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Die
Erfindung betrifft einen Rotorantrieb einer Offenend-Spinnvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Aus
der
DE 196 01 034
A1 ist eine Offenend-Spinnvorrichtung bekannt, in welcher
der Spinnrotor sowohl radial als auch axial aerostatisch gelagert
ist.
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Bei
dieser Lageranordnung tritt das Problem auf, dass während des
Spinnbetriebes eine dauerhafte galvanische Trennung des Spinnrotors
gegeben ist und daher keine ausreichende Abfuhr der beim Spinnen
entstehenden elektrostatischen Aufladung erfolgt. Insbesondere beim
Verspinnen von synthetischen Materialien kommt es im Bereich des Spinnrotors
zu elektrostatischen Aufladungen, die nicht definiert abfließen können, da
der Spinnrotor galvanisch von den geerdeten Teilen der Offenend-Spinnvorrichtung
getrennt ist. Die elektrostatische Aufladung wirkt sich störend auf
den Spinnprozess sowie den Betrieb von der Steuerung des Rotorantriebes
dienenden Komponenten aus.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
198 35 932 A1 eine Offenend-Spinnvorrichtung mit einer Magnetlageranordnung
zur axialen und mit einer Stützscheibenlagerung
zur radialen Abstützung
eines rotierbar gelagerten Spinnrotors bekannt, der bezüglich des Gehäuses der
Spinnvorrichtung durch die Stützscheibenlagerung
galvanisch von geerdeten Teilen der Spinnvorrichtung getrennt ist.
Der Spinnrotor wird zur Abfuhr der während des Spinnprozesses auftretenden
statischen Aufladung über
einen elektrischen Leitmechanismus, der kraftbeaufschlagt, zum Beispiel
mittels einer Feder, mit dem Spinnrotor in Kontakt steht, mit einem
geerdeten Bauteil der Spinnvorrichtung verbunden.
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Bei
einem berührungslos
gelagerten Rotorantrieb würde
die axial gerichtete, den Spinnrotor beaufschlagende Kraft dazu
führen,
dass die der axialen Lagerung dienenden Komponenten derart durch eine
geeignete Steuereinrichtung angesteuert werden müssten, dass die zusätzlich aufgebrachte
Kraft kompensiert wird, damit der Schwebezustand des Spinnrotors
im Betrieb der Spinnvorrichtung erhalten bleibt. Dadurch wird jedoch
das Regelungsverhalten unbeständiger
und der Realisierungsaufwand größer. Zudem
führt der
physische Kontakt des Leitmechanismus' mit dem Spinnrotor insbesondere bei
den angestrebten hohen Drehzahlen von mehr als 150.000 1/min zu
einem starken Verschleiß des Spinnrotors.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Rotorantrieb bereitzustellen, der auch
beim Verspinnen von synthetischem Vorlagematerial für eine zuverlässige, kontrollierte
Ableitung der entsprechenden elektrostatischen Aufladung sorgt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Rotorantrieb gelöst,
wie er im Anspruch 1 beschrieben ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß dem Anspruch
1 wird vorgeschlagen, dass zur Ableitung der während des Spinnprozesses auftretenden
elektrostatischen Aufladung der Spinnrotor zu einer der Lagerstellen
derart beabstandet ist, das beim Erreichen einer definierten elektrostatischen
Aufladung ein Spannungsüberschlag
zwischen der Lagerstelle und dem Spinnrotor auftritt, wobei der
Rotorantrieb von einem elektrisch leitenden, mit einer Erdung verbundenen Rotorantriebsgehäuse umgeben
ist, mit welchem die der Ableitung dienende Lagerstelle leitend
verbunden ist. Die Ableitung der elektrostatischen Aufladung durch
Spannungsüberschlag
ist steuerbar, da der Zeitpunkt des Spannungsüberschlags im Wesentlichen
vom Abstand der Lagerstelle zu dem Spinnrotor und dem dazwischen
befindlichen Medium abhängig
ist. Der Spannungsüberschlag
lässt sich
also durch entsprechende Beabstandung kontrolliert und zuverlässig erreichen.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass im Gegensatz zum Stand
der Technik eine berührungslose
und somit verschleißfreie
Ableitung der elektrostatischen Aufladung des Spinnrotors erreicht wird.
