DE102014013557B3

DE102014013557B3 - Elektrische Baugruppe mit einer Villardkaskade

Info

Publication number: DE102014013557B3
Application number: DE102014013557.8A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Bayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2034-09-19

Abstract

Es ist eine elektrische Baugruppe (10) aufweisend eine Villardkaskade (9) und ein elektrisches Bauelement angegeben. Das elektrische Bauelement weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein zumindest bereichsweise dazwischen angeordnetes Dielektrikum auf. Die Villardkaskade (9) ist im Betrieb dazu ausgebildet, eine Umpolarisierung im Dielektrikum zu unterbinden.

Description

Elektrische Baugruppe mit einer Villardkaskade.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe mit einer Villardkaskade, die vorzugsweise direkt aus einer Signalspannung eines zu übertragenden Signals gespeist wird und hohe Spannungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes generieren kann.
Das so erzeugte elektrische Feld kann zur Reduzierung der dielektrischen Relaxation bei Dielektrika, vorzugsweise aufweisend Kunststoff, verschiedener elektrischer Bauelemente, insbesondere Kondensatoren, Drosselspulen oder Signalkabel eingesetzt werden.
Kondensatoren, die beispielsweise ein Dielektrikum aus Kunststoff umfassen, weisen herkömmlicherweise unter anderem sogenannte Nachladeeffekte (Energy Storage Effects) und den Effekt der dielektrischen Relaxation auf. Insbesondere richtet ein zwischen Elektroden des Kondensators entstehendes elektrisches Feld ungeordnete permanente elektrische Dipole im Dielektrikum durch Polarisation zur jeweiligen Feldrichtung aus. Nach einem vollständigen Entladen des Kondensators sind eine materialabhängige Anzahl permanenter molekularer Dipole in Feldrichtung polarisiert, ohne dass eine Spannung an den Anschlüssen messbar ist. Die verbleibende Polarisation im Dielektrikum relaxiert im Laufe der Zeit, wodurch an den Elektroden des Kondensators eine Spannung in der Polarität der vorher angelegten Spannung entsteht, sozusagen ”nachgeladen” wird. Dieser Nachladeeffekt ist dem Fachmann als dielektrische Absorption oder als dielektrische Relaxation bekannt. Das Entladen mit anschließender Nachladung lässt sich mehrfach wiederholen.
Auch bei anderen elektrischen Bauelementen, bei denen ein Dielektrikum zum Einsatz kommt, kann sich dieser Effekt negativ auf die Signalübertragung auswirken, beispielsweise bei einer Bandspule. Diese kann nachteilig durch den Nachladeeffekt ihre Güte ändern.
Diese nachgeladene Spannung kann, auch wenn der Nachladeeffekt gering ist, Messwerte verfälschen und/oder sich störend auf eine mit dem elektrischen Bauelement vorgesehene Signalübertragung auswirken. Insbesondere bei als elektrisches Bauelement wirkende Kabel zur Übertragung von elektrischen Signalen, insbesondere bei Audiokabeln zur Übertragung von Audiosignalen, wie beispielsweise Interlinkkabel und Lautsprecherkabel, Ankopplungskondensatoren und Drosselspulen in passiven Filtern, beispielsweise in Lautsprecherboxen, sind sehr hohe Anforderungen an eine ungestörte Signalübertragung gestellt. Durch den oben beschriebenen Nachladeeffekt erreichen derartige bekannte elektrische Bauelemente meist nicht das Verhalten für eine störungsfreie Signalübertragung.
Um den Nachladeeffekt zu unterbinden, ist herkömmlicherweise bekannt, die Umpolarisierung im Dielektrikum durch Hilfsspannungen, sogenannte Bias, mittels einer Batterie oder eines Netzgeräts zu unterbinden. Hierbei kann jedoch der Nachteil auftreten, einen Ladezustand der Batterie nicht richtig einschätzen zu können. Weiterhin kann bauartbedingt häufig keine ausreichend hohe Spannung mit Batterien zur Verfügung gestellt werden. Auch weisen derartige Konstruktionen mit Batterie oder Netzgerät oftmals einen aufwendigen Aufbau auf.
Aus dem Handbuch ”Borwick, J.; Loudspeaker and Headphone Handbook, pp. 168–183, Butterworth & Co. Ltd.” ist ein elektrostatischer Lautsprecher bekannt, der von einer Villardkaskade gespeist wird, an die ein Netztransformator angeschlossen ist. Über die durch die Villardkaskade ausgegebene, im Vergleich zu der am Ausgang des Netztransformators anliegende, höhere Spannung, wird der Antrieb der Membran des Lautsprechers sichergestellt. Dadurch kann der Einfluss auf den Kernschalldruck erhöht werden und eine Wiedergabe von relativ tiefen Frequenzen ist möglich, da diese eine größere Amplitude der Membran zur Folge haben.
