plastic.
  • the clamping sleeve is provided at one end 11 with a bush 12 which is glued onto the clamping sleeve 11.
  • a tensioning disk 13 is fastened to the bushing 12 and has an almost as large diameter as the disk-shaped contact elements 2. For reasons of insulation technology, the tension disc is bent on its outer circumference in the direction of the adjacent disc-shaped contact element 2. Between the clamping washer 13 and the adjacent disc-shaped contact element 2 are disc springs. 14 attached.
  • a contact piece 15 is attached to the outside of the clamping disk 13, which extends into the interior of the clamping sleeve 10 and serves to receive a contact pin, not shown in the figure.
  • the resistance device 1 is connected on this side via this contact pin.
  • a further bush 17 is glued onto the adapter sleeve, which has a thread . wearing.
  • a thrust washer 18 is screwed onto the bushing 17 and has an internal thread 19.
  • the pressure plate 18 is provided with a recess 20 on its side facing the inside of the resistance device 1 in order to fix the uppermost inner resistance element 6 in position and 8 together with the disk-shaped contact elements to form a mechanically very solid structure, the disk-shaped contact elements 2 contribute significantly to the mechanically stable design due to their relatively massive construction as structural elements.
  • a disk 21 prevents the uppermost inner resistance element 6 from being damaged.
  • the electrical connection of the resistance device 1 on its upper side in the figure takes place via the thrust washer 18, which has a central bore 22 for this purpose.
  • a contact bolt (not shown) can be passed through this center bore 22 and then establishes an electrical connection, for example with the inner conductor of a fully insulated, metal-encapsulated high-voltage switchgear.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Widerstandseinrichtung für Hochspannungsanlagen mit in derselben Achse zu einem Stapel aufeinandergeschichteten und mit Kontaktelementen untereinander verbundenen zylindrischen Widerstandsalementen mit unterschiedlichem Durchmesser, Um eine solche Widerstandseinrichtung so zu verbessern, daß sie einen relativ geringen Raumbedarf und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, sind innere Widerstände (6) wie äußere Widerstände (8) kreisringförmig ausgebildet; als Tragkörperausgeführte Kontaktelemente (2) weisen eine Mittenausnehmung (4) auf, die von einer Spannhülse (10) aus Kunststoff durchsetzt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Widerstandseinrichtung für Hochspannungsanlagen mit in derselben Achse zu einem Stapel aufeinandergeschichteten und mit scheibenförmigen Kontaktelementen untereinander verbundenen zylindrischen Widerstandselementen mit unterschiedlichem Durchmesser, wobei jeweils ein inneres Widerstandselement mit kleinerem Durchmesser zwischen jeweils zwei in axialer Richtung benachbarten äußeren Widerstandselementen mit größerem Durchmesser eingeschachtelt ist, indem jedes scheibenförmige Kontakt--element eine zu seiner einen Seite hin offene Einprägung zur.Aufnahme eines inneren Widerstandselementes und eine zu seiner anderen Seite hin offene Einprägung zur Aufnahme eines äußeren Widerstandselementes aufweist.
  • Bei einer bekannten Widerstandseinrichtung dieser Art (AT-PS 163 127) sind die äußeren Widerstandselemente jeweils kreisringförmig ausgebildet, während die inneren Widerstandselemente von einem 'kompakten Kreiszylinder gebildet sind. Die elektrische Verbindung zwischen jeweils elektrisch aufeinanderfolgenden Widerstandselementen erfolgt bei der bekannten Widerstandseinrichtung mittels scheibenförmiger Kontaktelemente, wobei jeweils in axialer Richtung aufeinanderfolgende Kontaktelemente durch isolierende Scheiben galvanisch voneinander getrennt sind. Der Stapel aus Widerstandselementen und scheibenförmigen Kontaktelementen wird bei der bekannten Widerstandseinrichtung offenbar durch Mittel zusammengehalten, die außerhalb des Stapels angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandseinrichtung für Hochspannungsanlagen vorzuschlagen, die nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung einen verhältnismäßig geringen Raumbedarf hat und die sich durch eine hohe mechanische Festigkeit auszeichnet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Widerstandseinrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die inneren Widerstandselemente wie die äußeren Widerstandselemente kreisringförmig ausgebildet, und die als Tragkörper ausgebildeten scheibenförmigen Kontaktelemente weisen eine Mittenausnehmung auf; die Mittenausnehmungen der scheibenförmigen Kontaktelemente sind von einer Spannhülse aus Kunststoff durchsetzt, die Spannelemente zum Zusammenspannen des Stapels trägt.
