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Störschutzfilter aus einem mit Induktivität behafteten Wickelkondensator
Die Erfindung befaßt sich mit einem Störschutzfilter, das die Störungen auf einer
Leitung in einem bestimmten Frequenzband von einem anzuschließenden Gerät und natürlich
auch die in dem Gerät auftretenden Störungen von der Leitung fernhält. Zum Beispiel
ist dieses Störschutzfilter geeignet, die im Starkstromnetz enthaltenen Störfrequenzen
des Rundfunkfrequenzbereiches von einem Rundfunkempfangsgerät fernzuhalten. Hierfür
werden bereits Störschutzfilter verwendet, die durch entsprechendes Anordnen von
Induktivitäten und Kapazitäten einen gewünschten Sperr- bziv. Durchlaßbereich aufweisen.
Durch jc- oder T-Glieder oder auch halbe ic-Glieder erreicht man bei entsprechender
Anordnung von Kapazitäten und Induktivitäten in den Quer- öder Längszweigen eine
Tiefpaß-, Hochpaß- oder Bandpaßwirkung. Zum Aufbau solcher Filteranordnungen sind
mindestens zwei Elemente, d. h, eine Kapazität und eine Induktivität, erforderlich.
Will man eine gute Sperrwirkung der Filter erzeugen, so muß man mindestens drei
oder mehr Elemente vorsehen. Die Verwendung mehrerer Elemente bedeutet einen großen
Aufwand, und deshalb ist man bereits dazu übergegangen, die natürliche Wickelinduktivität
eines Wickelkondensators als induktives Element zu benutzen. Man hat zu diesem Zweck
die beiden Belegungen je an ihrem Anfang und Ende angeschlossen und kam somit zu
einer symmetrischen Filteranordnung. Hierbei muß allerdings berücksichtigt werden,
daß die beiden Beilegungen im gleichen Sinne gewickelt sind und somit die Möglichkeit
besteht, daß die induktiven Wirkungen dieser beiden Beläge sich gegenseitig aufheben.
Für bestimmte Zwecke muß man jedoch unsymmetrische Filteranordnungen verwenden.
Dies ist z. B. dann der Fall, wenn nur ein Leiter für die Übertragung vorgesehen
ist, während der zweite Leiter durch eine Rückverbindung, z. B. durch die Erde,
ersetzt ist.
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Es ist weiterhin ein Störschutzkondensator zur Ableitung von Funkstörungen
nach Masse oder Erde, bei dem der Betriebsstrom über einen Kapazitätsbelag geführt
wird, vorgeschlagen worden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der andere Kapazitätsbelag
ohne Anschlußstreifen von der Störquelle aus in Richtung des Betriebsstrom führenden
Kapazitätsbelages 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. Bei diesem Kondensator steht der nicht induktiv ausgenutzte Belag
nur an einer Längsseite über den als Induktivität benutzten Belag hinaus. Die Kapazität
dieses Kondensators streut daher. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, unsymmetrische
Störschutzfilter aus einem mit Induktivität behafteten Wickelkondensator dadurch
herzustellen, daß ein Belag des Kondensatorwickels von Anfang bis zum Ende induktiv
ausgenutzt ist und der andere nicht induktiv ausgenutzte Belag an beiden Längsseiten
über den als Induktivität benutzten Belag übersteht und an mehreren Stellen eines
Längsrandes kontaktiert ist und/oder daß er mehrmals unterteilt und jeder Teil für
sich kontaktiert ist.
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Man schaltet den als Induktivität benutzten Belag in die zu entstörende
Leitung ein, wofür man jeweils am Anfang und Ende des als Induktivität benutzten
Belages Anschlußmöglichkeiten vorsieht. Der zweite unterteilte Belag dagegen, der
nicht induktiv ausgenutzt wird, wird nun an den gekennzeichneten Stellen kontaktiert.
Bei Kontaktierung dieses nicht induktiv ausgenutzten unterteilten Belages an mehreren
Steilen können die einzelnen Kontaktorgane parallel geschaltet werden.
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Die Unterteilung des nicht induktiv ausgenutzten Belages hat zur Folge,
daß die Induktivität des induktiv ausgenutzten Belags durch die in dem nicht induktiv
ausgenutzten Belag induzierten Ströme nur unwesentlich gemindert wird, da sich infolge
der mehrfachen Ableitung der induzierten Ströme kein durchgehender Stromfluß längs
des nicht induktiv wirksamen Belags ausbilden kann.