Aus der US 5,307,116 A ist eine Schaltung bekannt um ein spannungsabhängiges Signal, wie beispielsweise ein Audio-Signal, übertragen zu können. Das Kabel umfasst ein Dielektrikum, wobei eine Hilf s- bzw. Bias-Spannung zur Vorpolarisation an den Innenleiter angeschlossen ist.
Aus der WO 2012/045033 A1 ist ein Kabel zur Übertragung von Audio-Signalen bekannt, bei dem eine Hilfsspannung aus der Signalspannung gewonnen wird, um mit dieser Kondensatoren aufzuladen, um dadurch Störungen zu minimieren, die beispielsweise durch die dielektrische Relaxation im Kabel verursacht werden.
Die US 2005/0146389 A1 beschreibt die Energieversorgung eines Front-Ends über ein Back-End mittels eines dazwischen angeordneten Kabels. Das Kabel dient dabei einerseits zur Energieversorgung und andererseits werden über dieses Kabel Audiosignale von dem Front-End in Richtung des Back-Ends übertragen. Für beide Übertragungen wird derselbe Leiter verwendet.
Eine elektrische Baugruppe, die eine Vorspannung über ein Vorspannsystem mit einer separaten Energiequelle wie beispielsweise einer Batterie erzeugt, um eine Umpolarisierung im Dielektrikum zu verhindern, ist beispielsweise aus der Druckschrift US 7 872 195 B1 bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine elektrische Baugrippe anzugeben, die sich insbesondere durch ein Unterbinden des Nachladeeffekts mit ausreichender Spannung bei gleichzeitig verbesserter, insbesondere kompakter und/oder integrie 2C Bauweise auszeichnet. Diese Aufgaben werden unter anderem durch eine elektrische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Baugruppe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine elektrische Baugruppe eine Villardkaskade und ein elektrisches Bauelement auf. Das elektrische Bauelement weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein zumindest bereichsweise dazwischen angeordnetes Dielektrikum auf. Die Villardkaskade ist im Betrieb dazu ausgebildet, eine Umpolarisierung im Dielektrikum zu unterbinden.
Durch die Villardkaskade kann vorteilhafterweise eine Umpolarisierung im Dielektrikum verhindert werden. Nachladeeffekte und der Effekt der dielektrischen Relaxation im Dielektrikum können so mit Vorteil verringert, bevorzugt vollständig unterbunden werden, womit auf diesen Effekten basierende Störungen, die beispielsweise bei einer Signalübertragung mit Audiokabel auftreten können, reduziert oder gar vollständig vermieden werden. Die Villardkaskade verhindert das Umpolarisieren im Dielektrikum insbesondere durch Generieren einer ausreichend hohen Hilfsspannung, die an den Elektroden des elektrischen Bauelements anliegt. Bei Verwendung einer Villardkaskade als Spannungsgenerator zum Verhindern der Umpolarisierung im Dielektrikum ist vorteilhafterweise eine separate Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie und/oder ein Netzgerät nicht notwendig.
Der Effekt des Umpolarisierens im Dielektrikum sowie der dielektrischen Relaxation sind dem Fachmann an dieser Stelle hinreichend bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
Unter einer elektrischen Baugruppe ist insbesondere eine mindestens zwei oder mehr elektrische Bauteile umfassende Vorrichtung zu verstehen. Vorliegend weist die elektrische Baugruppe mindestens die Villardkaskade und das elektrische Bauelement auf. Optional kann die elektrische Baugruppe weitere Bauteile aufweisen, die mit der Villardkaskade und/oder mit dem elektrischen Bauelement mechanisch und/oder elektrisch verbunden sind.
Unter einem elektrischen Bauelement ist insbesondere ein Bauelement mit elektrischen Eigenschaften zu verstehen, beispielsweise ein Kondensator, ein Kabel oder eine Spule.
Unter einer Villardkaskade ist vorliegend eine Kaskade zu verstehen, bei der eine hohe Hilfsspannung durch Kaskadierung, insbesondere durch mehrfache Hintereinanderschaltung der Greinacher-Schaltung, erzielt wird. Hierzu weist die Villardkaskade unter anderem eine Mehrzahl von Kondensatoren und Dioden auf, die miteinander elektrisch verschaltet sind. Die Villardkaskade, insbesondere deren Aufbau und Funktionsweise, ist dem Fachmann bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erörtert.
