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Die Erfindung geht aus von einer miniaturisierten Hörnerfunkenstrecke mit integrierter Deionkammer, bestehend aus einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer, wobei die Hörnerelektroden eine unsymmetrische Form mit einer längeren und einer kürzeren Elektrode aufweisen, die Hörnerelektroden im Zündbereich nahezu parallel verlaufen und anschließend divergieren, weiterhin als Deionkammer ein in den Stütz- und Aufnahmekörper einsetzbares Deionkammerteil ausgebildet ist, welches eine Vielzahl von Löschblechen aufnimmt und Durchgangskanäle besitzt gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2013 112 400 A1 ist eine Lichtbogenlöschkammer für Überspannungsableiter mit einer Vielzahl von deionisierenden Löschblechen oder Löschplatten vorbekannt. Die Löschbleche sind derart beabstandet, dass eine Vielzahl von Kanälen zur Aufnahme lichtbogenbedingter Gase gebildet ist.
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Die Löschbleche weisen einen schlitzförmigen Einlaufbereich auf. Weiterhin ist ein Gasausströmbereich durch seitliche und/oder stirnseitige Öffnungen zwischen den Löschblechen ausgebildet. Ausgehend von der Symmetrieachse der Lichtbogenlöschkammer sind die Gasausströmbereiche zwischen benachbarten Löschblechpaaren jeweils wechselseitig zur einen oder anderen Kammerseite oder Kammerhälfte geführt. Diesbezüglich sind Trennstege vorhanden, wobei insbesondere die Gasteilströme erst in einem gemeinsamen Entspannungsraum vermischt werden und dort einer Vereinigung unterliegen.
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Eine solche Deionkammer verfügt über eine kleine Baugröße und ist für erhöhte Betriebsspannungen einsetzbar.
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Bei der Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer nach
DE 10 2011 102 257 B4 wird von einer nicht ausblasenden Bauform mit einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer ausgegangen. Weiterhin sind Mittel zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung vorhanden. Das Isolierstoffgehäuse ist in der von den Hörnerelektroden aufgespannten Ebene geteilt und bildet eine erste und zweite Halbschale.
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Im Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden in Richtung Deionkammer liegt eine plattenförmige Isolierstoffmaterialscheibe vor und begrenzt diesen Bereich. Das Isolierstoffmaterial ist in einer entsprechenden Ausformung der jeweiligen Halbschale formschlüssig eingesetzt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Isolierstoffplatte noch mit einer ferromagnetischen Hinterlegung zur Steuerung des Lichtbogenlaufes auszugestalten.
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Bei der gattungsbildenden Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer nach
DE 10 2011 123 020 B3 ist ebenfalls ein mehrteiliges Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für Hörnerelektroden und die Deionkammer vorgesehen. Weiterhin sind Mittel zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung vorhanden. Auch ist dort das Isolierstoffgehäuse in der von den Hörnerelektroden aufgespannten Ebene geteilt und bildet eine erste und eine zweite Halbschale.
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Die Hörnerelektroden weisen eine unsymmetrische Form mit einer längeren und einer kürzeren Elektrode auf. Im Zündbereich verlaufen beide Elektroden nahezu parallel oder mit geringer Divergenz.
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Der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden in Richtung Deionkammer ist durch ein plattenförmiges Isolierstoffmaterial begrenzt, das in einer ersten Ausformung der jeweiligen Halbschale formschlüssig eingesetzt ist.
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Weiterhin nehmen die ersten Ausformungen eine ferromagnetische Hinterlegung des Lichtbogenlaufbereiches auf, wobei das plattenförmige Isolierstoffmaterial die jeweilige Hinterlegung von den Elektroden elektrisch trennt.
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Die Halbschalen besitzen weitere, zweite Ausformungen, welche ein einsetzbares Deionkammerteil formschlüssig aufnehmen. Zwischen der ersten und zweiten Ausformung sind jeweils Durchbrüche oder Öffnungen in der jeweiligen Halbschale befindlich. Die Kürzere der Elektroden endet vor dem Deionkammerteil, so dass die Gasströmung nur teilweise in die Deionkammer gelangt.
