DE2922801A1 - Vorrichtung zur erzeugung einer elektrischen welle in einer flachen, mit einem loch versehenen leitung - Google Patents

Description

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VORRICHTUNG ZUTl ERZEUGUNG Elfca·,-. ELEKTRISCHEN
ViKLLK IH EINRVl FI^CTILrI-T, MIT KIÜilM LOCH VL¹K-

Die ,Erfindung bezieht sich auf eins Vorrichtung zur
Erzeugung ainsr elektrischen 'JeIIe in einer flachen, üiit einem Loch versehenen Leitung gemäß dem Oberbegriff des nn^n-uchs I. Jie wird insbesondere £^;lr die Anregung eine:; Gaslaser?; verwende;t.

Für dijsen Zweck brauchbare Clnche elektrische Leitunjen bestehen vielfach aus einer stabilen Isolierplatte und zwei auf die Piattenflache aufgebrachten Metallfolien. Man kann eine
elektrische Welle in einer solchen Leitung erzeugen, indem man
zwei Elektroden in einem die flache Leitung durchdringenden Loch in Kontakt mit je einer der Folien anordnet und indem man eine elektrische Entladung zwischen diesen Elektroden erzeugt. Von
der Entladung geht eine elektromagnetische Welle aus, die sich in der Leitung ausbreitet und die ein aktives Lasermaterial anregt.

Dieses gasförmige Lasermaterial befindet sich in einem Spalt in einer der beiden Folien.

Nach einigen Entladungen'hat man jedoch festgestellt, daß sich Kurzschlüsse zwischen den Metallfolien im Lochbereich häufen» Diese Kurzschlüsse gehen von Metallniederschlägen auf
der Isolierplatte im Lochbereich aus. Zur Vermeidung derartiger Kurzschlüsse hat man die Isolierplatte im Lochbereich über die Folien etwas vorstehen lassen und damit das Auftreten der Kurzschlüsse verzögert, aber nicht ganz vermeiden können.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die Gefahr derartiger ohl -'isse auch nach einer orn^eri Anzahl von Entladungen nach-'ialtig zu verringern,

Die^e *ufgn;>c «.'ird durch die Vorrichtung getnä ß Anspruch I geLörst. Bezüglich 'on Merkmalen bevorzugter Au.-3führuncjsformen der Erfindung wird niif die ifnteransnrüche vnrwiesen.

Nachfolgend wird di--) Erfindung anhand xweier bevorzugter r-.u.^führungsfornuin unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1. zeigt im Schnitt eine erste Ausführungsform mit ο iner einzigen orsiirm elektrode.

Fig. 7 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform mit siiben ersten Elektroden, und

Ficj. j ;:eigt ein-? Draufsicht auf ein Bauteil der Vorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Teilausschnitt aus einer flachen elektrischen Leitung !, die eine Isolierplatte 2 und zwei auf ihren großen Flächen aufgebrachte Metallfolien 3 und 4 aufweist. In der Leitung I ist ein transversales Loch 5 von beispielsweise kreisförmigem Querschnitt eingearbeitet. Die Isolierplatte 2 fleht auf beiden Seiten über die jeweilige Folie 3 bzw. 4 im Bereich des Loches 5 vor und bildet einen freien Ringbereich 6 in der Verlängerung der Folie 3 sowie einen freien Ringbereich 7 in der Verlängerung der Folie 4.

In Flucht zur Achse 34 des Lochs 5 sind zwei Elektroden und 9 einander gegenüberstehend angeordnet. Während die erste Elektrode 8 als Rohrhülse ausgebildet ist, besitzt die zv/eite Elektrode 9 die Form einer Kappe, die zentrisch auf ein topfförmiges Metallceii 10 aufgesetzt ist. Dieses Metallteil stützt

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sich unmittelbar auf der Außenfläche 11 der einen Leiter 4 der Leitung bildenden Folie ab, und zwar im lochnahen Randtereich dieser Folie. Die zweite Elektrode 9 ist beispielsweise über eine Schraubverbindung auf dem Metallteil 10 befestigt.

