EP0995244A1 - Überspannungsableiter mit äusserer kurzschlusseinrichtung - Google Patents

Überspannungsableiter mit äusserer kurzschlusseinrichtung

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EP0995244A1
EP0995244A1 EP98945012A EP98945012A EP0995244A1 EP 0995244 A1 EP0995244 A1 EP 0995244A1 EP 98945012 A EP98945012 A EP 98945012A EP 98945012 A EP98945012 A EP 98945012A EP 0995244 A1 EP0995244 A1 EP 0995244A1
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EP
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electrode
surge arrester
electrodes
shorting bar
contact
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EP98945012A
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Jürgen Boy
Norbert Krost
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Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • H01T1/14Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and is to be used in the structural design of a surge arrester which is provided with an external short-circuit device.
  • Such short-circuit devices are common both with two-electrode and with three-electrode surge arresters, which usually have a cylindrical design, the electrodes being arranged insulated from one another.
  • the short-circuit devices serve to protect the surge arrester during long-term loads;
  • Such a short-circuit device generally contains a structural element which can be melted at higher temperatures, with the aid of which the two electrodes or the central electrode and one or both end electrodes are short-circuited.
  • an external short-circuit device which consists of a resilient bracket which is placed on the center electrode by means of a clamp and extends along the axis of the surge arrester.
  • the free ends of the two arms of this spring bracket are not radial but axially on the end face to the two end electrodes with the interposition of an insulating plastic body which is meltable in the event of an overload and is arranged in the center of the respective end electrode.
  • the end of each arm of the spring clip is designed as a contact tab which projects diagonally beyond the spacing plastic body and, in the event of a short circuit, contacts the end face of the respective end electrode in its edge region (US Pat. No. 4,984,125 A, FIGS. 1a and 1b).
  • Short-circuit devices are also known which can be used for surge arresters with both two electrodes and with three electrodes. These short-circuiting devices also consist of a resilient bracket with two free ends which rest axially on the end electrodes. In surge arresters having two electrodes positioned a fusible insulation between the free ends of the resilient shorting bar and associated with ⁇ electrode which is pierced of the shorting bar to short circuit from the contact area of the free end. This contact area can consist of two flat contact lugs, provided the surge arrester is provided with axially soldered connection wires (FR 2 621 184 A).
  • the shorting bar contacts the center electrode and lies with its free ends on the end faces of the two end electrodes axially with the interposition of an insulating film arranged eccentrically in the edge region of the respective electrode (US 5,029,302 A, WO 90/13904).
  • a resilient shorting bar is also known, the resilient end of which is held radially at a distance from the electrode to be contacted in the event of an overload and the other end of which consists of two fastening tongues which are welded on the end face to the edge area of the other electrode (DE 29 11 110 AI).
  • the object of the invention is to provide a robust short-circuit device which is as simple as possible and which is also suitable for surge arresters with axially welded-on connecting wires and has a high AC current carrying capacity (max. 30 Amp / 15 min per lead).
  • the resiliently spaced contact area of the shorting bar is formed by two contact tabs which start from a common base area and which release the center area between the first electrode, the spacer between the common base area Contact tabs and the end face of the first electrode is arranged.
  • Such a configuration of the short-circuiting device enables - regardless of whether and how (radially or axially protruding) the connecting wires are connected to the front electrodes - large-area contacting on the front electrodes by forming two contact sheets which are in the edge region of the electrodes without impairment make contact through molten insulating material; the spacer located relatively far from the contact points can be made very small.
  • the short-circuit device designed according to the invention is expediently used for surge arresters with two electrodes, of which the second electrode forms the other end of the surge arrester and is kept at a distance from the first electrode by a tubular insulator, in such a way that the short-circuiting bracket is in the axial direction of the surge arrester is symmetrical and fixed on the insulator by means of a clip.
  • the other end of the shorting bar can also be kept at a distance from the second electrode by means of a spacer; the other end of the shorting bar can also rest directly on the second electrode.
  • the short-circuiting bow designed according to the invention in surge arresters with three electrodes, of which the second electrode forms the other end of the surge arrester and the third electrode is arranged between the first and the second electrode and is insulated from these electrodes by means of a first and a second hollow cylindrical insulator, is expediently carried out in such a way that the shorting bar in the axial direction is also symmetrical and is seated on the third electrode by means of a clip.
  • the end face of the respective electrode can be structurally facilitated in that the common base region of the contact tabs is each provided with a slot in which the insulating spacer is fixed with a holding attachment.
  • the retaining attachment can be designed as a short cylindrical socket or can also be formed by an annular recess which is incorporated, for example, into the lateral surface of a cylindrical body.