Die Villardkaskade ist im Betrieb dazu ausgebildet und vorgesehen, eine Umpolarisierung im Dielektrikum zu unterbinden. Hierzu erzeugt die Villardkaskade ein elektrisches Feld, das das Umpolarisieren im Dielektrikum verhindert. Insbesondere legt die Villardkaskade im Betrieb an die Elektroden, die das elektrische Bauelement so umfassen, dass das elektrische Feld zwischen ihnen das Dielektrikum des elektrischen Bauelements durchdringen kann, eine dazu benötigte Hilfsspannung an.
Unter einer zumindest bereichsweisen Anordnung des Dielektrikums ist insbesondere zu verstehen, dass das Dielektrikum zumindest in einem Teilbereich zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist und diesen zumindest teilweise ausfüllt. Auch ein vollständiges Ausfüllen des Bereichs zwischen positiver und negativer Elektrode ist möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das elektrische Bauelement ein Kondensator oder eine Spule. Beispielsweise ist das elektrische Bauelement eine Drosselspule, eine Bandspule oder ein Signalkabel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das elektrische Bauelement ein Kabel, insbesondere zur Übertragung von Audiosignalen. Das Kabel weist zumindest einen Innenleiter zur Signalübertragung und eine als das Dielektrikum wirkende elektrische Isolierung auf.
Gerade beim Übertragen von Audiosignalen wirkt sich der auftretende Nachladeeffekt störend auf die Qualität der Signalübertragung aus. Durch Anlegen der Hilfsspannung und Erzeugen des elektrischen Feldes mittels der Villardkaskade kann der für die Signalübertragung störende Effekt vermieden werden.
Vorzugsweise ist die Villardkaskade am elektrischen Bauelement integriert. Beispielsweise ist die Villardkaskade in einem Gehäuse angeordnet, das an dem elektrischen Bauelement, beispielsweise dem Kabel, mechanisch befestigt ist. Das direkte Anschließen der Villardkaskade an dem Kabel ohne weitere Zwischenkabel ermöglicht sich so mit Vorteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Innenleiter zumindest eine elektrische Ader auf. Beispielsweise ist der Innenleiter ein Einzeldraht oder eine Litze. Unter einer Litze ist ein aus dünnen Einzeldrähten bestehender und häufig leicht zu biegender Innenleiter zu verstehen. Bevorzugt ist der Innenleiter aus Kupfer, besonders bevorzugt besteht der Innenleiter aus versilbertem Kupfer. Der Innenleiter ist vorzugsweise in der elektrischen Isolierung eingebracht. Die elektrische Isolierung umgibt den Innenleiter dabei bevorzugt vollständig. Insbesondere weist die elektrische Isolierung einen zylinderförmigen Querschnitt auf, in dem der Innenleiter bevorzugt mittig und/oder zentral angeordnet ist.
Vorzugsweise weist die elektrische Isolierung Teflon, ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) und/oder vernetzte Polyolefine auf. Dadurch ermöglicht sich vorteilhafterweise ein wärmefestes, mechanisch belastbares, glattes und/oder gleitfähiges Kabel. Zudem weisen Teflon, ETFE und vernetze Polyolefine, die als Dielektrikum wirken können, geringe Absorptionswerte von elektrischer Energie kleiner 0,1% auf, wodurch mit Vorteil für die Signalübertragung störende Effekte basierend auf Nachladeeffekte und dielektrischer Relaxation lediglich höchstens vermindert auftreten.
Beispielsweise ist der Innenleiter ein sogenannter AWG 26-Draht (AWG: American Wire Gauge) mit umgebender elektrischer Isolierung. Derartige Innenleiter sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an einem Eingang der Villardkaskade der Innenleiter angeschlossen. Bevorzugt weist das Kabel eine Hinleitung mit dem Innenleiter und eine Rückleitung mit einem weiteren Innenleiter auf. Jeweils den Innenleiter und den weiteren Innenleiter ummantelnde elektrische Isolierungen können als Dielektrikum wirken. Weiter weist das Kabel vorzugsweise zumindest die positive Elektrode des elektrischen Bauelements und die negative Elektrode des elektrischen Bauelements auf.
Der Innenleiter und der weitere Innenleiter sind vorzugsweise parallel nebeneinander als Doppelkabel geführt. Insbesondere weist das Doppelkabel zwei identisch ausgebildete Einzelkabel auf. Die Einzelkabel weisen dabei jeweils einen der Innenleiter mit jeweils umgebender elektrischer Isolierung auf. Das Doppelkabel weist einen modularen Aufbau mit einem Hinleiter, beispielsweise einen Signalleiter, und einem Rückleiter, beispielsweise einen Neutralleiter, auf. Dabei sind Hinleiter und Rückleiter bevorzugt lateral nebeneinander angeordnet und parallel zueinander geführt. Vorzugsweise sind Hinleiter und Rückleiter aneinander mechanisch befestigt, beispielsweise durch eine gemeinsame Außenisolierung.