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Das Überstehen des nicht induktiv ausgenutzten Belags über beide Längsseiten
des induktiv ausgenutzten Belags bewirkt, daß eine kapazitive Beeinflussung zwischen
zwei Wickellagen des induktiv ausgenutzten Belags vermieden wird.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird die ein- oder mehrmalige
Unterteilung des nicht induktiv ausgenutzten Belages in Längsrichtung vorgeschlagen.
Werden
diese Teile einzeln kontaktiert, so kann man damit Filteranordnungen mit mehr als
einem Querzweig erzeugen.
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Das Prinzip eines bereits vorgeschlagenen Störschutzkondensators zeigen
die Fig. 1 und 2.
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In Fig. 1 sind schematisch die beiden Kondensatorbeläge 1 und 2 mit
ihren Verbindungen zu den Anschlußklemmen des Filters aufgezeichnet. Die Anschlußklemmen
F_1 und E, sind als Eingang und die Anschlußklemmen Al und Az als Ausgang zu betrachten.
Der induktiv ausgenutzte Belag 1, der in die zu entstörende Leitung eingeschleift
ist, erhält durch die Wicklung des Belages eine Induktivität L.
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Der nicht induktiv ausgenutzte Belag 2 ist stirnkontaktiert. Das Ersatzschaltbild
zu dieser Anordnung ist aus Fig.2 zu ersehen. Die symmetrische Aufteilung der Induktivität
in zweimal L/2 ergibt sich durch die Stirnkontaktierung des nicht induktiv ausgenutzten
Belages.
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Einige mögliche Ausführungsformen der Erfindung seien an Hand der
Fig. 3 bis 9 erläutert.
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Unterteilt man den nicht induktiv ausgenutzten Belag nach Fig. 1 einmal,
so kommt man zu einer beispielsweisen Ausführung der Fig. 3. Hierbei sind die beiden
Teile 3 und 4 des nicht induktiv ausgenutzten Belages jedes an dem Ende kontaktiert,
das am Ende bzw. Anfang des Wickelkondensators liegt. Das Ersatzschaltbild ist in
Fig.4 dargestellt. Diese Anordnung wird als n-Glied bezeichnet.
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Eine andere mögliche Ausführungsform mit einem einmal unterteilten,
nicht induktiv ausgenutzten Belag ist in Fig.5 dargestellt, wobei die beiden Teile
des nicht induktiv ausgenutzten Belages in der Mitte kontaktiert sind. Das Ersatzschaltbild
dazu zeigt Fig. 6.
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Ein Beispiel mit einem zweimal unterteilten, nicht induktiv ausgenutzten
Belag ist in Fig. 7 aufgezeichnet. Hierbei ist der mittlere Teil 6 des Belages in
der Mitte kontaktiert, während von den beiden anderen Teilen 5 und 7 jedes an dem
Ende kontaktiert ist, das am Anfang bzw. Ende des Kondensatorwickels liegt. Bei
dieser Anordnung kommt man zu einem Ersatzschaltbild, wie es in Fig. 8 dargestellt
ist.
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Zur Erhöhung der Wickelinduktivität des als Indulxtivität benutzten
Belages bringt man den Wickelkondensator auf einen magnetisierbaren Kern, auf einen
stabförmigen Eisen-, Masse- oder Ferritkern auf. Um eine besonders hohe Parmeabilität
zu erreichen, schlägt die Erfindung weiterhin vor, den Kondensatorwickel auf einen
geschlossenen magnetisierbaren Kern aufzubringen. Hierdurch erreicht man gegenüber
dem stabförmigen magnetisierbaren Kern eine bedeutende Erhöhung der Permeabilität.
Man kann auch zwei Kondensatorwicklungen auf die Schenkel eines vorzugsweise in
Rechteckform geschlossenen magnetisierbaren Kerns aufbringen.
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Will man zu einem z-Glied, wie dies z. B. die Anordnungen nach Fig.