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Eine derartige Hörnerfunkenstrecke kann ein universelles Modul mit äußeren Anschlussklemmen für die Elektroden bilden, welches in ein Steckteil oder Außengehäuse, je nach Kundenwunsch integrierbar ist.
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Aus der
DE 10 2011 102 937 A1 ist eine Anordnung zum Zünden von Funkenstrecken vorbekannt. Die Funkenstrecke selbst ist als miniaturisierte Hörnerfunkenstrecke mit einer integrierten Triggerschaltung ausgeführt. Die Triggerelektrode der Triggerschaltung bildet mit einer Isolationsstrecke und einer Schicht aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden eine Sandwichstruktur.
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Eine Funkenstrecke mit Deionkammer zur Ableitung von transienten Überspannungen und auf der Basis einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke mit zwei Funkenhörnern zeigt die
DE 44 39 730 A1 . Die Funkenhörner sind winkelig zueinander angeordnet. Zwischen den Funkenhörnern ist die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke ausgebildet. Zur Verbesserung des Überspannungsschutzverhaltens ist vorgesehen, die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke abgebogen und/oder abgewinkelt bzw. schnabelförmig abgewinkelt auszuführen.
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Obwohl die Hörnerfunkenstrecken gemäß dem oben geschilderten Stand der Technik hervorragende elektrische Eigenschaften besitzen und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, besteht das Bedürfnis, den Bauraum für entsprechende Funkenstrecken zu minimieren, um insbesondere in Niederspannungsversorgungssystemen oder entsprechenden Geräten deren Miniaturisierung zu erlauben. Aufgrund der zu beherrschenden Ströme und Spannungen ist es grundsätzlich sehr problematisch, bekannte Funkenstrecken zu skalieren.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte, miniaturisierte Hörnerfunkenstrecke mit integrierter Deionkammer anzugeben, die besonders kleinbauend ist und dennoch die geforderten elektrischen Eigenschaften sowie die notwendige mechanische Stabilität besitzt, um den diesbezüglichen Anforderungen der Anwender, auch im Sinne einer Langzeitstabilität der Produkte zu gewährleisten.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine miniaturisierte Hörnerfunkenstrecke mit integrierter Deionkammer gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Es wird demnach von einer Hörnerfunkenstrecke mit integrierter Deionkammer ausgegangen.
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Die Hörnerfunkenstrecke besteht aus einem mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen Isolierstoffgehäuse. Das Isolierstoffgehäuse stellt einen Stütz- und Aufnahmekörper unter anderem für die Hörnerelektroden und die Deionkammer dar.
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Die Hörnerelektroden weisen bevorzugt eine unsymmetrische Form mit einer längeren und einer kürzeren Elektrode auf.
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Die Hörnerelektroden verlaufen im Zündbereich nahezu parallel oder divergieren minimal. Anschließend vergrößert sich der Abstand der Hörnerelektroden im Sinne einer zunehmenden Divergenz.
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Weiterhin ist die Deionkammer als ein in den Stütz- und Aufnahmekörper, von diesem gehaltenes, einsetzbares Deionkammerteil ausgebildet, welches eine Vielzahl von Löschblechen aufnimmt und Durchgangskanäle für eine lichtbogenbedingte Gasströmung besitzt.
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Erfindungsgemäß sind die Hörnerelektroden mindestens im Laufbereich eines entstehenden Lichtbogens mit einer metallischen Hinterlegung ausgerüstet.
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Diese metallische Hinterlegung führt zunächst zu einer mechanischen Verstärkung der ansonsten dünnwandiger ausführbaren jeweiligen Hörnerelektrode.
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Die Verstärkung wird rückseitig der betreffenden Hörnerelektrode fixiert, so dass der eigentliche Lichtbogenlaufbereich nicht gestört ist und der Lichtbogen nicht zum sogenannten „Hängen“ kommt.