Das als Doppelkabel ausgeführte Kabel weist vorzugsweise eine Hin- beziehungsweise Rückführung der positiven Elektrode auf. Beispielsweise ist die positive Elektrode jeweils um die Einzelkabel gewickelt. Die jeweilige Führung der positiven Elektrode beider Einzelkabel sind miteinander elektrisch verbunden. Die negative Elektrode ist beispielsweise als Geflecht oder als um die zwei benachbart zueinander geführten Einzelkabel gewickelte Elektrode ausgeführt.
Die positive Elektrode und/oder die negative Elektrode weisen bevorzugt jeweils eine elektrische Ader vorzugsweise mit einem umgebenden elektrisch isolierenden Mantel auf.
Die positive Elektrode ist bevorzugt als einzeln geführte Elektrode ausgebildet, die in oder an den Einzelkabeln geführt ist. Alternativ können auch zwei positive Elektroden Verwendung finden, wobei jeder positiven Elektrode ein Einzelkabel zugeordnet ist. Die in Verbindung mit einzeln geführten positiven Elektroden angeführten Ausführungsbeispiele und Vorteile finden in vorliegender Anmeldung auch in Zusammenhang mit einer gemeinsam ausgeführten positiven Elektrode Anwendung und umgekehrt.
Die Villardkaskade ist besonders bevorzugt mit dem Innenleiter, dem weiteren Innenleiter, der negativen Elektrode und/oder der positiven Elektrode elektrisch leitfähig verbunden. Insbesondere ist an einem Eingang der Villardkaskade vorzugsweise der Innenleiter angeschlossen. An einem Ausgang der Villarkaskade ist vorzugsweise die positive Elektrode angeschlossen. Als Masse dient bevorzugt der weitere Innenleiter und/oder die negative Elektrode.
Mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode kann ein elektrisches Feld erzeugt werden, durch das vorteilhafterweise das Umpolarisieren im Dielektrikum, unter anderem gebildet durch die jeweilige elektrische Isolierung, die jeweils den Innenleiter beziehungsweise den weiteren Innenleiter umgibt, vermieden und eine dielektrische Relaxation verringert werden können. Das Umpolarisieren im Dielektrikum und die dielektrische Relaxation können nachteilige und störende Effekte bei der Signalübertragung hervorrufen, die durch das elektrische Feld reduziert beziehungsweise ganz vermieden werden.
Die Verschaltung der Villardkaskade mit Komponenten des Kabels erfolgt vorzugsweise kabelnah, besonders bevorzugt integriert an dem Kabel. Weitere und/oder zusätzliche Komponenten zum Unterbinden der Umpolarisierung in den als Dielektrikum wirkenden elektrischen Isolierungen wie beispielsweise Batterien oder Netzgeräte sind mit Vorteil nicht notwendig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zum Anschließen der Villardkaskade bevorzugt alle notwendigen Zuleitungen und Abschlüsse am oder im Kabel integriert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kabel ein Audiokabel, insbesondere ein Kabel zur Signalübertrag aus dem Bereich der Elektroakustik, beispielsweise ein Interlinkkabel, ein Lautsprecherkabel oder ein Digitalkabel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform generiert die Villardkaskade zumindest teilweise aus einer Signalspannung die zum Unterbinden der Umpolarisierung benötigte Hilfsspannung. Vorliegend wird insbesondere direkt aus der Signalspannung die zum Vermeiden des Umpolarisierens notwendige Hilfsspannung mittels der Villardkaskade erzeugt. Eine separate Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie und/oder ein Netzgerät ist hierzu vorteilhafterweise nicht notwendig. Die Villardkaskade ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass bereits bei einer kleinen Signalspannung eine relativ hohe Spannung in der Villardkaskade generiert und genutzt werden kann. Eine Belastung des zu übertragenen Signals durch das Anlegen des elektrischen Feldes ist dabei zumindest nach einer sehr kurzen Ladezeit ausgeschlossen.
Zur Erzeugung eines genügend starken elektrischen Feldes, das die Umpolung in der als Dielektrikum wirkenden elektrischen Isolierung verhindert, ist eine vierfache bis sechsfache Signalspannung, insbesondere etwa eine fünffache Signalspannung, erforderlich. Durch die Villardkaskade kann diese mit Vorteil erzeugt werden. Die Signalübertragung störende Effekte, wie beispielsweise Nachladeeffekte im Dielektrikum der elektrischen Isolierungen sowie der Effekt der dielektrischen Relaxation, können vorteilhafterweise vermieden werden.
Vorzugsweise ist aus Sicherheitsgründen die von der Villardkaskade erzeugte Hilfsspannung auf 400 V begrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform findet eine Villardkasakade zum Generieren einer Hilfsspannung aus einer Signalspannung Verwendung, wobei die Hilfsspannung dazu ausgebildet ist, eine Umpolarisierung in einem Dielektrikum eines an die Villardkaskade angeschlossenen elektrischen Bauelements zu unterbinden.
