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Störschutzkondensator mit minimaler Querinduktivität Zur Funkentstörung
von elektrischen Maschinen, Geräten und Anlagen werden hauptsächlich Kondensatoren
verwendet. Dabei wird angestrebt, die In duktivität des Kondensatorwickels und der
Zuleitungen möglichst klein zu halten oder unwirksam zu machen. Diese Induktivität
bildet nämlich mit der Kapazität dies Kondensators einen Reihenresonanzkreis. Das
hat zur Folge, daß der Kondensator bei Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz
nicht mehr kapazitiv, sondern induktiv wirkt.
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Die Bestrebungen, diese schädliche Induktivität zu unterdrücken. oder
unwirksam zu machen, führten bei einer Kapazität zum Hochfrequenzkurzschluß zweier
Leitungen zunächst dahin, deren Beläge direkt, d. h., ohne Zuleitungen mit den beiden
Leitern zu verbinden. Diese Anordnung ist unter der Bezeichnung »Vorbeiführungskondensator«
bekannt. Bei Kapazitäten zwischen jeweils einem Leiter und Masse, im folgenden mit
Ableiterkapazitäten bezeichnet, verbindet man den erdeseitigen Kapazitätsbelag über
einen nur kurzen Anschlußstreifen mit dem geerdeten Metallgehäuse des Kondensators.
Ein solcher Kondensator kann dann gleichzeitig zur Durchführung der Leitung durch
eine Wand dienen, die den entstörten vom gestörten Raum trennt.
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Die Weiterentwicklung der Vorbeiführungskondensatoren führte dahin,
daß der Betriebsstrom über die Kapazitätsbeläge in deren Längsrichtung geführt wird.
Auf diese Weise wird die bisher quer zu den Leitungen liegende und daher schädliche
Induktivität des Kondensatorwickels in die Längszweige der Leitungen gelegt. Hier
wirkt sie nicht mehr schädlich, sondern unterstützt in den meisten Fällen die Entstörwirkung
der Kapazität. Die so gewonnenen, als L C-Glieder bekannten Entstörkondensatoren
dienen zur Entstörung von geerdeten Einphasengeräten und Maschinen. Die soeben beschriebene
gute Tiefpaßwirkung besteht jedoch nur zwischen den stromführenden Leitern, aber
nicht von diesen gegen Erde. Die erdeseitigen Beläge der Ableiterkapazitäten sind
nämlich erst über Anschlußstreifen, die eine, wenn auch geringe Induktivität bilden,
mit dem an Masse zu legenden Metallgehäuse des Kondensators verbunden.
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Bei diesen bekannten Abl-eiterkondensatoren sind also die netzseitigen
Kapazitätsbeläge induktionsarm, die erdes-eitigen jedoch nicht. Es besteht somit
die Aufgabe, auch bei den erdeseitigen Belägen die schädliche Querinduktivität zu
vermeiden. Dies wird bei Störschutzkondensatoren mit minimaler Querinduktivität,
bei denen der Betriebsstrom über den netzseitigen Kapazitätsbelag geführt wird,
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der andere Kapazitätsbelag ohne Anschlußstreifen
von der Störquelle aus in Richtung des betriebsstromführenden Kapazitätsbelags gesehen
hinter dessen Anfang unmittelbar mit dem Gehäuse des Kondensators, welches mit dem
Gehäuse der zu entstörenden Anordnung induktionsfrei verbunden wird, nicht nur an
einem Punkt, sondern auf seiner gesamten Schmalkante Kontakt macht.
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Die Induktivität des Anschlußstreifens ist damit nicht mehr vorhanden,
und der Kondensator wirkt nunmehr mit seinen beiden Belägen als LC-Glied.
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Für möglichst gute Entstörwirkung ist anzustreben den kapazitiven
Charakter des LC-Gliedes hervorzuheben. Gemäß der weiteren Erfindung wird dies dadurch
erreicht, daß der erdeseitige Kapazitätsbelag vom Störer aus gesehen ganz vorn,
d. h. möglichst gegenüber dem Beginn des netzseitigen Belags, unmittelbar mit dem
Kondensatorgehäuse verbunden ist.