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Die metallische Hinterlegung und Verstärkung der Hörnerelektroden führt zusätzlich zu einer besseren Kühlung auftretender Lichtbögen aufgrund der größeren Wärmekapazität.
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Weiterhin ist die kürzere Elektrode als bis zum Deionkammerteil reichende Hakenhornelektrode ausgebildet. Es wird also die Gasströmung, welche beim Zünden und Brennen eines Lichtbogens als dessen Folge entsteht, bis in die Deionkammer und die dort vorhandenen Löschbleche und Durchgangskanäle geleitet.
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Beabstandet und ausgangsseitig der Durchgangskanäle ist diese von einer metallischen Prallwand mindestens teilweise überdeckt, wobei die Prallwand gleichzeitig mit dem Isolierstoffgehäuse, dieses mechanisch verstärkend, verbindbar ist. Eine beispielhafte Verbindung besteht in einer kraftschlüssigen Vernietung oder Verschraubung.
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Die Prallwand dient einerseits der mechanischen Verstärkung der beschriebenen Gesamtanordnung.
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Andererseits dient die Prallwand einer Druck- bzw. Gasströmungsreflexion. Dabei ist es das Ziel, den Lichtbogen an der entstehenden Engstelle zum Verbleiben zu zwingen.
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Die Prallwand dient darüber hinaus der Kühlung der entstehenden Gase. Insgesamt wird durch die vorbeschriebene Merkmalskombination die Belastung auf das Isolierstoffgehäuse bzw. ein umgebendes Außengehäuse reduziert.
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Die Prallwand kann ausgestaltend eine geschlossene, eine geschlitzte oder eine mit strömungsleitender Schlitzprägung versehene Gasströmungsreflexionsfläche aufweisen.
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Durch diese Maßnahme kann die Druckreflexion beeinflusst und die Gasströmungsrichtung gezielt beeinflusst werden.
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Wie bereits erwähnt, sind die Hörnerelektroden beide bis zum Deionkammerteil geführt und es ist die metallische Hinterlegung als rückseitige Verstärkung mittels eines Einlegeteiles ausgebildet.
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Sowohl das Material der Elektroden als auch das der metallischen Hinterlegung kann aus galvanisch verzinntem Kupfer bestehen.
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Im vom Lichtbogenbrennraum abgewandten Bereich der Hakenhornelektrode, im vom Hakenhorn teilweise umschlossenen Freiraum ist in einer Ausgestaltung der Erfindung eine flexible Leiterplatte, insbesondere Folienleiterplatte, zur Triggerung der Funkenstrecke angeordnet.
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Die flexible oder Folienleiterplatte kann ein elektrisches oder elektronisches Bauteil aufnehmen, welches in den Freiraum eintaucht. Auf diese Weise wird das im Freiraum vorhandene Volumen optimal zum Zweck der aufgabengemäßen angestrebten Miniaturisierung der Funkenstrecke genutzt.
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Das erwähnte elektrische Bauteil kann ein Gasableiter sein, der mit einem entsprechenden Leiterabschnitt der Leiterplatte in elektrischer Verbindung steht.
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In dem Zündbereich der Hörnerelektroden reicht bei einer Ausgestaltung der Erfindung eine Zündhilfe hinein, welche aus einem leitfähigen Kunststoff, bevorzugt Schwarz-POM, besteht.
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Die Prallwand ist bevorzugt als Stanz-Biegeteil ausgebildet und weist zwei Abwinkelungen auf, welche Durchbrüche zur Aufnahme kraftschlüssiger Verbindungsmittel besitzt. Die Durchbrüche sind komplementär zu Aussparungen im mehrteiligen Isolierstoffgehäuse ausgeführt. Wird die kraftschlüssige Verbindung mittels metallischen Nieten realisiert, verbessert sich die Wärmeableitung und Kühlwirkung aufgrund der gebildeten Wärmesenke.