3 und 4 darstellen, oder einer Anordnung mit mehr als einem Längsglied und mehr
als zwei Quergliedern, wie dies z. B. in der Anordnung nach Fig. 7 dargestellt ist,
kommen, dabei aber den induktiv nicht ausgenutzten Belag nicht unterteilen, so kann
man zwei oder mehr Kondensatorwickel nach dem Prinzip der Anordnung der Fig. 1 hiiitereinanderschalten.
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Bei der Herstellung eines n-Gliedes nach der Anordnung der Fig. 3
aus zwei Gliedern kann man diese beiden Kondensatorwickel zur Erhöhung der Induktirität
auf den Schenkel eines vorzugsweise rechteckgeschlossenen Kerns aufbringen. Um eine
Streuung, d. h. eine kapazitive Beeinflussung zwischen zwei Wickellagen des als
Induktivität benutzten Belages zu vermeiden, läßt man den nicht induktiv ausgenutzten
Belag an den beiden Längsseiten über den als Induktivität benutzten Belag überstehen.
Eine Möglichkeit zur Ausführung dieser Regel ist das an den Längsseiten beidseitige
Umfalten des nicht induktiv ausgenutzten Belages um den als Induktivität benutzten
Belag. Gegebenenfalls kann das Umfalten auch an nur einer Längsseite ausgeführt
werden, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Der im Schnitt im Prinzip dargestellte
Wickelkondensator ist gewickelt aus dem als Induktivität benutzten Belag 11 und
dem nicht induktiv ausgenutzten Belag 12. Zwischen den beiden Belägen sind die Isolierstoffbänder
13 und 14 eingewickelt. An der unteren Seite ist hier der nicht induktiv ausgenutzte
Belag um den als Induktivität benutzten Belag umgefaltet. Auf der oberen Seite steht
der nicht induktiv ausgenutzte Belag über den als Induktivität benutzten Belag über
und ist an seinen Stirnkanten durch die Metallschicht 15 stirnkontaktiert. Die Kontaktführung
dieser Stirnkontaktschicht nach außen geschieht über den Zuführungsleiter 16. Die
Anschlüsse des als Induktivität benutzten Belages sind am Anfang durch den Kontaktstreifen
18 und am Ende durch den Kontaktstreifen 17 herausgeführt. Die Anschlußstreifen
17 und 18 sind gegen die Stirnkontaktschicht 15 mit Hilfe der Isolierstoffhülsen
19 und 20 isoliert.
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Für einen besonders streuungsarmen Aufbau empfiehlt es sich, den als
Induktivität benutzten Belag völlig mit dem induktiv nicht ausgenutzten Belag zu
umhüllen. Es ergibt sich dann eine Anordnung, die einer aufgewickelten Koaxialleitung
ähnlich ist.
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Über den als Induktivität benutzten Belag wird der zu entstörende
Betriebsstrom geführt, und deshalb muß-dieSer Belag in seineru Querschnitt so bemessen
sein, daß bei der maimal auftretenden Betriebsstromstärke keine unzulässige Erwärmung
auftritt. Man erreicht dies bei vorgegebener Breite des Belages durch entsprechende
Bemessung der Belagstärke. Ist beispielsweise eine Breite des Belages von 2 cm vorgegeben
und die maximale Belastung 2 A, so wird z. B. bei der Verwendung einer Kupferfolie
eine Folienstärke von 25 #tm ausreichen. Der nicht induktiv ausgenutzte Belag muß
nicht nach der Betriebsstromstärke bemessen sein, so daß man eine Folienstärke von
etwa 4 #xm anwenden kann.
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Bei hohen Frequenzen wird man darauf achten, daß die Länge des Kondensatorbelages
nicht größer als ein Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist. Damit vermeidet
man nicht stationäre Zustände auf dem Kondensatorbelag.
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Man wird die natürliche Induktivität des als Induktivität ausgenutzten
Belages bei vorgegebenem festem Kapazitätswert dadurch erhöhen, daß man möglichst
viele Windungen ausführt. Da für den Kapazitätswert nur die Fläche des Belages maßgebend
ist, kann man bei einer Verringerung der Breite des Belages mehr Windungen ausführen.
Damit wird das Verhältnis von Breite des Wickelkörpers zum Durchmesser des Wickelkörpers
sehr klein, d. h., man erhält einen schmalen, aber dicken Wickelkörper.