  • FIGS. 1 to 7 Three exemplary embodiments of a surge arrester designed according to the invention are shown in FIGS. 1 to 7. Show
  • FIG. 1 and 2 a three-electrode surge arrester in two views
  • FIG. 3 a two-electrode surge arrester in side view
  • FIG. 4 a variant of the surge arrester according to FIG. 3 and FIGS. 5 to 7 three embodiments of an insulating spacer.
  • the surge arrester 1 has a first end electrode 11, a second end electrode 12 and a third electrode 13, which is designed as a central electrode and is separated from the two end electrodes 11 and 12 by means of the tubular insulators 14 and 15 are arranged insulated. All electrodes are made of copper and are similar to the configuration shown in U.S. Patent 4,433,354.
  • the two end electrodes 11 and 12 are provided with axially welded-on connecting wires 16, in particular according to FIG. 1 of US Pat. No. 4,362,962.
  • the center electrode 13 is provided with a tangentially welded and radially extending connecting wire.
  • the surge arrester 1 is equipped with a short-circuit device 2, which essentially consists of a two-armed, resilient short-circuiting bracket 21 and two insulating spacers 31.
  • the short-circuiting bracket 21 has two arms 22 and 23 running parallel to the longitudinal axis of the surge arrester, which are angled perpendicular to the longitudinal axis A in the region of the two end electrodes and then run approximately parallel to the end faces of the two end electrodes 11 and 12.
  • the ends of the arms 22 and 23 form contact areas 24 and 25 which, according to FIG. 2, each consist of two contact tabs 26 and 27.
  • the contact tabs release the central region 11 A of the respective end electrode, the actual contact surface being opposite the edge region 11 B of the respective electrode.
  • the contact tabs 26 and 27 have a common base 28 which is provided with a slot 29. In this slot 29, a retaining lug 32 of the insulating spacer 31 is inserted.
  • the insulating spacer is thus located between the common base 28 and the edge region 11 B of the respective end electrode and is dimensioned such that an air gap Ls is maintained between the contact tabs 26, 27 and the edge region 11 B of the end electrodes.
  • the shorting bar 21 is also provided with a clip 30, which isolators 14 and 15 on more than half of their res includes and with the help of the shorting bar sits on the center electrode 13.
  • the surge arrester according to FIG. 3 is a two-electrode arrester with the two end electrodes 11 and 12, which are insulated from one another by means of the insulator 33.
  • the short-circuit device is constructed in accordance with the short-circuit device according to FIGS. 1 and 2 and consists of a spring clip 34 and the two insulating spacers 31, the clamp 35 being placed directly on the insulator 33 without effecting electrical contact there.
  • one of the insulating spacers 31 can also be omitted in the surge arrester according to FIG. 3, so that the contact area of the resilient arm 23 is always in direct contact with the front edge area of the end electrode 11.
  • FIG. 5 shows the insulating spacer 31 with the holding projection 32.
  • the insulating spacer can consist of a cylindrical part 36 which is provided with an annular recess 37 with which the spacer is inserted into the slot 29 of the contact areas 24 and 25 - can be added.
  • the spacer can also consist of a disc 38, which is then inserted between the common base 28 of the tabs 26 and 27 and the edge region 11 B of the respective electrode and is held there by the spring tension of the arms 22, 23.

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Abstract

Um der aüsseren Kurzschlußeinrichtung (2) eines Überspannungsableiters (1) eine möglichst große Stromtragfähigkeit zu geben, besteht diese aus einem zweiarmigen, federnden Kurzschlußbügel (21), dessen Kontaktbereiche (24, 25) axial zu den Endelektroden (11, 12) angeordnet sind. Der Kontaktbereich wird von zwei Laschen (26, 27) gebildet, die den Mittenbereich (11 A) der jeweiligen Endelektrode freigeben und dem Randbereich (11 B) gegenüberstehen. Der isolierende Abstandhalter (31) ist zwischen der gemeinsamen Basis (28) der Kontaktlaschen und dem Randbereich (11 B) der jeweiligen Endelektrode angeordnet.

Description

Beschreibung
Überspannungsabieiter mit äußerer Kurzschlußeinrichtung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Über- spannungsableiters anzuwenden, der mit einer äußeren Kurz- schlußeinrichtung versehen ist. Derartige Kurzschlußeinrichtungen sind sowohl bei Zwei-Elektroden- als auch bei Drei- Elektroden-Überspannungsableitern üblich, die üblicherweise eine zylindrische Bauform aufweisen, wobei die Elektroden isoliert voneinander angeordnet sind. Die Kurzschlußeinrichtungen dienen zum Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche Kurzschlußeinrichtung enthält in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die beiden Elektroden bzw. die Mittelelektrode und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.