Die Ableitung von der Lagerstelle erfolgt dabei über das Rotorantriebsgehäuse.
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Vorzugsweise
kann zumindest eine der Lagerstellen ein Begrenzungslager aufweisen, über das die
Ableitung der elektrostatischen Aufladung erfolgt. Die Ableitung
der Aufladung über
das Begrenzungslager der vorderen Lagerstelle bildet dabei den kürzesten
Weg zwischen dem Ort der Entstehung der Aufladung, dem Inneren der
Rotortasse, und dem Ort an dem die Aufladung überschlägt. Alternativ kann auf Grund
konstruktiver Gegebenheiten im Aufbau der Lageranordnung auch ein
an der hinteren Lagerstelle vorgesehenes Begrenzungslager zur Ableitung der
elektrostatischen Aufladung verwendet werden, wobei dafür der etwas
längere
Weg zur Ableitung der Aufladung in Kauf genommen werden müsste.
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Insbesondere
kann die andere Lagerstelle isoliert ausgeführt sein. Dadurch wird vermieden, dass
der Spannungsüberschlag
wechselweise unkontrolliert entweder über die vordere oder die hintere
Lagerstelle abgeleitet wird. Dies ist bei der Verwendung eines an
einer der Lagerstellen angebrachten induktiven Sensors zur Erfassung
der axialen Lageabweichung vorteilhaft, um Störungen durch den Spannungsüberschlag
zu vermeiden, die sich durch die Anordnung des induktiven Sensors
an eine der Ableitung der elektrostatischen Aufladung dienenden Lagerstelle
negativ auf die Messungen auswirken würden.
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Vorzugsweise
kann die Lageranordnung als Magnetlagerung ausgeführt sein.
Alternativ kann die Lageranordnung als Gaslagerung ausgebildet sein. Auch
eine Kombination beider Lagerarten ist denkbar.
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Gemäß dem Anspruch
6 kann die Beabstandung des Spinnrotors zur Lagerstelle derart einstellbar
sein, dass die Aufladung des Spinnrotors im Mittel 500 V nicht überschreitet.
Dies trägt
dem Umstand Rechnung, dass durch eine Regelung der axialen Position
des im Betrieb frei schwebenden Spinnrotors, beispielsweise durch
eine Nullstromregelung, der Abstand des Spinnrotors zu den Lagerstellen
variiert. Somit kann es in Abhängigkeit
vom jeweiligen Abstand des Spinnrotors zu der Lagerstelle, über welche
die elektrostatische Aufladung abgeleitet wird, zu einer um diesen
Spannungsmittelwert schwankenden Aufladung des Spinnrotors kommen,
bevor es zu einer Entladung durch den Spannungsüberschlag kommt.
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Insbesondere
kann in dem Rotorantriebsgehäuse
ein Medium enthalten sein, dessen Durchschlagsfestigkeit kleiner
als 3,5 kV/mm ist. Durch die geeignete Wahl des Mediums im Rotorantriebsgehäuse lässt sich
gezielt auf die maximal erreichbare Spannung durch elektrostatische
Aufladung Einfluss nehmen. Vorzugsweise befindet sich Luft in dem
Rotorantriebsgehäuse,
da dies den geringsten Aufwand hinsichtlich einer Abdichtung des
Rotorantriebsgehäuses
gegenüber
der Umgebung bedeutet, was insbesondere bei einer Magnetlagerung
des Spinnrotors zum Tragen kommt. Bei der Wahl eines geeigneten
Mediums mit einer geringeren Durchschlagsfestigkeit als Luft, wie
beispielsweise Stickstoff, werden entsprechende Dichtungs maßnahmen
erforderlich, um ein Entweichen des Mediums zu vermeiden. Dies ist
jedoch bei einer als Gaslager ausgeführten berührungslosen Lagerung von untergeordneter
Bedeutung, da hier entsprechende Dichtungsmaßnahmen bereits getroffen sind.
Alternativ ist auch ein Gemisch verschiedener Medien einsetzbar,
die eine entsprechende Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Die Größenordnung
der Überschlagsspannung
wird somit durch das verwendete Medium neben dem absoluten Abstand
des Spinnrotors zu den Lagerstellen bestimmt, wobei der Abstand
durch die Nullstromregelung geregelt wird. Die sich einstellenden
Abstände des
Spinnrotors zu den Lagerstellen liegen im zehntel Millimeterbereich,
so dass in der Hauptsache das dazwischen befindliche Medium den
Zeitpunkt und die Häufigkeit
der Spannungsüberschläge bestimmt.
