DE3341784A1 - Koronaentladungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die· Erfindung betrifft die Elektroden .von Koronaentladungsvorrichtungen.

• Koronaentladungsvorrichtungen werden verwendet für die Behandlung von verschiedenen Materialien, wie z.B. Polyethylen-Film, welcher zwischen einem Paar von Elektroden durchgeführt wird. Eine der Elektroden ist normalerweise mit einem dielektrischen Material beschichtet. Eine Hochspannungsentladung zwischen den Elektroden bombardiert die Oberfläche des Films, um ihn chemisch zu verändern oder die Oberfläche zu oxidieren. Die resultierende Molekular-

BANK ORESDNERBANK.HAMBURG.4030448(8LZ2008COiX3) MAMIil/Hü M/807-200 (BL7 7ΠΟ lOOJOi

änderung verbessert die Benetzbarkeit der Filmoberfläche wesentlich und bereitet den Film vor für Beschichtung, Druck oder jede Behandlung, bei welcher eine kräftige Binde- oder Anhaftqualität erfordert ist.

Eine herkömmliche Art von Koronabehandlungsvorrichtungen weist im allgemeinen eine metallische Walze auf, die mit einem dielektrischen Material, wie z.B. Hypalon, Silikongummi oder ähnlichem, beschichtet ist. Die andere Elektrode kann einen langgestreckten Balken aufweisen, der parallel zur Drehachse der Walze angeordnet und von deren Oberfläche beabstandet ist. Eine Wechselhochspannung mit einer Frequenz von z.B. 10.000 Hz, wird zwischen dem Balken und der Walze angelegt, und verursacht eine Koronaentladung dazwischen. Das zu behandelnde Material wird über die Walze geführt, um die gewünschte Oberflächenbehandlung durchzuführen.

Koronabehandlungsvorrichtungen dieser herkömmlichen Art waren nicht völlig zufriedenstellend, da elektrische Beanspruchungen und physikalische Zerstörungen ein haufiges Ersetzen des Walzendielektrikums erfordern.

Ein zweiter herkömmlicher Typ von Koronabehandlungsvorrichtungen enthält im allgemeinen eine nackte Metallwalze als die eine Elektrode. Die andere Elektrode weist

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eine oder mehrere langgestreckte Balkenstrukturen auf, die parallel zur Walzenachse angeordnet und von deren Oberfläche beabstandet sind. Diese Balkenstrukturen enthalten ein inneres leitfähiges Teil und einen monolithischen äußeren dielektrischen überzug. Der dielektrische Überzug kann ein gummiartiges Material, wie z.B. Silikongummi',sein oder ein glasartiges Material, wie z.B. Glas oder geschmolzener Quartz oder ein keramisches Material.

.10 ' Koronabehandlungsvorrichtungen dieser zweiten herkömmlichen Art waren nicht völlig zufriedenstellend aufgrund von Versagern des dielektrischen Überzugs. Gummiartige Materialien können ausfallen aufgrund chemischer Angriffe, Temperatur, Spannungsbeanspruchung und physikalischer Zerstörung, wie z.B. Abrieb oder Schnitte, Glasartiges Material kann versagen aufgrund von Tempera-

tür- oder physikalischen Schocks. Keramisches Material kann aufgrund von Spannungsbeanspruchung, thermischen Schocks und physikalischen Schocks versagen. Die Bruchgefahr von glasartigen oder keramischen Überzügen wird durch die monolithische Struktur noch vergrößert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Koronabehandlungsvorrichtung zu schaffen.

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Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Elektrode für eine Koronabehandlungsvorrichtung zu schaffen, die widerstandsfähig gegen elektrische Beanspruchung und physikalische Zerstörung ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koronabehandlungsvorrichtung zu sdi äffen, bei welcher die Reparatur der dielektrisch . überzogenen Elektroden ■ wesentlich einfacher als herkömmlich ist.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koronabehandlungsvorrichtung zu schaffen, die einen Isolator zu überziehen der Elektroden aufweist, . der eine keramische Ausgestaltung und Verarbeitung gestattet, um optimale thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Die Koronaentladungsvorrichtung enthält deshalb erfindungsgemäß eine Walze aus leitfähigem Material, die sich um eine Drehachse drehen kann und eine Elektrodenstruktur, die eine Vielzahl von Elektrodensegmenten aufweist. Eine Haltevorrichtung ist vorgesehen zum Befestigen der Segmente benachbart zur Oberfläche der Walze, Jedes Segment enthält einen hohlen Isolator, mit einer äußeren der Walze benachbarten Oberfläche und einer Wandung, die sich davon ausgehend erstreckt. Ein leitfähiger