Für Drei-Elektroden-Ableiter ist eine äußere Kurzschlußeinrichtung bekannt, die aus einem auf die Mittelelektrode mittels einer Klammer aufgesetzten, sich längs der Achse des Überspannungsableiters erstreckenden federnden Bügels besteht.. Die freien Enden der beiden Arme dieses Federbügels liegen dabei nicht radial sondern stirnseitig axial an den beiden Endelektroden unter Zwischenschaltung eines im Überlastfall schmelzbaren, mittig zur jeweiligen Endelektrode angeordneten isolierenden Kunststoffkörpers an. Das Ende jedes Armes des Federbügels ist dabei als Kontaktlasche ausgebil- det, die den abstandhaltenden Kunststoffkörper diagonal überragt und im Kurzschlußfall die Stirnfläche der jeweiligen Endelektrode in deren Randbereich kontaktiert (US 4,984,125 A, Fig. la und lb) . Es sind weiterhin Kurzschlußeinrichtungen bekannt, die für Überspannungsabieiter sowohl mit zwei Elektroden als auch mit drei Elektroden einsetzbar sind. Diese Kurzschlußeinrichtun¬ gen bestehen ebenfalls aus einem federnden Bügel mit zwei freien Enden, die axial an den Endelektroden anliegen. Bei Überspannungsableitern mit zwei Elektroden ist zwischen dem einen freien Ende des federnden Kurzschlußbügels und der zu¬ gehörigen Elektrode eine schmelzbare Isolierfolie angeordnet, die im Kurzschlußfall vom Kontaktbereich des freien Endes des Kurzschlußbügels durchstoßen wird. Dieser Kontaktbereich kann dabei gabelartig aus zwei flachen Kontaktlaschen bestehen, sofern der Überspannungsableiter mit axial angelöteten Anschlußdrähten versehen ist (FR 2 621 184 A) . Bei Überspannungsableitern mit drei Elektroden kontaktiert der Kurz- schlußbügel die Mittelelektrode und liegt mit seinen freien Enden an den Stirnflächen der beiden Endelektroden axial unter Zwischenschaltung einer außermittig im Randbereich der jeweiligen Elektrode angeordneten Isolierfolie an (US 5,029,302 A, WO 90/13904).
Für einen Zweielektrodenableiter ist weiterhin ein federnder Kurzschlußbügel bekannt, dessen federndes Ende radial auf Abstand zu der im Überlastfall zu kontaktierenden Elektrode gehalten wird und dessen anderes Ende aus zwei Befestigungszun- gen besteht, die stirnseitig mit dem Randbereich der anderen Elektrode verschweißt sind (DE 29 11 110 AI) .
Ausgehend von einem Überspannungsableiter in zylindrischer Bauform mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru- ches 1 (WO 90/13904) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute robuste Kurzschlußeinrichtung zu schaffen, die auch für Überspannungsableiter mit axial angeschweißten Anschlußdrähten geeignet ist und eine hohe Wechselstromtragfähigkeit (max. 30 Amp/15 min je Ab- leitstrecke) aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der federnd auf Abstand gehaltene Kontaktbereich des Kurzschlußbügels von zwei Kontaktlaschen gebildet ist, die von einem gemeinsamen Basisbereich ausgehen und die zwischen sich den Mittenbereich der ersten Elektrode freigeben, wobei der Abstandhalter zwischen dem gemeinsamen Basisbereich der Kontaktlaschen und der Stirnfläche der ersten Elektrode angeordnet ist.
Eine derartige Ausgestaltung der Kurzschlußeinrichtung ermöglicht - unabhängig davon, ob und wie (radial oder axial abstehend) die Anschlußdrähte an die stirnseitigen Elektroden angeschlossen sind - eine großflächige Kontaktgabe an den stirnseitigen Elektroden durch Ausformung von zwei Kontaktla- sehen, die im Randbereich der Elektroden ohne Beeinträchtigung durch geschmolzenes Isoliermaterial zur Kontaktgabe gelangen; der relativ weit von den Kontaktstellen entfernt angeordnete Abstandhalter kann dabei sehr klein ausgebildet sein.