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Die Hörnerelektroden sind jeweils mit einem ihrer Enden durch eine Öffnung im Isolierstoffgehäuse geführt, um eine unmittelbare elektrische Kontaktierung zu ermöglichen. Auf separate Anschlussmittel, die mit den Elektroden zunächst zu kontaktieren sind, kann verzichtet werden.
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Das Isolierstoffgehäuse weist bei einer bevorzugten Ausführungsform an einer seiner Innenseiten mindestens eine Überhöhung oder einen Vorsprung auf. Diese Überhöhung oder der Vorsprung dienen zur Ausbildung einer elektrischen Druckkontaktierung zwischen der flexiblen Leiterplatte und der ihr benachbarten Hakenhornelektrode.
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Bei einer Ausbildung der Erfindung weist die geschaffene miniaturisierte Hörnerfunkenstrecke im Wesentlichen Außenabmessungen von 25 × 10 × 17 mm (L × B × H) auf.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
- 1 eine Explosivdarstellung der miniaturisierten Hörnerfunkenstrecke mit integrierter Deionkammer;
- 2 eine Detaildarstellung der Deionkammer, ausgebildet als Deionkammerteil mit aufgenommenen Löschblechen;
- 3 eine Detaildarstellung der Folienleiterplatte, ausgebildet als Triggerleiterplatte mit integriertem, auf der Leiterplatte befindlichem Gasableiter;
- 4 eine erste Ausführungsform der Prallwand mit geschlossener Prallfläche einmal als Zuschnitt (unterer Figurenteil) und zum anderen bereits mit abgewinkelten Seiten (oberer Figurenteil);
- 5 eine weitere Ausführungsform der Prallwand in geschlitzter Gestalt, sowohl als Zuschnitt (unterer Figurenteil) und im Ergebnis der erfolgten Abwinkelung der Seitenkanten (oberer Figurenteil);
- 6 eine weitere Ausführungsform einer Prallwand mit Schlitzprägung zur Gasströmungsumlenkung mit erfolgter Abwinkelung der seitlichen Kanten; und
- 7 eine Darstellung der miniaturisierten Hörnerfunkenstrecke mit aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassenen vorderen Teil des Isolierstoffgehäuses und zur Verdeutlichung herausgezogenen Hinterlegungen sowie Prallwand.
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Die erfindungsgemäße miniaturisierte Hörnerfunkenstrecke gemäß den Figuren, insbesondere nach 1, geht von einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse aus. Das Isolierstoffgehäuse umfasst ein oberes Teil 1 sowie ein unteres Teil 2.
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Die entsprechenden Gehäuseteile sind innenseitig mit Strukturierungen zur Aufnahme, das heißt zum mechanischen Fixieren, der weiteren funktionsrelevanten Bauteile ausgerüstet.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kommt neben dem jeweiligen Isolierstoffgehäuseteil 1; 2 ein metallischer Konzentrator 3; 4 zum Einsatz. Zur elektrischen Isolierung ist zwischen dem jeweiligen Konzentrator 3; 4 eine Isolierplatte 5; 6, insbesondere aus Vulkanfiber bestehend, angeordnet. Die entsprechende Isolierplatte 5; 6 sorgt für die notwendige elektrische Trennung zum jeweiligen Konzentrator 3; 4.
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Die Gehäuseteile 1; 2 nehmen weiterhin ein Deionkammerteil 7 auf.
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Dieses Deionkammerteil 7 besteht aus einem Kunststoffträger mit Durchgangskanälen und Schlitzen, wobei letztere entsprechende Löschbleche 8 aufnehmen.
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Weiterhin sind in den Gehäuseteilen die Hörnerelektroden einsetzbar. Zum einen handelt es sich hier um eine Hakenhornelektrode 9 als kürzere Elektrode sowie um eine Langhornelektrode 10 als die längere der Elektroden.