Die Verwendung der Villardkaskade zum Anlegen der Hilfsspannung am elektrischen Bauelement, beispielsweise einem Kondensator, ermöglicht mit Vorteil das Unterbinden der Umpolarisierung im Dielektrikum und die damit verbundenen störenden Effekte wie beispielsweise den Nachladeeffekt und die dielektrische Relaxation. Weiter ermöglicht sich vorteilhafterweise eine einfache und/oder integrierte Bauweise der Villardkaskade am elektrischen Bauelement. Eine zusätzliche elektrische Energiequelle ist vorteilhafterweise nicht zwingend notwendig.
Die in Verbindung mit der elektrischen Baugruppe angeführten Ausführungsbeispiele und Vorteile finden auch in Zusammenhang mit der Verwendung Anwendung und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das elektrische Bauelement ein Kabel insbesondere zur Übertragung von Audiosignalen. Die Verwendung der Villardkaskade in Verbindung mit dem Kabel ermöglicht mit Vorteil eine verbesserte Signalübertragung, unter anderem aufgrund dem verhinderten Nachladeeffekt durch Anlegen der Hilfsspannung mittels der Villardkaskade.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe,
2 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines als Kondensator wirkenden Kabels, das verschaltet mit einer Villardkaskade eine erfindungsgemäße elektrische Baugruppe bildet,
3 eine schematische Ansicht einer Villardkaskade, die beispielsweise in Verbindung mit dem Kabel des Ausführungsbeispiels der 2 eine elektrische Baugruppe bildet,
4, 5 jeweils eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Spule, die verschaltet mit einer Villardkaskade eine erfindungsgemäße Baugruppe bildet, und
6 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Bauelements.
In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Bestandteile und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht zwingend als maßstabsgerecht anzusehen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Baugruppe 10, die ein als Kondensator wirkendes Kabel 4a und eine Villardkaskade 9 aufweist. Die Villardkaskade 9 ist dabei an dem Kabel integriert angebracht. insbesondere weist das Kabel bereichsweise auf einer Außenisolierung ein Gehäuse auf, das an dem Kabel 4a mechanisch befestigt ist, und in dem die Villardkaskade angeordnet ist. Weiter sind alle Zuleitungen und Abschlüsse im Kabel integriert.
Das Kabel 4a ist ein Audiokabel, beispielsweise ein Lautsprecherkabel, oder ein Digitalkabel. Ein Ausführungsbeispiel eines als Kondensator wirkenden Kabels 4a ist in dem Ausführungsbeispiel der 2 detailliert erläutert.
Die Villardkaskade 9 ist an Leitungen und/oder Elektroden des Kabels 4a elektrisch angeschlossen. Insbesondere dient die Villardkaskade 9 dazu, eine Hilfsspannung an dem Kabel 4a anzulegen. Durch die Hilfsspannung wird ein elektrisches Feld erzeugt, das eine Umpolarisierung in Komponenten des Kabels 4a, die als Dielektrikum des Kondensators wirken, verhindert beziehungsweise unterbindet. Dadurch können der Nachladeeffekt und die dielektrische Relaxation vermindert oder gar verhindert werden. Diese die Signalübertragung störenden Effekte treten damit lediglich höchstens vermindert auf, womit eine verbesserte Signalübertragung erzielt werden kann.
Die Villardkaskade 9 erzeugt die zum Unterbinden der Umpolarisierung benötigte Hilfsspannung aus einer Signalspannung des Kabels 4a. Eine zusätzliche elektrische Energiequelle wie beispielsweise eine angeschlossene Batterie oder ein Netzgerät sind so vorteilhafterweise nicht notwendig.
Die Villardkaskade 9 und deren elektrische Anschlüsse sind in dem Ausführungsbeispiel der 3 näher beschrieben.
In 2 ist ein als Kondensator wirkendes Kabel 4a gezeigt, das beispielsweise bei der elektrischen Baugruppe des Ausführungsbeispiels der 1 Verwendung findet. Das Kabel 4a ist als Doppelkabel ausgeführt, das zwei Einzelkabel 10a, 10b aufweist, die parallel nebeneinander geführt sind. Die Einzelkabel 10a, 10b weisen jeweils einen Innenleiter 1, 1a mit umgebender elektrischer Isolierung 2, 2a und ein um diesen Innenleiter 1, 1a gewickeltes beziehungsweise gefaltetes elektrisch leitfähiges Band 3, 3a auf.