Die gemäß der Erfindung ausgebildete Kurzschlußeinrichtung wird für Überspannungsableiter mit zwei Elektroden, von denen die zweite Elektrode das andere stirnseitige Ende des Überspannungsableiters bildet und von der ersten Elektrode durch einen rohrförmigen Isolator auf Abstand gehalten wird, zweckmäßig in der Weise angewendet, daß der Kurzschlußbügel in Achsrichtung des Überspannungsableiters symmetrisch ausgebildet und mittels einer Klammer auf dem Isolator fixiert ist. Dabei kann das andere Ende des Kurzschlußbügels ebenfalls mittels eines Abstandhalters auf Abstand zur zweiten Elektrode gehalten werden; das andere Ende des Kurzschlußbügels kann aber auch direkt an der zweiten Elektrode anliegen.
Die Anwendung des gemäß der Erfindung ausgebildeten Kurz- schlußbügels bei Uberspannungsableitern mit drei Elektroden, von denen die zweite Elektrode das andere stirnseitige Ende des Überspannungsableiters bildet und die dritte Elektrode zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet und von diesen Elektroden mittels eines ersten und eines zweiten hohlzylindrischen Isolators isoliert ist, erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der Kurzschlußbügel in Achsrichtung ebenfalls symmetrisch ausgebildet ist und mittels einer Klammer auf der dritten Elektrode aufsitzt.
Die örtliche Fixierung des bzw. der Abstandhalter an der
Stirnseite der jeweiligen Elektrode kann konstruktiv dadurch erleichtert werden, daß der gemeinsame Basisbereich der Kontaktlaschen jeweils mit einem Schlitz versehen ist, in dem der isolierende Abstandhalter mit einem Halteansatz fixiert wird. Der Halteansatz kann dabei als kurzer zylindrischer Stutzen ausgebildet sein oder auch von einer ringförmigen Ausnehmung gebildet sein, die beispielsweise in die Mantelfläche eines zylindrischen Körpers eingearbeitet ist.
Drei Ausführungsbeispiele eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Überspannungsableiters sind in den Figuren 1 bis 7 dargestellt. Dabei zeigen
Figuren 1 und 2 einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter in zwei Ansichten, Figur 3 einen Zwei-Elektroden-Ableiter in Seitenansicht, Figur 4 eine Variante zum Überspannungsableiter gemäß Figur 3 und Figuren 5 bis 7 drei Ausführungsformen eines isolierenden Abstandhalters.
Der Überspannungsableiter 1 gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine erste Endelektrode 11, eine zweite Endelektrode 12 und eine dritte Elektrode 13 auf, die als Mittelelektrode ausge- bildet und von den beiden Endelektroden 11 und 12 mittels der rohrförmigen Isolatoren 14 und 15 isoliert angeordnet ist. Alle Elektroden bestehen aus Kupfer und sind ähnlich der in der US-PS 4,433,354 dargestellten Konfiguration ausgebildet. Dabei sind die beiden Endelektroden 11 und 12 mit axial ange- schweißten Anschlußdrähten 16 versehen, insbesondere gemäß Figur 1 der US-PS 4,362,962. Die Mittelelektrode 13 ist mit einem tangential angeschweißten und radial verlaufenden Anschlußdraht versehen.
Der Überspannungsableiter 1 ist mit einer Kurzschlußeinrichtung 2 bestückt, die im wesentlichen aus einem zweiarmigen, federnden Kurzschlußbügel 21 und zwei isolierenden Abstandhaltern 31 besteht. Der Kurzschlußbügel 21 weist zwei parallel zur Längsachse des Überspannungsableiters verlaufende Ar- me 22 und 23 auf, die im Bereich der beiden Endelektroden senkrecht zur Längsachse A abgewinkelt sind und anschließend etwa parallel zu den Stirnflächen der beiden Endelektroden 11 und 12 verlaufen. Die Enden der Arme 22 und 23 bilden Kontaktbereiche 24 und 25, die gemäß Figur 2 aus je zwei Kon- taktlaschen 26 und 27 bestehen. Die Kontaktlaschen geben den Mittenbereich 11 A der jeweiligen Endelektrode frei, wobei die eigentliche Kontaktfläche dem Randbereich 11 B der jeweiligen Elektrode gegenüber steht.
Die Kontaktlaschen 26 und 27 haben eine gemeinsame Basis 28, die mit einem Schlitz 29 versehen ist. In diesen Schlitz 29 ist ein Halteansatz 32 des isolierenden Abstandhalters 31 eingesetzt. Der isolierende Abstandhalter befindet sich somit zwischen der gemeinsamen Basis 28 und dem Randbereich 11 B der jeweiligen Endelektrode und ist so bemessen, daß zwischen den Kontaktlaschen 26,27 und dem Randbereich 11 B der Endelektroden ein Luftspalt Ls eingehalten wird.