  • Ein Vorteil dererfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung besteht darin, daß die zu ihrem Zusammenspannen erforderlichen Bauteile innerhalb des die Widerstandseinrichtung bildenden Stapels verlaufen, so daß in radialer Richtung durch die zum Verspannen des Stapels erforderlichen Bauteile ein zusätzlicher Raumbedarf nicht entsteht. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß durch die erfindungsgemäße zentrale Verspannung der Widerstandseinrichtung eine hohe mechanische Festigkeit gewonnen ist, die zusätzlich dadurch gefördert ist, daß die scheibenförmigen Kontaktelemente als Tragkörper ausgebildet sind, also verhältnismäßig massiv ausgestaltet sind.
  • Diese Vorteile wirken.sich besonders dann günstig aus, wenn dieerfirdungsgemäße Widerstandseinrichtung in Kombination mit induktiven Spannungswandler für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen einzusetzen ist. Derartige Schaltanlagen sind bekanntlich bewußt räumlich sehr eng bemessen, so daß entsprechenden Anforderungen auch die in ihnen unterzubringenden Einrichtungen genügen müssen. Dies ist bei dererfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung der Fall.
  • Da die Spannhülse dererfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung auf Zug beansprucht ist, besteht sie vorteilhafterweise aus einem faserverstärkten Kunststoff. Die Spannhülse kann demzufolge aus einem Glasfasermaterial hergestellt sein, bevorzugt wird jedoch die Verwendung eines textilfaserverstärkten Gießharzes, weil sich ein derartiger Kunststoff auch in SF6-isolierten Schaltanlagen als vorteilhaft erwiesen hat.
  • Die Spannhülse dererfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung trägt an ihren Enden vorteilhafterweise Buchsen zur Anbringung der Spannelemente. Diese Buchsen können in unterschiedlicher Weise an der Spannhülse befestigt sein; als besonders vorteilhaft wird es jedoch aus Festigkeeits-und Fertigungsgründen angesehen, wenn die Buchsen auf die Spannhülse aufgeklebt sind.
  • Auch die Spannelemente können bei der erfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung unterschiedlich ausgebildet sein; bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei der an der Buchse an einem Ende der Spannhülse ein als Spannscheibe ausgebildetes Spannelement befestigt ist und die Buchse am anderen Ende der Spannhülse ein Gewinde trägt, auf das ein-als Druckscheibe ausgeführtes Spannelement aufgeschraubt ist.
  • Um eine Widerstandseinrichtung mit möglichst gleichmäßiger Spannungsverteilung in Richtung der Achse zu erreichen, sind die inneren Widerstandselemente bei der erßndungsgemäßen Widerstandseinrlchtung bei gleicher Höhe wie die äußeren Widerstandselemente im Querschnitt so bemessen, daß jedes innere Widerstandselement einen gleichgroßen elektrischen Widerstand wie jedes äußere Widerstandselement aufweist.
  • Bestehen die innneren und die äußeren Widerstandselemente aus gleichem Widerstandsmaterial, dann sind die inneren Widerstandselemente vorteilhafterweise derart bemessen, daß sie einen mit den äußeren Widerstandselementen übereinstimmendes Volumen aufweisen.
  • Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, daß bei erfirdungsgemäßen Widerstandseinrichtung jedes scheibenförmige Kontaktelement einen umlaufenden, äußeren Ring aufweist, dessen Durchmesser mit der über 'die Einprägungen gemessenen Höhe des scheibenförmigen Kontaktelementes übereinstimmt. Bei einer derartigen Ausgestaltung der scheibenförmigen Kontaktelemente an ihrem äußeren Rande läßt sich infolge der oben behandelten Bemessung der inneren und der äußeren Widerstandselemente erreichen, daß die scheibenförmigen Kontaktelemente bezüglich ihrer äußeren Ringe in jeweils gleichbleibenden Abständen aufeinander folgen, was sich bezüglich der elektrischen Eigenschaften dererfindungsgemäßen Widerstandseinrichtung insbesondere im Falle einer Beaufschlagung mit Stoßspannungen sehr vorteilhaft auswirkt.
