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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Steuerelektrode, eine Durchführung mit einer solchen Steuerelektrode, die Verwendung einer entsprechenden Durchführung und ein Herstellungsverfahren für eine Durchführung mit entsprechender Steuerelektrode.
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Durchführungen werden in gasisolierten Schaltanlagen verwendet, um unter Strom und Spannung stehende Bauteile in einen Gas gefüllten Behälter zu führen, ohne den Behälter selbst unter Strom und/oder Spannung zu setzen.
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Bei der Dimensionierung des Leiters in der Führung ist insbesondere dessen Verlustleistung zu beachten, um ein Überschreiten der durch Normen gegebenen Erwärmungsgrenzen zu verhindern. In der Durchführung selbst weist der Leiter in der Regel eine Einschnürung auf, die bei der Berechnung der potenziellen Erwärmung durch die Verlustleistung insbesondere zu berücksichtigen ist. Die Außenkontur der Durchführung ist entsprechend der gängigen Norm so auszulegen, dass gängige Kabelstecker Verwendung finden können.
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Damit die Durchführung eine ausreichend hohe Spannung führen kann, wird in der Durchführung eine Baugruppe zur Absteuerung der elektrischen Felder innerhalb der Durchführung benötigt.
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Für die Spannungsfestigkeit der Durchführung sind weiter die Durchschlagsfestigkeit des Isoliermediums, sowie die Isolierlänge der Oberfläche ausschlaggebend. Um Gleitentladungen über die Oberfläche zu verhindern, sollte die sogenannte Kriechstrecke möglichst lang ausgestaltet sein. Weiter empfiehlt es sich, die Feldstärke am äußeren Triplepunkt, also dem Bereich, in dem drei verschiedene Isoliermedien aneinandergrenzen, die potenziellen Feldstärken zu reduzieren, um eine möglichst hohe Durchschlagsfestigkeit zu gewährleisten. Dabei ist die Gefahr eines Oberflächenüberschlages am Größten.
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Die Durchschlagsfestigkeit des Isoliermediums ist nur gewährleistet, wenn die Fertigung der Durchführung mit keinen oder nur minimalen Lufteinschlüssen, sogenannten Lunkern, möglich ist. Lufteinschlüsse, also Lunker, begünstigen die Entstehung von Teilentladungen, die es in der Regel zu begrenzten gilt.
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Herkömmliche Durchführungen weisen in der Regel im Inneren eine Baugruppe zur Absteuerung von elektrischen Feldern auf. Diese Baugruppe zur Absteuerung der elektrischen Felder besteht in der Regel aus einem sogenannten Deflektor und einer sogenannten Steuerelektrode. Der Deflektor ist in der Regel ein schweißbarer Befestigungsring, der zumindest teilweise aus dem Isoliermedium hervorsteht und so die gasdichte Verbindung der Durchführung mit dem Gasbehälter ermöglicht. In unmittelbarer Nähe zu dem Deflektor wird eine sogenannte Steuerelektrode angeordnet. Die Steuerelektrode dient dem Absteuern eines Großteils der elektrischen Felder. Sie besteht in der Regel aus einem gebogenen Streckmetall oder einem elektrisch leitfähigen Kunststoff.
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Die Steuerelektrode ist dabei so ausgestaltet, dass sich eine definierte Kapazität zwischen ihr und dem elektrisch leitfähigen und im Betrieb unter Spannung stehenden Material in der Mitte der Durchführung ergibt. Über einen aus dem Isoliermaterial herausgeführten Anschluss, dem sogenannten kapazitiven Abgriff, wird ein Spannungsdetektionsgerät angeschlossen, mit dem die anliegende Spannung an dem elektrisch leitfähigen Material der Durchführung überwacht wird. Dazu darf die Steuerelektrode keine elektrische Verbindung zum äußeren Behälter, dem Gasbehälter, aufweisen. Um die Steuerelektrode elektrisch von dem Deflektor zu isolieren, besitzt die Steuerelektrode neben der inneren elektrisch leitfähigen Kontur eine elektrisch isolierende äußere Stützkonstruktion. Diese besteht beispielsweise aus einem Ring mit einzelnen Füßen, zum Beispiel drei Füßen. Eine solche Steuerelektrode ist in der Fertigung aufwändig, da sie als Zwei-Komponenten-Spritzgussteil hergestellt wird. Außerdem ist der Prozessschritt der Montage besonders aufwändig, da die Füße auf dem Deflektor positioniert und verklebt werden müssen, um ein Verrutschen während des Vergussprozesses mit dem Isoliermedium zu verhindern. Durch die unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen der unterschiedlichen Werkstoffe für die Stützfüße und die Steuerelektrode kommt es bei höheren Temperaturen zu einem gravierenden Formverlust. Das bedingt, dass diese zweiteiligen Steuerelektroden nur in Durchführungen zum Einsatz kommen können, die mit dem Automatischen-Druck-Gelier (ADG) -Verfahren hergestellt werden. Das Ausweichen auf andere, effizientere Verfahren ist somit nicht möglich, da das Bauteil bei diesen seine Form nicht behält.