Der Kurzschlußbügel 21 ist noch mit einer Klammer 30 verse- hen, die die Isolatoren 14 und 15 auf mehr als der Hälfte ih- res Umfanges umfaßt und mit deren Hilfe der Kurzschlußbügel auf der Mittelelektrode 13 aufsitzt.
Bei dem Überspannungsableiter gemäß Figur 3 handelt es sich um einen Zwei-Elektroden-Ableiter mit den beiden Endelektroden 11 und 12, die mittels des Isolators 33 voneinander isoliert sind. Die Kurzschlußeinrichtung ist gemäß der Kurzschlußeinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 aufgebaut und besteht aus einem Federbügel 34 und den beiden isolierenden Ab- standhaltern 31, wobei die Klammer 35 direkt auf den Isolator 33 aufgesetzt ist, ohne dort eine elektrische Kontaktierung zu bewirken.
Gemäß Figur 4 kann bei dem Überspannungsableiter gemäß Figur 3 der eine isolierende Abstandhalter 31 auch weggelassen werden, so daß der Kontaktbereich des federnden Armes 23 stets direkt am stirnseitigen Randbereich der Endelektrode 11 anliegt.
Figur 5 zeigt den isolierenden Abstandhalter 31 mit dem Halteansatz 32. - Gemäß Figur 6 kann der isolierende Abstandhalter aus einem zylindrischen Teil 36 bestehen, das mit einer ringförmigen Ausnehmung 37 versehen ist, mit der der Abstandhalter in den Schlitz 29 der Kontaktbereiche 24 und 25 einge- fügt werden kann. - Gemäß Figur 7 kann der Abstandhalter auch leidglich aus einer Scheibe 38 bestehen, die dann zwischen die gemeinsame Basis 28 der Laschen 26 und 27 und dem Randbereich 11 B der jeweiligen Elektrode eingefügt wird und dort durch die Federspannung der Arme 22, 23 festgehalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsableiter in zylindrischer Bauform mit wenigstens einer ein stirnseitiges Ende des Überspannungsableiters bildenden ersten Elektrode und mit einer von der ersten isoliert angeordneten zweiten Elektrode und mit einem federnden Kurzschlußbügel, dessen eines Ende einen Kontaktbereich aufweist, der einem Randbereich der Stirnfläche der ersten Elektrode zugeordnet ist, wobei der Kontaktbereich des Kurzschlußbügels mittels eines außermittig zur ersten Elektrode angeordneten, isolierenden, im Überlastfall schmelzbaren Abstandhalters axial auf Abstand zur ersten Elektrode gehalten wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der auf Abstand (Ls) gehaltene Kontaktbereich (24,25) des federnden Kurzschlußbügels (21) von zwei Kontaktlaschen (26,27) gebildet ist, die von einem gemeinsamen Basisbereich ausgehen und zwischen sich den Mittenbereich (11 A) der ersten Elektrode (11) freigeben, wobei der Abstandhalter (31) (11) zwischen dem gemeinsamen Basisbereich (28) der Kontaktlaschen (26,27) und der Stirnfläche der ersten Elektrode (11) angeordnet ist.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 mit zwei Elektroden, von denen die zweite Elektrode das andere stirnseitige Ende des Überspannungsableiters bildet, und mit einem zwischen den beiden Elektroden angeordneten rohrförmigen Isolator, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kurzschlußbügel in Achsrichtung des Überspannungsab- leiters symmetrisch ausgebildet und mittels einer Klammer (35) auf dem Isolator (33) fixiert ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das andere Ende des Kurzschlußbügels direkt an der zweiten Elektrode (12) anliegt.
4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 mit drei Elektroden, von den die zweite Elektrode das andere stirnseitige Ende des Überspannungsableiters bildet und die dritte Elektrode zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet und von diesen Elektroden mittels eines ersten und eines zweiten hohlzylindrischen Isolators isoliert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kurzschlußbügel (21) in Achsrichtung symmetrisch ausgebildet ist und mittels einer Klammer (30) auf der dritten Elektrode (13) aufsitzt.
5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gemeinsame Basisbereich (28) der Kontaktlaschen mit einem Schlitz (29) versehen ist, in dem der isolierende Abstandhalter (31) mit einem Halteansatz (32) fixiert ist.
6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halteansatz von einer ringförmigen Ausnehmung (37; gebildet ist.
7. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gemeinsame Basisbereich der Kontaktlaschen an beiden Enden des federnden Kurzschlußbügels mit einem Schlitz verse- hen ist, in den der isolierende Abstandhalter mit einem Halteansatz fixiert ist.
8. Überspannungsableiter nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halteansatz von einer ringförmigen Ausnehmung gebildet ist.
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