Die Innenleiter 1, 1a sind von der elektrischen Isolierung 2, 2a jeweils vollständig umgeben beziehungsweise von dieser ummantelt. Der Innenleiter 1, 1a mit umgebender elektrischer Isolierung 2, 2a ist jeweils beispielsweise eine versilberte Kupferlitze AWG 26 mit einer Teflonisolierung. Teflon als Material der elektrischen Isolierung macht das Kabel mit Vorteil wärmefest, mechanisch belastbar, glatt und gleitfähig. Zudem weist Teflon sehr günstige Absorptionswerte kleiner 0,1% auf, wodurch für die Signalübertragung störende Effekte wie beispielsweise Nachladeeffekte und/oder der Effekt der dielektrischen Relaxation günstig beeinflusst werden. Dadurch bedingt verbessert sich auch mit Vorteil das zeitliche Verhalten des zu übertragenden Signals.
Die Innenleiter 1, 1a und die elektrischen Isolierungen 2, 2a sind jeweils mit dem elektrisch leitfähigen Band 3, 3a, insbesondere einem Kupferband, mehrmals umwickelt. Insbesondere ist der Innenleiter 1, 1a mit dazugehöriger elektrischer Isolierung 2, 2a jeweils an einer langen Kante des jeweiligen elektrisch leitfähigen Bandes 3, 3a entlang geführt. Der Innenleiter 1, 1a und das elektrisch leitfähige Band 3, 3a verlaufen dabei jeweils parallel zueinander in Längsrichtung des Kabels. An Enden des Kabels 4a ist der Innenleiter 1, 1a jeweils an dem elektrisch leitfähigen Band 3, 3a mechanisch und elektrisch leitend befestigt, insbesondere mit diesem verlötet. Eine weitere mechanische und/oder elektrische Befestigung zwischen dem Innenleiter 1, 1a und dem jeweiligen elektrisch leitfähigen Band 3, 3a ist nicht vorgesehen. Dadurch kann vorteilhafterweise bei einem Biegen und/oder Verlegen des fertigen Kabels 4a, die jeweils eine Verschiebung des Innenleiters 1, 1a relativ zum elektrisch leitfähigen Band 3, 3a bedingen, eine Flexibilität der einzelnen Komponenten des Kabels 4a zueinander gewährleistet werden.
Das Material des elektrisch leitfähigen Bandes 3, 3a, insbesondere hochreines Kupfer, ist jeweils durch ein vorangestelltes thermisches Verfahren weich und geschmeidig, wodurch sich die weitere Verarbeitung mit Vorteil vereinfacht. Der Innenleiter 1, 1a mit umgebender elektrischer Isolierung 2, 2a dient dabei jeweils als Führung für die Faltung.
Die Faltung des elektrisch leitfähigen Bandes 3 ist derart ausgebildet, dass der Innenleiter 1, 1a mit umgebender elektrischer Isolierung 2, 2a jeweils mehrfach von dem jeweiligen elektrisch leitfähigen Band 3, 3a umgeben beziehungsweise umwickelt ist. Zwischen den einzelnen Faltungen beziehungsweise Wickelungen des elektrisch leitfähigen Bandes 3, 3a ist jeweils ein Abstand aus Luft. Insgesamt ergibt sich durch die mehrfache Faltung des elektrisch leitfähigen Bandes 3, 3a im Querschnitt insbesondere jeweils eine spiralähnliche Form. Die Formgebung der Faltung ist dabei ähnlich einer Rechteckform mit abgerundeten Kanten.
Das jeweilige elektrisch leitfähige Band 3, 3a ist vorliegend in voller Kabellänge gefaltet und dient unter anderem der Signalübertragung. Dadurch entsteht im Betrieb eine geringe Längsinduktivität des Kabels 4a. Dabei weist das elektrisch leitfähige Band 3, 3a jeweils im Vergleich zu einem Einzeldraht eine sehr viel größere Oberfläche auf, was sich aufgrund des Skineffekts mit Vorteil günstig auf die Signalübertragung auswirkt.
Weiter weisen die Einzelkabel 10a, 10b eine parallel zu den Innenleitern 1, 1a geführte positive Elektrode 5 auf. Die positive Elektrode 5 ist beispielsweise eine Teflon-isolierte positive Feldelektrode. Die positive Elektrode 5 ist dabei durch das eine Einzelkabel 10a hingeführt und durch das andere Einzelkabel 10b rückgeführt, womit die positive Elektrode 5 der beiden Einzelkabel 10a, 10b einstückig als ein gemeinsames, zusammenhängendes Kabel ausgebildet ist. Insbesondere ist die positive Elektrode 5 um das jeweilige elektrisch leitfähige Band in Längsrichtung des jeweiligen Einzelkabels 10a, 10b gewickelt.