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Weiter besitzen herkömmliche Durchführungen eine starke Einschnürung des elektrischen Leiters in der Durchführung, die in der Höhe der Steuerelektrode angeordnet ist. Diese Querschnittsreduzierung des elektrischen Leiters der Durchführung erhöht die Verlustleistung der Durchführung. Dies führt zu einer stärkeren Erwärmung der Durchführung, die durch zusätzliche Kühlmaßnahmen kompensiert werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun eine Steuerelektrode, eine Durchführung, eine Verwendung der Durchführung und ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Durchführung bereitzustellen, das die zuvor beschriebenen Nachteile des Standes der Technik behebt, insbesondere eine geringere Verlustleistung aufweist, einfacher herstellbar und kostengünstiger zu produzieren ist.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Steuerelektrode gemäß Anspruch 1, eine Durchführung gemäß Anspruch 8, die Verwendung gemäß Anspruch 11, das Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 12 und den von diesen abhängigen Ansprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Steuerelektrode für Mittel- und/oder Hochspannungsanlagen mit einer Längsachse senkrecht zur radialen Ausdehnung der Steuerelektrode, wobei
- - die Steuerelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist und entweder eine rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf einer Umfangsfläche oder eine rohrförmig angeordneten Gitterstruktur aufweist, und
- - sich von einer Oberfläche der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf einer Umfangsfläche oder von einer Oberfläche der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur ein Anschlusselement nach außen, also weg von der Längsachse der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur, erstreckt.
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Das Anschlusselement erstreckt sich also von der Oberfläche der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf einer Umfangsfläche oder von einer Oberfläche der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur in einen Außenbereich der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf einer Umfangsfläche oder der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur.
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Die rohrförmig angeordnete Struktur mit Öffnungen auf einer Umfangsfläche oder die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur haben gegenüber der Verwendung von einer ringförmigen Struktur den Vorteil, dass sie eine höhere Kapazität aufweisen und somit am durch das Anschlusselement gebildeten kapazitiven Abgriff stärkere Signale messbar sind.
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Bevorzugt erstreckt sich das Anschlusselement radial nach außen, also in einem Winkel von 90°oder 80° bis 100° zur Lage der Längsachse der Steuerelektrode.
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Auch wird bevorzugt, dass die Steuerelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff besteht.
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Bevorzugt wird auch, dass die Steuerelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Thermoplast besteht.
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Insbesondere wird bevorzugt, dass die Steuerelektrode ein Polycarbonat, PC, mit Kohlefasern und/oder einen Polyphenylenether, PPE, mit Kohlefasern enthält.
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Bevorzugt wird auch, dass die rohrförmig angeordnete Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur eine flexible Struktur bildet. Eine solche flexible Struktur ist insbesondere vorteilhaft bei dem Zusammenfügen der Steuerelektrode mit einem Deflektor und wenn während der Bildung der Durchführung die Steuerelektrode mit einem Material umgossen wird und es im Zuge der Aggregatzustandsänderung der des Materials mit dem die Steuerelektrode umgossen wird zu Bauteilschrumpfungen kommt.
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Auch wird bevorzugt, dass die Steuerelektrode an einem ersten Ende der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur trichterförmig aufgeweitet ist und so das erste Ende einen größeren Rohrdurchmesser aufweist als ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur.