Wie Fig. 1 zeigt, ragt die zweite Elektrode 9 durch das Loch 5 soweit hindurch, daß ihre Stirnfläche 12,die der entsprechenden Stirnfläche 13 der ersten Elektrode 8 gegenüberliegt, sich oberhalb der Oberfläche 14 der Folie 3 befindet.

Die erste Elektrode 8 ist abnehmbar auf einem kuppeiförmigen Metallteil 15 befestigt, das sich auf einem lochnahen Ringbereich 16 der Oberfläche 14 der Folie 3 abstützt. Die Befestigung der Elektrode 8 auf dem Metallteil 15 erfolgt vorzugsweise so, daß sie in Richtung der Achse 34 justierbar ist. Die Elektrode 8 besteht aus der Metallhülse einer aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannten Zündkerze 17. Diese ist in ein entsprechendes Gewinde des Metallteils 15 einschraubbar und besitzt einen axialen Metallstift 18, der über ein Isolierstück 19 in der Elektrode 8 gehalten wird und ebenso wie das Isulierstück 19 bis in Höhe der Stirnfläche 13 der ersten Elektrode 8 nach unten ragt.

Eine Lochscheibe 20 aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, liegt auf dem von der Folie 3 unbedeckten Ringbereich 6 der Isolierplatte 2.

Die beiden Metallteile 10 und 15, die sich beidseitig auf den die Leiter 3 und 4 der Leitung 1 bildenden Folien abstützen, bilden ein Gehäuse, das einen Raum 21 mit dem Loch und dem Zwischenelektrodenbereich mit den Elektroden 8 und 9 umschließt. In dieses Gehäuse sind Gaszuleitungskanäle 22 und Gas-

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ableitungskanäle 2 3 eingearbeitet, über die im Betrieb eine Gasströmung durch das Gehäuse erzeugt werden kann, wobei die Gnszuführung axial durch die zweite Elektrode 9 erfolgt und die Gasableitung peripher oberhalb der Leitung 1.

Die Dichtheit des Raums 21 wird mithilfe von Ringdichtungen 24 sichergestellt, die in entsprechenden Nuten der Metallteile 10 und 15 in Kontakt mit den Folien 3 und 4 angeordnet sind.

Die Metallteile 10 und 15 werden unter Einschluß der flachen Leitung 1 von Haltemitteln gegeneinander gepreßt, die aus einer isolierenden Hälfte 26 und einer metallischen Hälfte 25 bestehen. Die beiden Hälften werden entlang einer Kontaktfläche 27 mit nicht dargestellten Spannmitteln zusammengehalten.

Die zwei Pole eines Hochspannungsgenerators 28 sind an die beiden Leiter 3 und 4 der flachen Leitung 1 angeschlossen.

Die beiden Pole eines elektrischen Impulsgenerators 29 sind an die Elektrode 8 bzw. den Stift 18 der Zündkerze 17 angeschlossen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet folgendermaßen : Zuerst wird der Elektrodenabstand eingestellt, indem die die erste Elektrode 8 bildende Hülse der Zündkerze 17 im Metallteil 15 bis zu einem vorgegebenen Elektrodenabstand hineingeschraubt wird. Der Anschluß des Kanals 22 wird mit einer Gasquelle, beispielsweise einer Druckluftquelle verbunden,und am Anschluß des Auslaßkanals 23 befindet sich ein nicht dargestelltes Regelventil, mit dem der Luftdruck im Raum 21 festgelegt wird.

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Die Elektroden 8 und 9 befinden sich auf der Potentialdifferenz des Generators 28, da die erste Elektrode 8 über das Metallteil 15 mit dem Leiter 3 und die Elektrode 9 über das Metallteil 10 mit dem Leiter 4 in Verbindung stehen. Der Elektrodenabstand wird so festgelegt, daß im Ruhezustand keine Entladung zwischen den Elektroden aufgrund der Potentialdifferenz des Generators 28 erfοTy t.