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Ein weiterer erfinderischer Schritt besteht darin, daß ein möglichst
großer Teil des Kondensatorgehäuses als erdeseitiger Kapazitätsbelag ausgenutzt
wird.
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An Hand der Zeichnung werden nun zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben. Die Erfindung selbst wird dabei näher erläutert. Es zeigen Fig. i und
a eine schematische Darstellung eines Ableiterkondensators gemäß der Erfindung,
Fig.3 ein Ersatzschaltbild eines bekannten Kondensators, Fig.4 ein Ersatzschaltbild
der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig.5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Störschutzkondensators für Einphasengeräte, -maschinen und -anlagen.
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In Fig. i ist ein Ableiterkondensator gemäß der Erfindung dargestellt.
Der Betriebsstrom kommt vom Störer über die Zuleitung i, durchläuft den Kapazitätsbelag
2 und verläßt den Kondensator über die
Litze 3. Bis zu der mit 4
bezeichneten Stelle spielt das Gehäuse 5 die Rolle des erdeseitigen Kapazitätsbelages.
Erst bei .l. beginnt ein besonders vorgesehener erdeseitiger Kapazitätsbelag 6 und
läuft neben dem netzseitigen, stromführenden Belag 2 zur Titte. Der Belag 6 steht
an der anderen, in Fig. i nicht sichtbaren Stirnseite des Kondensators über den
Belag 2 hinaus etwas über. Sämtliche Windungen des Belags 6 sind dort miteinander
verlötet, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
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Bei den bekannten Kondensatoren dieser Art ist der erdeseitige Belag
erst über einen Anschlußstreifen mit dem Metallgehäuse des Kondensators verbunden.
Die Wirkungsweise dieser bekannten Anordnung wird an Hand von Fig. 3 erläutert.
In diesem Ersatzschaltbild der bekannten Anordnung sind die Klemmen, über die der
Betriebsstrom zu- bzw. abgeführt wird, entsprechend Fig. i mit i und 3 bezeichnet.
Die kontinuierlich verteilte Induktivität des stromführenden Leiters wird durch
Längsinduktivitäten 7 berücksichtigt, die kontinuierlich verteilte Induktivität
des erdeseitigen Belages durch Längsinduktivitäten 8 und die ebenfalls kontinuierlich
verteilte Kapazität durch Kapazitäten g. Die Induktivität des Anschlußstreifens
ist mit io bezeichnet und der Anschlußpunkt des Kondensators an das geerdete Gehäuse
des Störers mit i i. Man erkennt aus Fig. 3, daß zwischen den Punkten i und 3 einerseits
und i i andererseits Kapazitäten 9 und Induktivitäten 8 in Reihe liegen und die
ganze Schaltung erst über die Anschlußstreifeninduktivität io mit dem Punkt i i
verbunden ist. Die Schaltung wirkt daher bei höheren Frequenzen nicht mehr kapazitiv,
sondern induktiv und daher nicht mehr entstörend.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung
dient Fig. 4.. Die Bezugszeichen sind aus den vorigen Figuren übernommen. An dem
Punkt 4 beginnt erst der besonders vorgesehene erdeseitige Belag, weil das Kondensatorgehäuse
vorher diese Rolle selbst übernimmt, wie es bereits in Verbindung mit Fig. i beschrieben
wurde. Daher ist diese Anordnung erdeseitig bis zum Punkt 4 induktionsfrei, wie
es in Fig. 4 dargestellt ist. Voraussetzung für die ideale Wirkung des Kondensators
nach der Erfindung ist natürlich die induktionsfreie Verbindung des Kondensatorgehäuses
mit dem Gehäuse der Störquelle (z. ß. konzentrischer Einbau). Die restlichen Induktivitäten
8 und io sind hier weitaus kleiner, weil die einzelnen Windungen des erdeseiti.gen
Belages auch an der einen Stirnseite miteinander verbunden sind. Da diese Anordnung
im ersten Teiil, d. h. l>is zum Punkt 4, keine Querinduktivitäten besitzt, ist ihre
entstörende Wirkung zu höheren Frequenzen hin nicht begrenzt.