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Sowohl die Hakenhornelektrode 9 als auch die Langhornelektrode 10 sind durch metallische Hinterlegungen 11; 12 verstärkt.
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Zum Zweck der Triggerung der Hörnerfunkenstrecke kommt eine Triggerleiterplatte 13 zum Einsatz (siehe auch Detaildarstellung nach 3).
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Diese Triggerleiterplatte 13, die insbesondere als Folienleiterplatte ausgebildet ist, steht mit einer S-POM-Platte 14, die in den Zündbereich zwischen den Hörnerelektroden hineinragt, in elektrischer Verbindung.
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Weiterhin weist die Triggerleiterplatte 13 eine Kontaktfläche 15 sowie in einer speziellen Ausgestaltung einen Gasableiter 16 auf.
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Letztendlich ist eine Prallplatte 17 (siehe auch die 4 bis 6) vorhanden.
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Die Prallplatte ist beabstandet und ausgangsseitig der Durchgangskanäle des Deionkammerteiles 7, diese mindestens teilweise überdeckend angeordnet, wobei die Prallwand 17 gleichzeitig mit dem Isolierstoffgehäuse, dieses mechanisch verstärkend verbindbar ist, wie dies aus der 7 für den Fachmann ersichtlich ist.
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Die Verbindung der Gehäuseteile 1; 2 und das Fixieren der Prallwand oder Prallplatte 17 geschieht beispielsweise mit Rohrnieten 18, die durch entsprechende Ausnehmungen in den Gehäuseteilen 1; 2 und Durchbrüchen in der Prallwand 17 geführt werden.
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Die Prallwand 17 bildet eine je nach Ausführungsform geschlossene, geschlitzte oder mit strömungsleitender Prägung versehene Gasströmungsreflexionsfläche.
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Diesbezüglich sei auf die Darstellungen nach den 4 bis 6 aufmerksam gemacht.
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Bei der Ausführungsform nach 4 wird von einer Prallwand 171 mit im Wesentlichen geschlossener Gasströmungsreflexionsfläche ausgegangen.
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Die Prallwand 172 nach 5 weist schlitzförmige Durchbrechungen auf.
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Bei der Prallwand 173 nach 6 sind strömungsleitende, geprägte Öffnungen vorhanden, die zu einer Umlenkung auftreffender Gasströmung führen.
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Die betreffenden Prallwände 17, 171, 172 und 173 sind bevorzugt als Stanz-Biegeteile ausgebildet und weisen zwei seitliche Abkantungen oder Abwinkelungen auf, welche Durchbrüche 20 komplementär zu Aussparungen in den Gehäuseteilen 1; 2 aufweisen. Diese Durchbrüche 20 dienen der Aufnahme beispielhafter Nieten 18 (siehe 1); die Prallwände führen nun nicht nur zur Kühlung und Leitung auftretender Gasströmung, sondern stabilisieren die Ausbildung des Isolierstoffgehäuses, gestatten eine Kühlung der Gasströmung durch Wärmeableitung und verhindern eine Beschädigung benachbarter Bauteile bzw. eines in den Figuren nicht gezeigten Außengehäuses.
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Unter Hinweis auf die 7 weist das Trägerteil 2 eine Überhöhung X auf, welche dazu dient, eine sichere elektrische Verbindung zwischen der Triggerleiterplatte 13 und dem dortigen Kontaktbereich 15 zur Hakenhornelektrode 9 herzustellen.
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Die 7 lässt auch deutlich werden, wie die Triggerleiterplatte 13 positioniert ist und in welcher Weise das Bauteil 16 im Freiraum unterhalb der Hakenhornelektrode 9 eintaucht.
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Die Hörnerelektroden 9; 10 sind, wie in der 7 ersichtlich, jeweils mit einem Ende durch eine Öffnung im entsprechenden Teil des Isolierstoffgehäuses 1; 2 geführt, um eine unmittelbare elektrische Verbindung zu ermöglichen. Auf separate Anschlusselemente kann verzichtet werden.