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Körper ist im Isolator angeordnet und liegt der Walze gegenüber. Eine leitfähige Vorrichtung ist mit dem leitfähigen Körper verbunden und erstreckt sich für die Verbindung mit der Haltevorrichtung nach außerhalb des Isolators, und falls gewünscht, kann ein festes Isoliermaterial verwendet werden, um den restlichen Teil des Isolators auszufüllen und die leitfähige Vorrichtung zu umgeben. Der Isolator ist in einer Form ausgestaltet, welche ihn geeignet macht für keramische Misch- und Herstelltechniken, die die dielektrische Stärke, den Widerstand gegen thermische Schocks und andere erwünschte Eigenschaften maximiert. Diese Eigenschaften werden auch verbessert durch seine ihm eigene geringe Größe. Der Isolator besteht vorzugsweise aus keramischem Material mit hohem Tonerdege-

halt, welcher etwa 90 - 99,5 % und vorzugsweise etwa • 94 - 99,5 % beträgt.

•. Im folgenden wird die· Erfindung anhand von Aus- ^führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Plastikbehandlungsvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

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Fig. 2 eine Vorderansicht der Plastikbehandlungsvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht, teilweise geschnitten, eines Teils der Behandlungsvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Teilseitenansicht der Ausführungsfonn von Fig. 4;

Fig. 6 eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Elektrodensegments; und

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Fig. 6.

Fig. 1 zeigt schematisch die Plastikbehandlungsvorrichtung 10 mit einem Halterahmen 12, einem segmentierten Behandlungsbalken 14, der am Rahmen 12'befestigt ist, einer metallischen Walze 16, die drehbar um die zum Behandlungsbalken 14 parallele Achse 17 befestigt ist, und einerSpannungsversorgung 18, die mit dem Behandlungsbalken 14 und der Walze 16 verbunden ist.

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Wie aus Fig. 3 zu sehen ist, und im späteren genauer diskutiert werden wird, enthält der Bearbeitungsbalken eine Vielzahl von Elektrodensegmenten 19, die jeweils ein äußeres becherförmiges Teil 20 aus keramischem, dielektrischem Material enthalten, welches ein leitfähiges Teil 22 umgibt. Die Spannungsversorgung 18 ist vom herkömmlichen für Koronaentladungsvorrichtungen verwendeten Typ und ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Deshalb wird der Kürze halber die Spannungs-Versorgung nicht genauer beschrieben. Wie Fachleuten aber bekannt ist, ist die Spannungsversorgung von dem Typ, der eine Hochspannungswelle liefert, die mit einer Frequenz im Bereich von beispielsweise 6-30 kHz alterniert. Die Spannungsversorgung ist mit der Walze 16, mit dem Verarbeitungsbalken 14 und speziell mit dem leitfähigen Körper 22 verbunden. Als Folge tritt eine Koronaentladung zwischen den einzelnen Segmenten 19 und der Walze 16 auf, die auf Masse liegt und z.B. rostfreien Stahl enthalten kann.

· ' Der Rahmen 12 enthält ein Kastenträgerteil 24 und

die
ein Paar von U-Teilen 26,/an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnet sind. Die U-Teile eines jeden Paares sind speziell beabstandet angeordnet und auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des Kastenträgers 24 geeignet -befestigt. Vom Kastenträger 24 erstrecken sich nahe der

Jeweiligen Enden nach vorwärts ein Paar von Klemmteilen 28. Eine Stange 30 erstreckt sich zwischen den Klemmteilen 28 und durch jedes der Segmente 19, um diese schwenkbar zu befestigen, wie dies weiter unten genau beschrieben wird. Wenn die Segmente 19 in ihrer Betriebsstellung sind, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, liegt ein Spalt zwischen ihren unteren Enden und der Walze 16. Wie Fachleute wissen, kann entweder der Rahmen 12 oder die Walze 16 gegeneinander einstellbar befestigt sein, so daß der Spalt zwischen den Segmenten 19 und der Walze 16 eingestellt werden kann.