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Vorteilhafterweise
können
der Steuerung des Rotorantriebes dienende Komponenten in einem Behältnis nach
Art eines Faradayschen Käfigs
angeordnet sein. Hierdurch wird eine Abschirmung der Komponenten
erreicht, um die in dem Rotorantriebsgehäuse des Rotorantriebes untergebrachten
elektronischen Steuerungselemente, die auf elektrostatische Entladungen
besonders empfindlich reagieren, zu schützen.
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Zudem
wird dadurch eine Überlagerung
der Signale der Steuerungselemente durch Störsignale, die auf die Spannungsüberschläge zurückgehen, weitgehend
vermieden. Die Steuerungselemente sind ihrerseits gegenüber dem
Behältnis
isoliert in diesem angeordnet.
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Das
Behältnis
kann aus einem elektrisch leitenden Material bestehen oder auf seiner
Außenseite zumindest
mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sein, die das Behältnis vollständig umgibt.
Somit lässt
sich das Behältnis
beispielsweise aus einem leitfähigen
Metall oder aus Kunststoff fertigen, welches dann durch Galvanisieren
mit einer leitfähigen Metallschicht
versehen wird.
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Des
Weiteren kann der Rotorantrieb über eine
isolierte Aufhängung
mit dem Maschinengestell verbunden sein. Die Auftrennung der Masseverbindung
des Rotorantriebes zum Maschinengestell hat den Vorteil, dass Störungen der
elektronischen Steuerelemente des Antriebes durch Rauschen, das
beispielsweise auf elektrostatische Entladungen zurückgeht,
reduziert werden. Die Bildung einer Masseschleife wird somit vermieden.
Um die Ableitung der elektrostatischen Aufladung beim Spannungsüberschlag
auf die Lagerstelle zu gewährleisten,
wird diese über
das Rotorantriebsgehäuse
auf das Behältnis und
von dort zum Spinnstellennetzteil geleitet, welches seinerseits über das
Maschinengestell geerdet ist. Durch das Auftrennen der Masseverbindung
zwischen dem Rotorantriebsgehäuse
und dem Maschinengestell wird zum einen verhindert, dass wechselnde
Felder in der sonst bestehenden Masseschleife Spannungen auf der
Masseleitung induzieren, die wiederum Störungen darstellen. Zum anderen
wird erreicht, dass der Strom der bei der Entladung durch Spannungsüberschlag
fließt,
nur auf einem definierten Weg über
das Netzteil auf das geerdete Maschinengestell abfließt und nicht
undefiniert.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind dem nachfolgend anhand der Zeichnungen
erläuterten Ausführungsbeispiel
entnehmbar.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Offenend-Spinnvorrichtung mit einem einzelmotorisch angetriebenen,
in einer Permanentmagnetlagerung berührungslos abgestützten Spinnrotor;
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2 eine
schematisierte Darstellung einer vorderen Lagerstelle der Magnetlagerung;
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3 eine
schematisierte Darstellung der Anordnung eines Rotorantriebs an
einem Maschinengehäuse
einer Textilmaschine.
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In
1 ist
eine Offenend-Spinnvorrichtung
1 dargestellt, wie sie im
Prinzip bekannt und beispielsweise in der
EP 0 972 868 A2 relativ
ausführlich beschrieben
ist.
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Solche
Offenend-Spinnvorrichtungen 1 verfügen über ein Rotorgehäuse 2,
in dem die Rotortasse 26 eines Spinnrotors 3 mit
hoher Drehzahl umläuft.
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Üblicherweise
ist das nach vorne hin an sich offene Rotorgehäuse 2 während des
Betriebes durch ein schwenkbar gelagertes Deckelelement 8 verschlossen
und über
eine entsprechende Pneumatikleitung 10 an eine Unterdruckquelle 11 angeschlossen,
die den im Rotorgehäuse 2 notwendigen
Spinnunterdruck erzeugt.