  • Zur Erläuterung der Erfindurgist in der Figur ein Aus- . führungsbeispiel dererfind ungsgemäßen Widerstandseinrichtung im Schnitt dargestellt.
  • Dieerfindungsgemäße Widerstandseinrichtung 1 enthält eine Vielzahl von scheibenförmigen Kontaktelementen 2, die in Richtung einer Achse 3 der Widerstandseinrichtung 1 aufeinanderfolgend angeprdnet sind. Jedes scheibenförmige Kontaktelement 2 weist eine Mittenausnehmung 4 auf. Außerdem ist jedes scheibenförmige Kontaktelement mit einer zu einer Seite hin offenen Einprägung 5 zur Aufnahme eines inneren Widerstandselementes 6 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser versehen. Eine weitere zur anderen Seite des scheibenförmigen Kontaktelementes 2 hin offene Einprägung 7 dient zur Aufnahme eines äußeren Widerstandselementes 8 mit im Vergleich größerem Durchmesser. Jedes scheibenförmige Kontaktelement 2 weist einen umlaufenden, äußeren Ring 9 auf. Der Ring 9 ist so bemessen, daß sein Durchmesser D der Höhe H des Kontaktelementes 2 entspricht, die über die Einprägungen 5 und 7 meßbar ist. Der Ring dient zur Steuerung der elektrischen Feldstärke und verhindert, daß örtlich die zulässige Feldstärke überschritten wird.
  • Wie der Figur ferner zu entnehmen ist, folgt in axialer Richtung der. Widerstandseinrichtung 1 auf jeweils ein inneres Widerstandselement 6 mit kleinerem Durchmesser ein äußeres Widerstandselement 8 mit größerem Durchmesser. Die galvanische Verbindung zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Widerstandselementen 6 und 8 erfolgt über die scheibenförmigen Kontaktelemente 9, die sich in ihrer Ausgestaltung nicht unterscheiden; denn das oberhalb des äußeren Widerstandselementes 8 befindliche scheibenförmige Kontaktelement 9 läßt sich in derselben Ausgestaltung auch als das unterhalb dieses äußeren Widerstandselementes 8 liegende scheibenförmige Kontaktelement verwenden, indem es nur umgedreht wird.
  • Die inneren Widerstandselemente 6 und die äußeren Widerstandselemente 8 sind in ihrer Höhe übereinstimmend ausgeführt; sie unterscheiden sich lediglich in ihrer Breite, um zu erreichen, daß - bei gleichem.Widerstandsmaterial - der von jeweils einem Widerstandselement 6 bzw. 8 gegebene Widerstandswert gleich groß ist.
  • Die scheibenförmigen Kontaktelemente 2 sind im Bereich ihrer Mittenöffnung 4 von einer Spannhülse 10 durchsetzt, die aus einem belastbaren Kunststoff, insbesondere ebem faserverstärkten Kunststoff, besteht. Die Spannhülse ist an ihrem einen Ende 11 mit einer Buchse 12 versehen, die auf dieSpannhülse 11 aufgeklebt ist. An der Buchse 12 ist eine Spannscheibe 13 befestigt, die einen nahezu so großen Durchmesser wie die scheibenförmigen Kontaktelemente 2 aufweist. Aus isolationstechnisch Gründen ist die Spannscheibe an ihrem äußeren Umfange in Richtung auf das benachbarte scheibenförmige Kontaktelement 2 abgebogen. Zwischen der SpannscheLbe 13 und dem benachbarten scheibenförmigen Kontaktelement 2 sind Tellerfedern . 14 angebracht. Außerdem ist außen an der Spannscheibe 13 ein Kontaktstück 15 angebracht, das sich in das Innere der Spannhülse 10 erstreckt und zur Aufnahme eines figürlich nicht dargestellten Kontaktstiftes dient. Über diesen Kontaktstift erfolgt der Anschluß der Widerstandseinrichtung 1 auf dieser Seite.