Fig. 3 zeigt, daß jedes der Segmente ein becherförmiges Teil 20 enthält. Der Körper 22 kann irgendein leitfähiges Material enthalten, wie z.B. Aluminium und ist am Boden des becherförmigen Teiles 20 angeordnet. Ein Epoxyteil 33 kann verwendet werden, um den Körper 22 in • seiner Stellung zu sichern. Ein Stab 3^ erstreckt sich axial aufwärts vom Körper 22 und ist in elektrischem Kontakt mit diesem. Falls gewünscht, kann ein isolierendes Material 36,wie Teflon oder ein Keramikfüller den restlichen Teil des becherförmigen Teiles 20 ausfüllen und den Stab 3^- bis auf sein freiliegendes oberes Ende umgeben, welches geschraubt im Trageteil 38 aufgenommen ist. Wie

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in Fig. 3 zu sehen ist, erstreckt sich die Stange 30 durch eine komplementäre Öffnung 39 im Tragteil 38. Als Folge ist jedes Segment 19 schwenkbar an der Stange 30 befestigt und elektrisch damit verbunden.

Vorzugsweise bestehen die becherförmigen Teile 20 aus einem keramischen Material aus primärem Aluminiumoxid und sind hergestellt bei hohem Druck und hoher Hitze, um die Porosität zu minimieren. Ein hoch reines Aluminiumoxid wurde als ausreichend gefunden, wie z.B. von etwa 90 % - etwa 99,5 % Aluminiumoxid und vorzugsweise ungefähr 94 - 99,5 % Aluminiumoxid.

Fig. 2 zeigt alle Segmente 19 in ihrer Betriebsstellung, wie dies der Fall wäre, wenn ein Film mit Maximalbreite behandelt wird. Wenn aber schmalere Filme behandelt werden, ist es vorteilhaft, eines oder mehrere der Segmente 19 aus ihrer Betriebsstellung herauszuschwenken. Dies wird erreicht durch Schwenken im Uhrzeigersinn der Segmente, die nicht benötigt werden, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt wird, bis sie in das Kastenträgerteil 24 eingreifen.

Fig. 4 und 5 zeigen Segmente 40 in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Die Segmente 40 enthalten

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ein becherförmiges Teil 41 und ein leitfähiges Material 47 am Boden des Teils 41.

Das Segment 40 enthält auch einen Stift 48, der mit seinem unteren Ende über einen Abschnitt 50 mit reduziertem Durchmesser mit dem leitfähigen Körper 47 verbunden ist. Der Stift 48 erstreckt sich davon nach oben und durch den Körper 52 aus Teflonmaterial, wo sein .oberes Ende sich daraus heraus erstreckt, um den Schaft eines Kopfes 54 schraubbar aufzunehmen, welcher in einer axialmAufnahme in seinem oberen Ende eingeschraubt ist. Eine Feder 55 ist um das obere Ende des Stiftes 48 angeordnet und liegt zwischen dem Kopf 54 und einer Beilegscheibe 57, die das vorragende Ende des Stiftes 48 umgibt. Wie in Fig. 4 und 5 zu sehen ist, sind die Elemente 40 nebeneinander im unteren Flansch 58 eines U-Trägerteils 60 befestigt. Speziell hat der Flansch 58 eine Vielzahl von Schlitzen mit offenem Ende, welche einen reduzierten Halsteil 64 des Körpers 52 aufnehmen. Es kann gesehen werden, daß der Halsteil 64 eine Höhe hat, die um etwas geringer ist als die Dicke des Flansches 58 und eine Breite gleich der des Schlitzes 62.

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Wenn die Segmente 40, wie in Fig. 4 uid 5 gezeigt, in ihrer Betriebsstellung sind, in welcher die Halsteile in den Schlitzen 62 angeordnet sind, drücken die Federn 55 die Beilegscheibe 57 federnd gegen die Oberfläche des Flansches 58, so daß die ebene obere Fläche des Körpers 52 gegen die untere Fläche des Flansches 58 gehalten ist. Wenn es gewünscht ist, eines oder mehrere der Segmente 40 zu entfernen, werden sie nur leicht vertikal nach unten gedrückt, um die Feder 55 zusammenzudrücken, wodurch der Druck zwischen dem Körper 52 und dem Flansch 58 vermindert wird, so daß der Körper vorwärts und aus dem Schlitz 62 geschoben werden kann.