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Bevorzugt wird auch, dass die rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur eine in einen radialen Außenbereich der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur ragende Verdickung in einem Anschlusselementbereich aufweist. Diese Verdickung ist bei einer späteren Montage der Steuerelektrode von Vorteil, da diese einen Anschlag für die Positionierung der Steuerelektrode in einem weiteren Bauteil, insbesondere in einem Deflektor, bildet und ebenso wie die trichterförmige Aufweitung ein falsches Zusammensetzen einer Durchführung mit der Steuerelektrode verhindert.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Durchführung für Mittel- und/oder Hochspannungsanlagen mit einer oder mehr Steuerelektroden gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein elektrischer Leiter in der Durchführung angeordnet und von einer elektrisch isolierenden Masse umschlossen ist, wobei die Steuerelektrode in einen Deflektor gesteckt ist, der, zumindest in Bereichen in denen der Deflektor mit der Steuerelektrode in Berührung kommt, mit einem elektrisch isolierenden Überzug versehen ist, und die Steuerelektrode auf dem Deflektor derart von der elektrisch isolierenden Masse umschlossen ist, dass von der Steuerelektrode lediglich das Anschlusselement der Steuerelektrode elektrisch kontaktierbar ist, also das Anschlusselement nicht von der elektrisch isolierenden Masse umschlossen ist. Die Steuerelektrode wird somit mit Ausnahme des Anschlusselementes vollständig durch die elektrisch isolierenden Masse elektrisch und dem elektrisch isolierenden, also nicht elektrisch leitenden, Überzug gegenüber dem elektrischen Leiter und dem Deflektor isoliert.
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Der Deflektor ist dabei nur teilweise von der elektrisch isolierenden Masse umschlossen, ragt also aus dieser heraus.
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Die rohrförmig angeordnete Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur der Steuerelektrode bewirken, dass die Steuerelektrode eine höhere Kapazität aufweist als rein ringförmige Steuerelektroden und somit am durch das Anschlusselement gebildeten kapazitiven Abgriff der Steuerelektrode stärkere Signale messbar sind.
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Bevorzugt wird, dass die isolierenden Masse ein Gießharz ist, und dass das Gießharz bei einer ersten Temperatur eine Aggregatszustandsänderung aufweist, und dass im Bereich der ersten Temperatur das elektrisch leitfähige Material der rohrförmig angeordneten Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur eine Glasübergangstemperatur aufweist.
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Auch wird bevorzugt, dass der Deflektor und die rohrförmig angeordnete Struktur mit Öffnungen auf der Umfangsfläche oder die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur derart zueinander positioniert sind, dass der Deflektor in einem elektrischen Feldschatten der Steuerelektrode liegt und der Deflektor so keine oder eine verringerte Absteuerung der elektrischen Felder im Innern der Durchführung bewirkt. Dadurch verbessert sich die Situation in Bezug auf die Feldstärken am äußeren Triplepunkt, dem Übergang zwischen drei unterschiedlichen Isoliermedien mit unterschiedlichen Durchschlagsfeldstärken, bzw. Durchschlagsfestigkeiten. Dabei ist die Gefahr eines Oberflächendurchschlages am höchsten. Dadurch ist die Durchführung neben SF6 auch für Isoliermedien, Isolierfluide, mit einer gegenüber SF6 reduzierten Durchschlagsfestigkeit gut geeignet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Verwendung der Durchführung, wobei die Durchführung in Verbindung mit einem Isolierfluid und/oder Isoliergas verwendet wird, wobei das Isolierfluid und/oder Isoliergas eines oder mehrere von SF6, Flurketon, Nitril, Oxiran, Stickstoff, Kohlendioxid und Olefin beinhaltet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Durchführung für Mittel- und/oder Hochspannungsanlagen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ausführungen zur Durchführung mit einer oder mehr Steuerelektroden gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ausführungen, wobei mindestens eine Steuerelektrode auf einen Deflektor gesteckt wird, und wobei der Deflektor einen elektrisch nicht