Nunmehr wird ein Impuls des Generators 29 ausgelöst, der den Ionisationszustand des in der Nähe der Stirnfläche 13 der ersten Elektrode 8 befindlichen Gases verändert und somit eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden 8 und 9 ermöglicht. Der Metallstift 18 der Zündkerze 17 dient also als Hilfselektrode.

Jede elektrische Entladung setzt etwas Metallstaub frei, der sich von den Elektroden löst. Dieser Metallstaub wird heftig aus dem Zwischenelektrodenraum entlang den Pfeilen 30 und 31 hinausgestoßen und lagert sich auf der Innenwandung des Metallteils 15 oder auf der Oberseite 32 der isolierenden Lochscheibe 20 ab. Da aufgrund der Lage der Elektroden 8 und 9 keine Metallteile gegen die Stirnfläche 33 des Lochs 5 in der Isolierplatte 2 geschleudert werden, besteht keine Gefahr einer versehentlichen Entladung unmittelbar zwischen den beiden Leitern 3 und 4 der flachen Leitung 1.

Nach einer bestimmten Anzahl von Betriebszyklen empfiehlt es sich, die Lochscheibe 20 entweder auszuwechseln oder zu säubern,, was durchaus möglich ist, da der Metallstaub schlecht auf dem verwendeten Material haftet. Selbst wenn diese Lochscheibe 20 ver-

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schmutzt oder gar nicht vorhanden ist, ist die Gefahr einer 3eLbstentladung gering, da jedenfalls die frei liegende Ringfläche 7 in der Verlängerung der unteren Folie 4 nicht verschmutzt wird.

Dies wird, wie erwähnt, dadurch erreicht, daß die Entladung oberhalb der Oberseite 14 der Folie 3 erfolgt.

Im übrigen lassen sich auch die Elektroden ohne Schwierigleiten austauschen, wenn sie sich verbraucht haben. Dia Wahl eines speziellen, gec;enüber elektrischen Entladungen beständigen Metalls für die Elektroden 3 und 9 verlängert den Betrieb zwischen zwei Revisionen. Die Metallteile 10 und 15 können dagegen aus einem preisgünstigen elektrisch gut leitfähigen Metall bestehen.

Die Leistung der Entladung wird durch geeignete Einstellung des Elektrodaiabstands reguliert.

Die Verwendung einer zündkerze, deren Hülse die erste Elektrode 8 bildet, führt zu einem kompakten und preiswerten Aufbau, der sowohl eine Hauptelektrode wie eine Hilfselektrode für die Auslösung der Entladung umfaßt. Außerdem ist die Anordnung gegenüber wiederholten elektrischen Entladungen widerstandsfähig.

Die Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 3 betrifft eine Vorrichtung, mit der besonders leistungsstarke elektrische Wellen auf der Leitung I erzeugt werden können. Für gleichartige Elemente in den beiden Ausführungsformen wurden dieselben Bezugszeichen verwendet. Auch hier ist in einer aus zwei Folien 3 und und einer Isolierplatte 2 bestehenden elektrischen Leitung 1 ein Loch 5 vorgesehen, um das herum mit zwei Metallteilen 10 und 51

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ein Gehäuse gebildet ist. Die Isolierplatte 2 steht im Lochtereich über die Folien 3 und 4 vor. Eine pilzförmige zweite Elektrode 50 ist auf dem Metallteil 10 zur Achse 34 in Flucht befestigt und ragt durch das Loch 5 nach oben hindurch, so daß die Stirnflächen 59, 60 und 61 dieser Elektrode oberhalb der Folie 3 liegen.

Das obere Metallteil 5T liegt auf dem Rand 16 der Folie 3 auf und besitzt sieben Gewindelöcher wie 52, 53 und 54, von denen eine Öffnung 54 zur Achse 34 konzentrisch liegt, während die sechs anderen Öffnungen gleichmäßig und ringförmig um die zentrale Öffnung verteilt sind.