  • An ihrem anderen Ende 16 ist auf die Spannhülse eine weitere Buchse 17 aufgeklebt, die ein Gewinde . trägt. Auf die Buchse 17 ist eine Druckscheibe 18 aufgeschraubt, die ein Innengewinde 19 aufweist. Die Druckscheibe 18 ist mit einer Ausnehmung-20 auf ihrer dem Innern der Widerstandseinrichtung 1 zugewandten Seite versehen, um das oberste innere Widerstandselement 6 in seiner Lage zu fixieren, Beim Aufschrauben der Druckscheibe 18 auf die Buchse 17 erfolgt das Verspannen des Stapels aus den Widerstandselementen 6 und 8 zusammen mit den scheibenförmigen Kontaktelementen zu einem mechanisch sehr festen Aufbau, wobei die scheibenförmigen Kontaktelemente 2 aufgrund ihres relativ massiven Aufbaus als konstruktive Elemente wesentlich zu der mechanisch festen Ausführung beitragen. Beim Aufschrauben der Druckscheibe 18 wird übrigens mittels einer Scheibe 21 verhindert, daß das oberste innere Widerstandselement 6 beschädigt wird.
  • Der elektrische Anschluß der Widerstandseinrichtung 1 an ihrer in der Figur oberen Seite erfolgt über die Druckscheibe 18, die zu diesem Zwecke eine Mittenbohrung 22 trägt. Durch diese Mittenbohrung 22 kann ein nicht dargestellter Kontaktbolzen geführt werden., der dann eine elektrische Verbindung beispielsweise mit dem Innenleiter einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage herstellt.
  • Mit der Erfindung wird eine Widerstandseinrichtung für . Hochspannungsanlagen vorgeschlagen, die sich nicht nur durch einen raumsparenden Aufbau auszeichnet, sondern auch eine hohe mechanische Festigkeit besitzt.
  • 1 Figur
  • 8 Ansprüche

Claims (8)

1. Widerstandseinrichtung für Hochspannungsanlagen mit in derselben Achse zu einem Stapel aufeinander geschichteten und mit scheibenförmigen Kontaktelementen untereinander verbundenen zylinddschen Widerstandselementen mit unterschiedlichem Durchmesser, wobei jeweils ein inneres Widerstandselement mit kleinerem Durchmesser zwischen jeweils zwei in axialer Richtung benachbarten äußeren Widerstandselementen mit größerem Durchmesser eingeschachtelt ist, indem jedes scheibenförmige Kontaktelement eine zu seiner einen Seite hin offene Einprägung zur Aufnahme eines inneren Widerstandselementes und eine zu seiner anderen Seite hin offene Einprägung zur Aufnahme eines äußeren Widerstandselementes aufweist , dadur chgekenn- zeichnet, daß die inneren Widerstandselemente (6) wie die äußeren Widerstandselemente (8) kreisringförmig ausgebildet sind, daß die als Tragkörper ausgebildeten scheibenförmigen Kontaktelemente (2) eine Mittenausnehmung (4) aufweisen und daß die Mittenausnehmungen (4) der scheibenförmigen Kontaktelemente (2) von einer Spa-nnhülse (10) aus Kunststoff durchsetzt sind, die Spannelemente (13, 18) zum Zusammenspannen des Stapels trägt.
2. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnetdaß die Spannhülse (10) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
3. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (10) an ihren Enden (11, 16) Buchsen (12,17) zur Anbringung der Spannelemente trägt.
4. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeiohnet , daß die Buchsen (12, 17) auf die Spannhülse geklebt sind.
5. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß an der Buchse (12) an einem Ende (11) der Spannhülse (10) ein als Spannscheibe (13) ausgebildetes Spannelement befestigt ist und daß die Buchse (17) am anderen Ende (16) der Spannhülse (10) ein Gewinde trägt, auf das ein als Druckscheibe (18) ausgeführtes Spannelement aufgeschraubt ist..
6. Widerstandseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Widerstandselemente (6) bei gleicher Höhe wie die äußeren Widerstandselemente (8) im Querschnitt so bemessen sind, daß jedes innere Widerstandselement (6) einen gleich großen elektrischen Widerstand wie jedes äußere Widerstandselement aufweist.
7. Widerstandseinrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß bei. gleichem Widerstandsmaterial für die inneren und die äußeren Widerstandselemente (6, 8) die inneren Wider-. standselemente (6) ein mit den äußeren Widerstandselementen (8) übereinstimmendes Volumen aufweisen.
8. Widerstandseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß jedes scheibenförmige Kontaktelement (2) einen umlaufenden, äußeren . Ring_ (9) aufweist, dessen Durchmesser (D) mit der über die Einprägungen (5, 7) gemessenen Höhe (H) des scheibenförmigen Kontaktelementes (2) übereinstimmt.
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