leitfähigen Überzug, der einen Elastomer enthält oder aus diesem besteht, aufweist und die Steuerelektrode dadurch auf dem Deflektor gehalten wird, dass der Überzug des Deflektors durch die Steuerelektrode zumindest in den Bereichen komprimiert wird, in denen das Material der Steuerelektrode den Überzug des Deflektors berührt, und dass die auf den mit dem Überzug versehenen Deflektor gesteckte Steuerelektrode von einer elektrisch isolierenden Masse umschlossen wird, wobei das Anschlusselement der Steuerelektrode derart aus der elektrisch isolierenden Masse geführt wird, dass das Anschlusselement elektrisch kontaktierbar ist. Die Steuerelektrode wird also in dem elektrisch nicht leitfähigen Überzug, also elektrisch isolierenden Überzug, des Deflektors gehalten, indem der elektrisch nicht leitfähige Überzug von der Steuerelektrode komprimiert wird. Dadurch wird ein zusätzliches Befestigen der Steuerelektrode an dem Deflektor vermieden und mindestens ein Prozessschritt, wie ein Verkleben, eingespart. Gleichzeitig isoliert der elektrisch nicht leitfähige Überzug des Deflektors die Steuerelektrode vom Deflektor und somit von dem Material, durch das die Durchführung den elektrischen Leiter führt. Die Isolierung der Steuerelektrode gegenüber dem elektrischen Leiter der Durchführung übernimmt dann die elektrisch isolierende Masse.
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Bevorzugt wird, dass die elektrisch isolierende Masse ein Gießharz ist.
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Auch wird bevorzugt, dass die Steuerelektrode mittels eines Umlauf-Gieß-Verfahrens von der elektrisch isolierenden Masse umgeben wird, also eine Umlauf-Gießanlage für die Fertigung verwendet wird.
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Bevorzugt wird auch, dass der Deflektor und Steuerelektrode derart zueinander positioniert werden, dass der Deflektor in einem elektrischen Feldschatten der Steuerelektrode angeordnet wird und der Deflektor so keine oder eine verringerte Absteuerung der elektrischen Felder im Innern der Durchführung bewirkt. Dadurch verbessert sich die Situation in Bezug auf die Feldstärken am äußeren Triplepunkt, dem Übergang zwischen drei unterschiedlichen Isoliermedien mit unterschiedlichen Durchschlagsfeldstärken, bzw. Durchschlagsfestigkeiten. Dabei ist die Gefahr eines Oberflächendurchschlages am höchsten. Dadurch ist die Durchführung neben SF6 auch für Isoliermedien, Isolierfluide, mit einer gegenüber SF6 reduzierten Durchschlagsfestigkeit gut geeignet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen sowie eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Schematische Darstellung eines Schnittes durch eine erfindungsgemäße Durchführung mit erfindungsgemäßer Steuerelektrode;
- 2 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode mit eine rohrförmig angeordneten Gitterstruktur und einem Anschlusselement;
- 3 Deflektor mit einer eingesteckten erfindungsgemäßen Steuerelektrode.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine erfindungsgemäße Durchführung 1 mit einer Längsachse senkrecht zur radialen Ausdehnung der Durchführung 1. Die Durchführung 1 weist einen Deflektor 50 auf, der mit einem elektrisch isolierenden Überzug 60 versehen ist. In den Deflektor 50 wird eine Steuerelektrode 10 gesteckt, wobei die Steuerelektrode 10 den Deflektor 50 nicht berührt, sondern den auf dem Deflektor 50 vorhandenen elektrisch isolierenden Überzug 60 derart komprimiert, dass die Steuerelektrode 10 in den Deflektor 50 gehalten wird. Des Weiteren weist die Steuerelektrode 10 ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement 18 auf. Die Durchführung 1 weist des Weiteren einen elektrischen Leiter 80 der Durchführung 1 auf, der sich entlang der Längsachse 5 der Durchführung 1 erstreckt. Der elektrische Leiter 80 und die Steuerelektrode 10 sind von einer elektrisch isolierenden Masse 70 umgeben, wobei von der Steuerelektrode 10 das elektrisch leitfähige Anschlusselement 18 nicht von der elektrisch isolierenden Masse 70 bedeckt ist, um ein elektrisches Kontaktieren des elektrisch leitfähigen Anschlusselements 18 zu ermöglichen. Der Deflektor 50 ragt teilweise aus der elektrisch isolierenden Masse 70 heraus und ermöglicht so ein gasdichtes Verbinden der Durchführung mit einem Behälter, in dem die Durchführung herein- bzw. herausragt.