In jeder der sieben Öffnungen ist eine Elektrode in Form einer klassischen Zündkerze festgeschraubt. Die Zündkerze 55 in der zentralen Öffnung 54 besitzt eine Gewindehülse 56 aus Metall, einen axialen Metallstift 57 als Hilfselektrode und ein dazwischen liegendes Isolierstück 58. Zwei weitere Zündkerzen 95 und 102 sind in der Figur sichtbar und mit ihren die Elektroden bildenden Hülsen 93 und 92 in Gewindelöchern 53 und 52 befestigt. Bei jeder Zündkerze liegen wie im vorhergehend geschilderten Fall die Stirnseite des Metallstifts, die Stirnseite des Isolierstücks und die Stirnseite der Gewindehülse in einer gemeinsamen Ebene, z.B. der Ebene 84. Die peripheren Zündkerzen sind mit ihren Achsen zur Achse 34 geneigt angeordnet, wobei der Neigungswinkel in der Größenordnung von 10 Grad liegt. Die sieben Zündkerzen liegen vorzugsweise nahe beieinander und sind mit ihren Stirnflächen ebenen Teilflächen 59, 60, 6.1 der Stirnseite der zweiten Elektrode 50 gegenüber angeordnet.

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Die Oberseite der Isolierplatte 2 besitzt einen lochnahen Ringbereich 78, der über die Folie 3 hervorragt und einen lochnahen Ringbereich 79, der über die Folie 4 hervorragt. Eine Lochscheibe 80 aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, liegt auf dem Ringbereich 78 und deckt diesen vollständig ab.

Das aus den Metallteilen 10 und 51 gebildete Gehäuse ist mit Gaseinlaßkanälen 63 und 64 am Fuße der pilzförmigen Elektrode 50 und mit Gasauslaßkanälen 65 versehen, über die im von dem Gehäuse 10, 51 umschlossenen Raum 62 eine Gasströmung erzeugt wird. Die Gasdichtheit des Gehäuses wird durch Ringdichtungen 66 und 67 sichergestellt, die in die Kontaktflächen der Metallteile 10 und 51 mit den Folien 3 und 4 eingelassen sind.

Die Metallteile IO und 51 werden durch ein Halteteil unter Zwischenschaltung der flachen Leitung 1 gegeneinandergedrückt. Dieses Halteteil besteht aus einer metallischen Hälfte 68, die am Metallteil 51 befestigt ist, und aus einer Isolierhälfte 69, die das Metallteil 10 trägt. Die Hälften 68 und 69 werden entlang einer gemeinsamen Kontaktfläche 70 durch nicht dargestellte Spannmittel zusammengehalten.

Die beiden Pole des Hochspannungsgenerators 71 sind mit den beiden Folien 3 und 4 der flachen Leitung 1 verbunden.

Einer der Pole 72 eines elektrischen Impulsgenerators 73 ist mit den Metallstiften 57 aller sieben Zündkerzen verbunden und der andere Pol 74 dieses Generators liegt an den Metallhülsen 56, 92, 93 aller sieben Zündkerzen.

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Die Vorrichtung nach Fig. 2 arbeitet folgendermaßen :

Zuerst wird durch mehr oder minder tiefes Einschrauben der Zündkerzen der axiale Elektrodenabstand zur zweiten Elektrode 5O für alle Elektroden gleich eingestellt. Die Gaseinlaßkanäle 63 und 64 werden an eine Gasquelle, beispielsweise eine Druckluftquelle, angeschlossen und die Ausgangskanalisation 65 wird mit einem Regelventil versehen, mit dem ein bestimmter Druck im Gehäuse eingestellt wird.

Die Hülsen der sieben Zündkerzen liegen ebenso wie das Metallteil 51 und die Folie 3 der Leitung auf der vom Generator 71 gelieferten Hochspannung bezüglich der anderen Folie 4.