Es ist klar, daß eine Vielzahl von unterschiedlichen Formen des leitfähigen Körpers oder Teils in einem hohlen Isolator angeordnet werden können, um jedes Segment zu bilden. In den Fig. 6 und 7 ist ein becherförmiges Teil 70 mit irgendwelchen geeigneten Abmessungen gezeigt, welches ähnlich den becherförmigen Teilen 20 bzw. 40 von Fig. 3 und ist. Das leitfähige Teil 72 ist etwa C-förmig im Quer-. schnitt gezeigt und bildet ein oberes Basisteil 73 und zwei Beine 74 und 75. Das obere Basisteil 73 weist eine im wesentlichen kreisförmige öffnung 76 auf, die als Befestigungsöffnung bezeichnet wird für z.B. die Stange 30 von Fig. 1. Die Endflächen 74a und 75a der Beine 74 und 75

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bilden eine kombinierte Elektrodenfläche, die der Walze 16 gegenüberliegt, entsprechend dem leitfähigen Teil 22 von Fig. 3_t um den gewünschten Koronabehandlungseffekt zu erzeugen. Solch eine Elektrodenfläche ist eine Variable, die in Beziehung steht zur Spannung und Frequenz der Spannungsversorgung 18, wie auch zur gewünschten Größe der Koronabehandlung.

Die Beine 74 und 75 sind selber federnd, wenn das leitfähige Teil 72 aus einem Metall, wie z.B. Aluminium, gebildet ist; wenn ein Zusammenbiegen beider Beine nötig ist, um sie in das becherförmige Teil 70 einzufügen, ist der Becher lösbar am leitfähigen Teil 72 gehalten durch die auseinanderstrebende Federkraft der Beine 74 und 75, wodurch die Notwendigkeit für andere Befestigungs-Vorrichtungen vermieden ist.

Man kann sehen, daß die Benutzung eines Isoliermaterials 76 entsprechend Fig. 3» wie z.B. Teflbn oder Keramik, nicht notwendig 1st, sondern eher wahlweise benutzt werden kann, je nach den Betriebsbedingungen, die auch die Parameter der Spannungsversorgung 18 enthalten. Ferner kann das Material, das beim Herstellen des becherförmigen Teils (hohler Isolator) gewählt wird, nach Wunsch bestimmt wer-

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den, um eine geeignete Temperaturwiderstandsfähigkeit, Isoliereigenschaften, Dielektrizitätskonstante, Ozonwiderstandskraft und andere Betriebsparameter zu schaffen, die zum speziellen Koronabehandlungsgerät gehören.

Fig. 2 und 5 zeigen zwei !weitere wichtige Eigenschaften der Erfindung. Erstens kann gesehen werden, daß eine Gesamtelektrodenstruktur einer beliebigen Länge aus Standardelementen hergestellt- werden kann. Zweitens ist zu sehen, daß die Zerstörung eines einzelnen Elementes nur das Ersetzen dieses Elementes erfordert, wodurch die Kosten und der Zeitaufwand im Vergleich zum Ersetzen einer gesamten Elektrodenstruktur erheblich reduziert wird.

\ Fernerjkann man sehen, daß die Gesamtbe'messungsgenauigkeit der Strukturen von Fig. 2 oder 5 trotz der fehlenden Präzision bei keramischen Teilen beibehalten werden kann. Ferner sind die Probleme von thermischen Spannungen und Störungen bei monolithischen keramischen Strukturen vermieden.

Auch wenn nur einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und gezeigt wurden, soll die Erfindung nicht dadurch einschränkt werden, sondern nur durch den Rahmen dei beigefügten Ansprüche.

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Claims (6)

Patentansprüche

1.) Koronaentladungsvorrichtung mit einer ersten Elektrons-^

de aus leitfähigem Material, einer Vielzahl von Segmenten ■ und einer Haltevorrichtung zum Befestigen der Segmente in einer der ersten Elektrode benachbarten Betriebsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (19) einen hohlen Isolator (20) aufweist, der durch eine äußere zur ersten Elektrode (16) benachbarte Oberfläche und einen Wandteil, der sich davon ausgehend erstreckt, gebildet wird, daß ein leitfähiger Körper (22) im Isolator (20) angeordnet ist und der ersten Elektrode (16) gegenüberliegt, . daß eine leitfähige Vorrichtung (34) mit dem leitfähigen Körper (22) verbunden ist und sich für die Verbindung mit der Haltevorrichtung (12) nach außerhalb des Isolators (20)

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erstreckt, und

daß ein Isoliermaterial (36) den restlichen Teil des Isolators (20) ausfüllt und die leitfähige Vorrichtung (34) umgibt.

2. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode eine Walze (16) ist, die sich um eine leitfähige Achse (17) drehen kann, wobei die Segmente (19) der Oberfläche der Walze (16) benachbart angeordnet und im wesentlichen parallel zur Achse (17) sind.

3. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator (20) aus einem keramischen Material mit hohem Tonerdegehalt besteht. . .

4. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das keramische Material etwa 90 - 99,5 % Tonerde enthält.

5. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das keramische Material etwa 94 - 99,5 % Tonerde enthält.

6. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die leitfähige Vorrichtung (34) so mit der Haltevorrichtung (12) verbunden

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ist, daß das Segment (19) bezüglich der ersten Elektrode (16) in die und aus der Betriebsstellung geschwenkt werden kann.

7. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator (20) Seitenwandungen enthält, die in einem im wesentlichen parallelogrammförmigen Feld angeordnet sind, wobei die Segmente (19) an der Haltevorrichtung (12) in ihrer Betriebsstellung nebeneinander befestigt sind und sich die nebeneinanderliegenden Seitenwandungen im wesentlichen parallel erstrecken.

8. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine federnde Vorrichtung (55) zum federnden Befestigen der Segmente (19) an der Haltevorrichtung (12,60).

9. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß'die Haltevorrichtung (12,60) einen langgestreckten Stab (58) mit einer Vielzahl von Schlitzen in einer seiner Seiten aufweist, wobei die Leitfähige Vorrichtung einen Sttftteil (48) aufweist, der gleitfähig in einem der Schlitze aufgenommen ist, und eine Feder (55), die den Stift umgibt und das Segment

(19) federnd gegen den Stab (58) drückt.

10. Anschlußvorrichtung für eine Koronaentladungsvorrichtung mit einer ersten Elektrode aus leitfähigem Material, gekennzeichnet durch einen hohlen Isolator (20), der durch eine äußere der ersten Elektrode (16) benachbarten Oberfläche und einen Wandteil, der sich davon ausgehend erstreckt, gebildet wird, einen leitfähigen Körper (22), der im Isolator (20) angeordnet ist und der ersten Elektrode (16) gegenüberliegt,

eine leitfähige Vorrichtung (3^), die mit dem leitfähigen Körper (22) verbunden ist und sich für die Verbindung mit der Haltevorrichtung (12) nach außerhalb des Isolators (20) erstreckt und

ein Isoliermaterial (36), das den restlichen Teil des Isolators (20) ausfüllt und die leitfähige Vorrichtung umgibt.

11. Anschlußvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Anschluß eine Walze (16) ist, die sich um eine leitfähige Achse (17) drehen kann, wobei die Segmente (19) der Oberfläche der Walze (16) benachbart angeordnet und im wesentlichen parallel zur Achse (T sind.

12. Anschlußvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator (20) aus einem keramischen Material mit hohem Tonerdegehalt besteht.

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13. Anschlußvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das keramische Material etwa 90 - 99,5 % Tonerde enthält.

14. Anschlußvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das keramische Material etwa 94-99,5 % Tonerde enthält.

15. Anschlußvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator (20) ein Paar von Seitenwandungen und ein Paar von Endwandungen aufweist, die im wesentlichen parallelogrammförmig angeordnet sind.

1.6. Anschlußsegment für eine Koronaentladungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen becherförmigen hohlen Isolator (20,40,70) mit einer Endwandung und sich davon ausgehend erstreckenden Seitenwänden,

durch einen leitfähigen Körper (74,75), der sich mindestens teilweise innerhalb des Isolators erstreckt und mindestens mit einem Teil (74a, 75a) der Endwandung gegenüberliegt,
durch eine Vorrichtung (72), die sich für die Verbindung mit der Haltevorrichtung (12) aus dem Isolator (70) heraus
erstreckt, und

durch eine Rückhaltevorrichtung zum Rückhalten des Isolators (70) auf dem leitfähigen Körper (74,75), so daß die Endwan-

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dung und der leitfähige Körper nebeneinander liegen.

17. Anschlußsegment nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Isolator aus einem keramischen Material mit hohem Tonerdegehalt besteht.

18. Anschlußsegment nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Teil des leitfähigen Körpers, der sich in den Isolator (70) hinein erstreckt, gegenübe liegende, federnde Beine (74,75) aufweist, die in rückhaltendem Eingriff mit der Innenfläche des becherförmigen Isolators (70) liegen.

19. Isolator für eine Koronaentladungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Anschlußsegmenten, die jeweils einen leitfähigen Körper enthalten, .gekennzeichnet durch einen im wesentlichen becherförmigen elektrisch isolierenden Körper (20,40,70), der eine Endwandung und Seitenwandungen aufweist, wobei das offene Ende des keramischen Körpers so bemessen ist, daß es einen leitfähigen Körper mit seinem Ende neben der inneren Endwandung des becherförmigen elektrisch isolierenden Körpers aufnimmt.

20. Isolator- nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das elektrisch isolierende Material ein keramisches Material ist.

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