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Des Weiteren weist der elektrische Leiter 80 der Durchführung 1 eine Einschnürung 90 des elektrischen Leiters 80 im Bereich der Steuerelektrode 10 auf.
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Diese Einschnürung 90 ist im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringer ausgestaltet.
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Die 2 zeigt eine Steuerelektrode 10 und die Längsachse 12 der Steuerelektrode 10 senkrecht zur radialen Ausdehnung der Steuerelektrode 10. Die Steuerelektrode 10 weist eine rohrförmig angeordnete Gitterstruktur 15 aus einem elektrisch leitfähigen Material auf. Radial nach außen erstreckt sich von der äußeren Oberfläche der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur 15 ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement 18 der Steuerelektrode 10. Die Steuerelektrode 10 mit ihrer rohrförmig angeordneten Gitterstruktur 15 aus einem elektrisch leitfähigen Material weist ein erstes Ende 20 und zweites Ende 30 auf. Am ersten Ende 20 der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur 15 befindet sich eine trichterförmige Aufweitung 25 des ersten Endes 20 der rohrförmig angeordneten Gitterstruktur 15 der Steuerelektrode 10.
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Außerdem weist die rohrförmig angeordnete Gitterstruktur 15 eine Verdickung 40 auf. Diese Verdickung 40, hier angeordnet im Bereich des elektrisch leitfähigen Anschlusselements 18, dient als Anschlag beim Stecken der Steuerelektrode 10 in den Deflektor 50. Die Verdickung 40 verhindert ein zu weites Einschieben der Steuerelektrode 10 in den Deflektor 50 und verhindert somit auch, dass das elektrisch leitfähige Anschlusselement 18 der Steuerelektrode 10 in seiner Verlängerung mit dem Deflektor kollidiert, was im späteren zusammengesetzten Zustand dazu führen würde, dass das elektrisch leitfähige Anschlusselement nicht oder nur schwer kontaktierbar wäre.
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Die 3 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerelektrode 10, die in einen Deflektor 50 eingesteckt ist. Die Steuerelektrode 10 weist ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement 18 auf und eine Verdickung 40, die verhindert, dass die Steuerelektrode 10 weiter in den Deflektor 50 rutscht oder gesteckt wird. Der Deflektor 50 der 3 ist des Weiteren mit einem elektrisch isolierenden, also nicht leitenden, Überzug 60 versehen. Dieser elektrisch isolierende Überzug 60 ist komprimierbar ausgestaltet, so dass die Steuerelektrode 10 den elektrisch isolierenden Überzug 60 beim Einstecken der Steuerelektrode 10 in den Deflektor 50 komprimiert und die Steuerelektrode 10 so im Deflektor 50 durch den elektrisch isolierenden Überzug 60 gehalten wird.
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Der elektrisch isolierende Überzug 60 bedeckt dabei nur Teile des Deflektors 50, insbesondere solche Bereiche, die nahe an der Steuerelektrode positioniert sind, und verhindert so einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Deflektor 50 und der Steuerelektrode 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchführung;
- 5
- Längsachse senkrecht zur radialen Ausdehnung der Durchführung 1;
- 10
- Steuerelektrode;
- 12
- Längsachse senkrecht zur radialen Ausdehnung der Steuerelektrode 10;
- 15
- Rohrförmig angeordnete Gitterstruktur aus einem elektrisch leitfähigen Material;
- 18
- Elektrisch leitfähiges Anschlusselement der Steuerelektrode;
- 20
- Erste Ende;
- 25
- Trichterförmige Aufweitung des erste Endes 20 der rohrförmig angeordnete Gitterstruktur 15;
- 30
- Zweites Ende;
- 40
- Verdickung;
- 50
- Deflektor;
- 60
- Elektrisch isolierender, also nicht leitender, Überzug;
- 70
- Elektrisch isolierenden Masse;
- 80
- Elektrischer Leiter der Durchführung 1;
- 90
- Einschnürung des elektrischen Leiters 80;