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Im
Deckelelement 8 ist, wie üblich, auswechselbar ein Kanalplattenadapter 12 angeordnet,
der die Fadenabzugsdüse 13 sowie
den Mündungsbereich
des Faserleitkanals 14 aufweist. An die Fadenabzugsdüse 13 schließt sich,
wie bekannt, ein Fadenabzugsröhrchen 15 an.
Außerdem
ist am Deckelelement 8, das um eine Schwenkachse 16 begrenzt drehbar
gelagert ist, ein Auflösewalzengehäuse 17 festgelegt.
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Das
Deckelelement 8 weist des Weiteren rückseitige Lagerkonsolen 19, 20 zur
Lagerung einer Auflösewalze 21 beziehungsweise
eines Faserbandeinzugszylinders 22 auf. Die Auflösewalze 21 wird dabei
im Bereich ihres Wirtels 23 durch einen umlaufenden, maschinenlangen
Tangentialriemen 24 angetrieben, während der (nicht dargestellte)
Antrieb des Faserbandeinzugszylinders 22 vorzugsweise über eine
Schneckengetriebeanordnung erfolgt, die auf eine maschinenlange
Antriebswelle 25 geschaltet ist.
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In
alternativer Ausführungsform
können
Auflösewalze 21 und/oder
Faserbandeinzugszylinder 22 selbstverständlich auch jeweils über einen
Einzelantrieb angetrieben werden.
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Der
Spinnrotor 3 wird durch einen elektromotorischen Einzelantrieb 18 angetrieben
und ist mit seinem Rotorschaft 4 in einer vorderen Lagerstelle 6 und
einer hinteren Lagerstelle 7 einer Permanentmagnetlageranordnung 5 berührungslos
abgestützt.
Die vordere Lagerstelle 6 weist ein elektrisch leitfähiges Begrenzungslager 42 auf.
Hierzu kann das Begrenzungslager 42 aus einem elektrisch
leitfähigen
Material bestehen oder mit einem solchen beschichtet sein. Ein entsprechendes
Begrenzungslager 43 kann auch für die hintere Lagerstelle 7 vorgesehen
sein. Die hintere Lagerstelle 7 ist in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
elektrisch isoliert ausgeführt
beziehungsweise besteht aus einem nicht leitenden Material. Diese
Ausführung
kann selbstverständlich
auch umgekehrt gewählt
werden, so dass die Ableitung der elektrostatischen Aufladung ausschließlich über ein
an der hinteren Lagerstelle 7 angeordnetes elektrisch leitfähiges Begrenzungslager
erfolgt.
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Die 2 zeigt
einen magnetisch gelagerten, einzelmotorisch angetriebenen Spinnrotor 3.
Der Spinnrotor 3 ist mit seinem Rotorschaft 4 in
einer Permanentmagnetlageranordnung 5 berührungslos
abgestützt,
wobei der als Läufer
ausgebildete Rotorschaft 4 im Bereich zwischen der vorderen
und hinteren Lagerstelle 6 und 7 der Permanentmagnetlageranordnung 5 mit
einem Motormagneten 9 des einzelmotorischen Rotorantriebes 18 ausgestattet
ist. Der Motormagnet 9 kann dabei selbstverständlich auch innerhalb
des als Hohlwelle ausgebildeten Rotorschaftes 4 angeordnet
sein.
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Die
Lagerstellen 6 und 7 weisen jeweils stationäre sowie
rotierbar gelagerte Magnetlagerkomponenten 27, 28 auf.
Das Begrenzungslager 42 der vorderen Lagerstelle 6 ist
derart zum Rotorschaftes 4 beabstandet angeordnet, dass
zwischen dem Begrenzungslager 42 und dem Rotorschaft 4 sowohl
ein axialer als auch ein radialer Luftspalt besteht. Den stationären Magnetlagerkomponenten 27,
die im Wesentlichen aus einem Permanentmagnetring 33 sowie
aus einer über
einen Anschluss 35 definiert bestrombaren Magnetlagerspule 34 bestehen,
stehen in geringem Abstand jeweils rotierbar gelagerte Magnetlagerkomponenten 28 gegenüber, die
ihrerseits einen Permanentmagnetring 31 und eine Sicherungsbandage 32 aufweisen.
Auf der der Rotortasse 26 abgewandten Seite ist ein Keramikstift 36 in
den Rotorschaft 26 eingelassen. Alternativ kann zu der beschriebenen
passiven Magnetlagerung auch eine aktive Magnetlagerung verwendet
werden.