Um die positive Elektrode 5, das elektrisch leitfähige Band 3, 3a und den Innenleiter 1, 1a mit umgebender elektrischer Isolierung 2, 2a eines jeden Einzelkabels 10a, 10b ist jeweils eine elektrische Einzelisolierung 6a, 6b aus Polyolefine angeordnet, die sich jeweils entlang der Einzelkabel 10a, 10b erstreckt und die einzelnen Komponenten des jeweiligen Einzelkabels 10a, 10b vollständig umgibt.
Um die elektrischen Einzelisolierungen 6a, 6b ist eine negative Elektrode 7, beispielsweise eine negative Feldelektrode aus einem Metallgeflecht, angeordnet. Die negative Elektrode 7 umgibt die Einzelkabel 10a, 10b gemeinsam. Insbesondere ist die negative Elektrode 7 um die Einzelkabel 10a, 10b in Längsrichtung des Kabels 4a gewickelt.
Durch die positive Elektrode 5 und die negative Elektrode 7 kann das elektrische Feld erzeugt werden, das das Umpolarisieren in der jeweiligen als Dielektrikum wirkenden elektrischen Isolierung 2, 2a und/oder in den als Dielektrikum wirkenden Einzelisolierungen 6a, 6b vermeidet und die dielektrische Relaxation verringert. Zur Erzeugung eines genügend starken elektrischen Feldes, das die Umpolung im Dielektrikum verhindert, ist etwa die fünffache Signalspannung erforderlich. Hierfür findet die Villardkaskade Anwendung, die in Zusammenhang mit 3 näher erläutert wird.
Um die negative Elektrode 7 ist eine gemeinsame Außenisolierung 8 aus vernetzten Polyolefine angeordnet. Der mechanische Aufbau aus vernetzten Polyolefine, die durch hohe Temperaturen von über 250°C jeweils auf die jeweiligen Komponenten mit einer 3:1 oder größerer Schrumpfrate aufgeschrumpft werden, ist mit Vorteil sehr stabil und hochbedämpft gegenüber mechanischen Schwingungen. Auf die Außenisolierung 8 kann weiter ein Gewebeschlauch aufgeschrumpft werden (nicht dargestellt), der die mechanische Entkopplung mit Vorteil verbessert.
Das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt ein Schaltbild einer Villardkaskade 9, wie sie beispielsweise in Zusammenhang mit dem Doppelkabel des Ausführungsbeispiels der 2 Verwendung findet. Die Villardkaskade 9 ist so ausgelegt, dass bereits durch eine geringe Leistungsentnahme aus dem zu übertragenden Signal eine relativ hohe Spannung genutzt werden kann, die aus Sicherheitsgründen auf 400 V begrenzt ist.
An einem Eingang E1 der Villardkaskade 9 liegt der Innenleiter eines der Einzelkabel an. An einem weiteren Eingang E2 der Villardkaskade 9 liegt die negative Elektrode und der über einen Widerstand verbundene weitere Innenleiter des anderen Einzelkabels an. An einem Ausgang A der Villardkaskade 9 liegt die positive Elektrode an.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spule 4b, insbesondere einer Bandspule, die als anmeldungsgemäßes elektrisches Bauelement mit einer positiven Elektrode 5, einer negativen Elektrode 7 und einem Dielektrikum 2 angesehen werden kann. Das Dielektrikum ist in vertikaler Richtung zwischen der positiven Elektrode 5 und der negativen Elektrode 7 angeordnet. Weiter weist die Spule eine Wickelachse 11 und ein elektrisch leitfähiges Band 3, insbesondere ein Kupferband 3, auf.
Bei der Spule 4b, bei der das Dielektrikum 2 zum Einsatz kommt, wirkt sich der Nachladeeffekt negativ bei einer Signalübertragung aus. Die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Form der Biasspannungserzeugung mittels der Villardkaskade kann auch vorteilhaft bei dem Dielektrikum 2 der Spule 4b Verwendung finden. Die Spule 4b kann durch den Nachladeeffekt ihre Güte ändern. Da dies abhängig von der Signalspannung erfolgt, wird ein Originalsignal moduliert. Dabei werden die Elektroden 5, 7 der Spule 4b mit den Ausgängen der Villardkaskade elektrisch leitend verbunden.
Vorteilhaft ist eine Anordnung der Villardkaskade 9 direkt an der Spule 4b. Dies erfolgt durch das Einbringen der Spule 4b und der Villardkaskade 9 in einem gemeinsamen Gehäuse 13, das mit einer Vergussmasse 12, insbesondere einer Kunstharzvergusmasse, vergossen ist. Spulenanschlüsse 14a, 14b führen aus der Vergussmasse 12 heraus. Die Ausgänge A, Xn der Villardkaskade 9 sind mit den Elektroden 5, 7 elektrisch leitend verbunden. Dies ist in 5 grafisch dargestellt.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltbildes mit einer Spule 4b, insbesondere einer Drosselspule. Die Spule 4b ist mit einem Kondensator K in Reihe zwischen einem Verstärker V und einem Lautsprecher L geschaltet. Die Spule 4b weist dabei vorzugsweise integriert die Villardkaskade auf.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombinationen selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind.