Nach diesen Vorbereitungen wird ein elektrischer Impuls im Generator 73 ausgelöst, durch den gleichzeitig an den unteren Stirnseiten aller sieben Zündkerzen Funken gebildet werden. Diese Funken erhöhen die Ionisation des Gases im Raum 62 und führen schließlich zu einer Entladung zwischen den Hülsen aller Zündkerzen und der zweiten Elektrode 50. In der Praxis kann es vorkommen, daß die absolute Gleichzeitigkeit der Funken an den sieben .Kerzen schwer erreichbar ist. Durch die Wahl der geschilderten Zündkerzen mit transversalem Funken anstelle des im Kraftfahrzeugwesen meist gewählten axialen Funkens ergibt sich eine Ionisation, die sich leichter von einer Zündkerze zur anderen fortpflanzt als bei axialem Funken. Außerdem erleichtert die gegenseitige Nähe und die Zuordnung der sieben Zündkerzen zueinander eine schnelle Ausbreitung der Ionisation des Gases von einer Zündkerze zur anderen. Es ergibt sich also, daß selbst bei unvollkommener Synchronisation der Zündfunken eine absolut gleichzeitige

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Entladung zwischen den die eigentliche Elektrode.bildenden Hülsen der Zündkerzen und der zweiten Elektrode 50 erfolgt, als ob es sich nur um eine einzige Entladung großer Leistung handeln würde.

Bei dieser Entladung lösen sich von der zweiten Elektrode 50 und von den Hülsen der sieben Zündkerzen Metallteilchen, die heftig aus dem Ionisationsraum entlang den Pfeilen 75 und herausgeschleudert werden. Diese Teilchen lagern sich auf der Innenfläche des Metallteils 51 ab. Mithilfe von Vorsprüngen 77 an dieser Innenfläche wird eine Ablagerung dieser Teilchen auf der Leitung 1 verhindert.

Sollten jedoch trotzdem Metallteilchen über die Vorsprünge 77 nach unten fallen, so fielen diese auf die Lochscheibe 80, die leicht gereinigt oder ersetzt werden kann. Ungewünschte Entladungen zwischen den beiden Leitern der Leitung 1 aufgrund von auf der Isolierplatte 2 liegenden Metallteilchen sind auszuschließen, da jedenfalls an der zylindrischen Lochfläche 83 und dem unteren frei liegenden Ringbereich 79 der Isolierplatte 2 keine Ablagerung von Metallstaub zu befürchten ist.

Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar zur Auslösung einer fortschreitenden elektrischen Welle großer Leistung in einer flachen Erregungsleitung für einen Stickstoff- oder Edelgaslaser.

Im Rahmen der Erfindung können natürlich mehr oder weniger Zündkerzen Verwendung finden, als im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und Fig. 3 verwendet wurden.

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Claims (1)