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3 stellt
das Konzept dar, wie der Rotorantrieb 18 an einem Maschinengestell 41 isolationstechnisch
angeordnet ist. Hierzu ist ein den Rotorantrieb 18 umgebendes
Rotorantriebsgehäuse 37 über eine
isolierende Aufhängung 39 mit
dem Maschinengestell 41 verbunden. Das Rotorantriebsgehäuse 37 besteht
aus einem elektrisch leitfähigen Material
oder ist auf seiner Außenseite
mit einer elektrisch leitfähigen,
metallischen Beschichtung durch Galvanisieren überzogen. An dem Rotorantriebsgehäuse 37 ist
ein Behältnis 40 angeordnet,
das aus einem elektrisch leitfähigen
Material besteht oder zumindest mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen
ist, und wie ein Faradayscher Käfig
wirkt. Das Behältnis 40,
das der Aufnahme der im Inneren des Rotorantriebsgehäuses 37 angeordneten
Komponenten, die beispielsweise als Steuerungselemente für die Rotormotorsteuerung,
dienen, die vor den Auswirkungen der abzuführenden elektrostatischen Aufladung
geschützt
werden müssen,
ist dabei leitend mit dem Rotorantriebsgehäuse 37 verbunden. Das
Behältnis 40 ist
mit dem Masseanschluss eines Netzgerätes 38, verbunden,
das den Rotorantrieb 18 mit Energie versorgt.
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Über das
Netzgerät 38 wird
das Behältnis 40 mit
dem Maschinengestell 41 leitend verbunden, welches seinerseits
geerdet ist, wie durch das Massesymbol in 3 angedeutet.
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Bei
einer elektrostatischen Aufladung der Rotortasse
26 erfolgt
die Ableitung der Aufladung erfindungsgemäß durch den Spannungsüberschlag zwischen
dem Rotorschaft
4 und dem vorderen Begrenzungslager
42 der
vorderen Lagerstelle
6. Dies stellt den kürzesten
Weg zwischen dem Ort der Entstehung der Aufladung, der Rotortasse
26,
und deren Ableitung über
die Lagerstelle
6 dar. Die sich aufbauende Aufladung ist
vom regelbaren Abstand zwischen dem Rotorschaft
4 und der
Lagerstelle
6 sowie der Durchschlagsfestigkeit des im Rotorantriebsgehäuse
37 befindlichen
Mediums abhängig,
das den Luftspalt zwischen dem Rotorschaft
4 und dem Begrenzungslager
42 ausfüllt. Die
Abstandsregelung zwischen dem Rotorschaft
4 und den Lagerstellen
6,
7,
die auf einer so genannten Nullstromregelung basiert, ist aus der
EP 1 154 340 A1 bekannt.
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Insbesondere
bei einer Gaslagerung bestimmt das in dem Spalt befindliche Medium
durch seine Durchschlagsfestigkeit die Frequenz der Spannungsüberschläge im laufenden
Betrieb der Offenend-Spinnvorrichtung. Vorzugsweise wird ein Medium
verwendet, dessen Durchschlagsfestigkeit unter 3,5 kV/mm liegt,
so dass die Spannung im Mittel 500 V nicht überschreitet. Als Medium kommt
in erster Linie Luft in Betracht, der Einsatz eines alternativen Mediums,
wie beispielsweise Stickstoff oder dergleichen ist auch möglich.
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Das
vordere Begrenzungslager 42 ist seinerseits elektrisch
leitend mit dem Rotorantriebsgehäuse 37 verbunden,
so dass die Aufladung über
die Lagerstelle 6 und die Außenseite des Rotorantriebsgehäuses 37 über das
Behältnis 40 und
von dort zum Netzgerät 38 abfließen kann.
Von dort wird die Aufladung über
das geerdete Maschinengestell 41 abgeführt.
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Die
isolierende Aufhängung 39 des
Rotorantriebs 18 an dem Maschinengestell 41 unterbricht
die sich üblicherweise
bildende Masseschleife zwischen dem Rotorantriebsgehäuse 38,
dem Netzgerät 38 und
dem Maschinengestell 41, wodurch erreicht wird, das bei
der Entladung durch Spannungsüberschlag die
Ladung auf einem definierten Weg abfließt.