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Die Ableitkondensatoren werden in vielen Fällen als Durchführung einer
zu entstörenden Leitung durch Gehäuse- oder Schirmwände benutzt. Dies ist auch bei
dem Ableiterkondensator nach der Erfindung möglich, und zwar dadurch, daß die am
Anfang des Wickels befestigte Zuleitung 3 (in Fig. i) durch ein Isolierrohr an der
anderen Stirnseite herausgeführt wird.
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Zur Entstörung von Einphasengeräten, -masc'hinen und -anlagen mit
Schutzerdung benutzt man Kondensatoren mit einer Kapazität zwischen den beiden Leitern,
der sogenannten Hauptkapazität und zwei Ableiterkapazitäten. Als Beispiel eines
solchen Kondensators wurde eingangs das bekannte Tiefpaßglied erwähnt, das jedoch
keine induktionsarmen Ableiterkapazitäten besitzt und bei dem nur für die Hauptkapazität
diese Bezeichnung zutrifft. Die Erfindung schafft auch hier Abhilfe, indem zwei
Ableiterkapazitäten nach der Erfindung mit der als LC-Glied ausgebildeten Hauptkapazität
zu einem Mehrfachkondensator kombiniert werden. Die stromführenden Beläge der Hauptkapazität
auch als netzseitige Beläge der Ableiterkapazitäten auszunutzen, ist bereits bekannt,
wobei die Ableiterkapazitäten jedoch nicht induktionsarm angeschlossen sind. Durch
einen weiteren erfinderischen Schritt wird es möglich, bei diesen Kondensatoren
zusätzlich zu der Hauptkapazität auch die Ableiterkapazitäten als LC-Glieder auszubilden.
Zu diesem Zweck wird ein erdseitiger Belag für beide Ableiterkapazitäten außen an
die stromführenden, netzseitigen Beläge angelegt. Damit aber auch von dem nicht
unmittelbar anliegenden netzseitigen Belag eine Kapazität gegen den erdseitigen
Belag besteht, wird der unmittelbar anliegende Belag mit einem oder mehreren Ausschnitten
versehen. Da diese Ausschnitte unter Umständen zu einer zu hohen Stromdichte (Betriebsstrom)
auf den netzseitigen Belägen führen, ist es zweckmäßig, den Belag neben den Ausschnitten
dicker auszubilden. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht
hier darin, daß der eine Kapazitätsbelag in der Querrichtung eingeschnitten und
das herauszunehmende Stück des Belags auf die andere Seite umgefaltet ist.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.5 schematisch
gezeigt. Die beiden netzseitigen Beläge sind mit 12 und 13 und der erdseitige ist
mit 14 bezeichnet. Der Belag 12 ist bei 16 eingeschnitten. Das 'herauszunehmende
Stück 17 ist umgefaltet. Es besteht wegen des Ausschnittes von beiden netzseitigen
Belägen 12 und 13 gegen den einen erdseitigen Belag 14 je eine Kapazität. Der erdseitige
Belag 14 wird mit dem Metallgehäuse des Kondensators in der Art verbunden, wie es
an Hand von Fig. i beschrieben ist. Da der Belag 14 unmittelbar mit dem Kondensatorgehäuse
verbunden wird oder sogar durch das Kondensatorgehäuse selbst gebildet werden soll,
muß er an der Außenseite des Wickels liegen. Auf den Ausschnitt 16 kann daher nicht
verzichtet werden, wenn eine Kapazität zu dem Belag 13 bestehen soll.