Bezugszeichenliste

1: Innenleiter
1a: weiterer Innenleiter
2, 2a: elektrische Isolierung
3, 3a: elektrisch leitfähiges Band
4a: Kabel
4b: Spule
5: positive Elektrode
6a, 6b: Einzelisolierung
7: negative Elektrode
8: Außenisolierung
9: Villardkaskade
10a, 10b: Einzelkabel
10: elektrische Baugruppe
11: Wickelachse
12: Vergussmasse
13: Gehäuse
14a, 14b: Spulenanschlüsse
A: Ausgang
E1: Eingang
E2: weiterer Eingang
K: Kondensator
L: Lautsprecher
V: Verstärker
Xn: Ausgang

Claims

Elektrische Baugruppe (10) aufweisend eine Villardkaskade (9) und ein elektrisches Bauelement, wobei das elektrische Bauelement eine positive Elektrode (5), eine negative Elektrode (7) und ein zumindest bereichsweise dazwischen angeordnetes Dielektrikum (2, 2a) aufweist, und die Villardkaskade (9) im Betrieb dazu ausgebildet ist, eine Umpolarisierung im Dielektrikum (2, 2a) zu unterbinden, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – das elektrische Bauelement ist: a) eine Spule (4b) oder b) ein Kabel (4a) zur Übertragung von Audiosignalen, das zumindest einen Innenleiter (1, 1a) und eine als das Dielektrikum wirkende elektrische Isolierung (2, 2a) aufweist, und – die Villardkaskade (9) generiert zumindest teilweise aus einer Signalspannung eine zum Unterbinden der Umpolarisierung im Dielektrikum (2, 2a) benötigte Hilfsspannung.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Eingang der Villardkaskade (9) der Innenleiter (1) angeschlossen ist.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Villardkaskade (9) an dem Kabel (4a) integriert angebracht ist.
Elektrische Baugruppe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (4a) als Doppelkabel ausgeführt ist, welches zwei Einzelkabel (10a, 10b) aufweist, die parallel nebeneinander geführt sind.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode (5) durch das eine Einzelkabel (10a) hingeführt und durch das andere Einzelkabel (10b) rückgeführt ist, womit die positive Elektrode (5) der beiden Einzelkabel (10a, 10b) einstückig als ein gemeinsames, zusammenhängendes Kabel ausgebildet ist.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkabel jeweils einen Innenleiter (1, 1a) mit umgebender elektrischer Isolierung (2, 2a) und ein um diesen Innenleiter (1, 1a) gewickeltes beziehungsweise gefaltetes elektrisches Band (3, 3a) aufweisen.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter (1, 1a) und die elektrischen Isolierungen (2, 2a) jeweils mit dem elektrisch leitfähigen Band (3, 3a) mehrmals umwickelt sind.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (1, 1a) und das elektrisch leitfähige Band (3, 3a) jeweils parallel zueinander in Längsrichtung des Kabels (4a) verlaufen.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Kabels (4a) der Innenleiter (1, 1a) jeweils an dem elektrisch leitfähigen Band (3, 3a) mechanisch und elektrisch leitend befestigt ist.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Faltungen beziehungsweise Wicklungen des elektrisch leitfähigen Bandes (3, 3a) jeweils ein Abstand aus Luft ist.
Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass um die positive Elektrode (5), das elektrisch leitfähige Band (3, 3a) und den Innenleiter (1, 1a) mit umgebender elektrischer Isolierung (2, 2a) eines jedes Einzelkabels (10a, 10b) jeweils eine elektrische Einzelisolierung (6a, 6b) aus Polyolefine angeordnet ist, die sich jeweils entlang der Einzelkabel (10a, 10b) erstreckt und die einzelnen Komponenten des jeweiligen Einzelkabels (10a, 10b) vollständig umgibt.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass um die elektrischen Einzelisolierungen (6a, 6b) die negative Elektrode (7) angeordnet ist und dass die negative Elektrode (7) um die Einzelkabel (10a, 10b) in Längsrichtung des Kabels (4a) gewickelt ist und diese gemeinsam umgibt.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass um die negative Elektrode (7) eine gemeinsame Außenisolierung (8) aus vernetzten Polyolefinen angeordnet ist.
Elektrische Baugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Außenisolierung (8) ein Gewebeschlauch aufgeschrumpft ist.