FO Il 144 D COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE S.A. 54, rue La Boetie, 753B2 PARIS CEDEX 08 Frankreich VORRICtTTUIiG ZUR ERZEUGUNG EINER ELEKTRISCHEN WELLE IN EINER FLACHEN, MIT EINEM LOCiI VERSEHENEN LEITUNG PATENTANSPRÜCHE l)- Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Welle in einer flachen, mit einem Loch versehenen Leitung - mit mindestens einer ersten Elektrode, - mit einer der ersten Elektrode bzw. den ersten Elektroden gegenüberliegenden zweiten Elektrode, wobei die Achse dieser Elektrode durch das Loch und senkrecht zur Ebene der flachen Leitung verläuft, - mit einem ersten und einem zweiten Metallteil, die sich je rund um das Loch auf der Außenfläche eines der beiden die flache Leitung bildenden Leiters abstützen,derart, daß sie ein das Loch und den Elektrodenzwischenraum umschließendes Gehäuse bilden und mit der jeweiligen Elektrode in Berührung stehen, - mit einem elektrischen Hochspannungsgenerator zur Aufladung der Elektroden - sowie mit Mitteln zur Auslösung einer elektrischen Entladung zwischen der bzw. den ersten Elektroden und der zweiten Elektrode, 909850/0816 dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (9,50) durch das Loch (5) vollständig hindurchragt, so daß ihre Stirnfläche (12,59,60,61) sowie die ihr gegenüberliegende Stirnfläche (13,84) der ersten Elektroden (8,56, 92,93) in dem von dem Gehäuse (10,15) umschlossenen Raum (21,62) ober- der^/ halb des oberen //die flache L-aitung bildenden Leiter (4) liegen. 2 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei erste Elektroden (56,92,93) in elektrischem Kontakt mit dem ersten Metallteil (51) vorgesehen sind, und daß die Mittel zur Auslösung einer elektrischen Entladung auf alle erste Elektroden synchron einwirken. 3 - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten Elektroden (56) koaxial zur zweiten Elekbrode (50) liegt und daß die übrigen ersten Elektroden (92,93) gleichmäßig und kreisförmig um diese zentrale Elektrode angeordnet sind, wobei sie alle bezüglich der zentralen Elektrode die gleiche Winkelstellung einnehmen. 4 - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der zweiten Elektrode (50) ebenso viele ebene Teilflächen (59,60,61) aufweist wie erste Elektroden vorhanden sind, wobei diese Teilflächen je der Stirnfläche einer der ersten Elektroden gegenüberliegen. 5 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste Elektrode (8,56,92,93) axial einstellbar auf dem ersten Metallteil 909850/0816 ./, (15,51) befestigt ist, so daß der Abstand zwischen den Stirnflächen der jeweiligen ersten Elektrode und der zweiten Elektrode einstellbar ist. 6 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (9,50) auf dem zweiten Metallteil (10) abnehmbar befestigt ist. 7 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste Elektrode (8,56,92,93) als mit Außengewinde versehene Hülse einer Zündkerze (17,55,95,102) ausgebildet ist, die einen in einem Isolierstück (19,58) gehaltenen axialen Metallstift (18, 57) umschließt, wobei die Zündkerzen in das erste Metallstück (15,51) eingeschraubt sind und aus einem die Mittel zur Auslösung einer elektrischen Entladung bildenden Impulsgenerator (29, 73) gespeist werden, der zwischen der jeweiligen Hülse und dem jeweiligen Metallstift angeschlossen ist. 8 - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Metallstifts (18,57) des Isolierstücks (19,58) und der Metallhülse (8,56) jeder Zündkerze (17,55) jeweils in einer gemeinsamen Ebene (13, 84) liegen, so daß durch die Mittel eine elektrische Entladung quer zur Achsrichtung der Zündkerze erzeugt wird. 9 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den 909850/0816 Ir-^iclnu di<: fin ehe- Lei'unq biJdender. Lpitorn ("*,-!) ein^ isolierplatte-(?) c-inref^cj1; is':, die 1O Ij er "die beiden Loiter irr. Lochbfro.i ch vor ~ te-' si;. 10 - Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g ο. Ί-: c η η ?. ο i c h r e t, daß der vom ersten Leiter (3) unte de el: te r.ingi gereich (G) der Isolierplatte (2) mit einer Lochscheibe C?0,00) aus Isoliermaterial bedeckt ist. 11 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (22;23) vorgesehen sind, die einen Gasstrom durch den vom Gehäuse (10, 15) umschlossenen raum (21,62) hindurchleiten. 1? - Vorrichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzp i c h η e t, daß Haltemittel (25,26,68,69) vorgesehen sind, mit denen die beiden Metallteile (10,15,51) von beiden Seiten gegen die die Leitung (1) bildenden Leiter C-, 4) gedrückt werden.

1.3- Vorrichtung nach Anspruch Λ , dadurch gekenn ze ich net, daß die Innenwand des Gehäuses (1O, 15,5 ι) mit Ausbuchtungen (77) versehen ist, die so geformt sind, daß Metallteilchen, die bei der Entladung freigesetzt werden, sich nicht auf der Leitung (1) ablagern können.

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