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Elektrische Kondensatoranordnung mit einer Vorrichtung zum Temperaturausgleich
Es ist bekannt, daß elektrische Kondensatoren, insbesondere Kondensatoren, die aus
geschichteten leitenden und dielektrischen Schichten aufgebaut sind, ihre Kapazität
in Abhängigkeit von dem Druck ändern, mit denen man die Kondensatorelemente gegeneinander
drückt. Da ein solcher Kondensator oder eine Gruppe solcher Kondensatoren im allgemeinen
in einem beispielsweise metallischen Gehäuse untergebracht ist, führen Ausdehnungen
des Gehäuses bei schwankenden Umgebungstemperaturen dazu, daß an den Kondensatorelementen
und gegebenenfalls auch an den benachbarten Elementen eine Änderung des Anpreßdruckes
auftritt, wodurch es dann auch zu einer Änderung der elektrischen Kapazität der
Anordnung kommt. Hierdurch können ernste Störungen beim Betrieb der elektrischen
Ausrüstung hervorgerufen werden, in denen der Kondensator eingebaut ist.
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Dieser Nachteil macht sich besonders bemerkbar bei Zündeinrichtungen
von Düsenflugzeugen, da diese Zündeinrichtungen am Gehäuse des Triebwerkes oder
des Schubrohres angebracht werden. Wenn das Triebwerk in Betrieb ist, können die
Temperaturen am Gehäuse Größenordnungen von 400° C und im Gehäuse der Zündvorrichtung
Größenordnungen von 260°C erreichen, trotz einer Kühlung der Zündeinrichtung durch
einen Strom von kaltem, flüssigem Brennstoff.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bereits bekannt, im Inneren
des Gehäuses, in dem der Kondensator oder die Kondensatorgruppe angebracht ist,
eine Bimetalldruckfeder anzuordnen, die einen über einen weiten Temperaturbereich
annähernd konstanten Druck auf den Kondensator bzw. den Kondensatorstapel ausübt.
Bei den bekannten Anordnungen macht die Bimetallfeder nur einen punktförmigen Kontakt
mit einer im Gehäuse angeordneten Einstellschraube und einen linienförmigen Kontakt
mit dem Ende des das Gehäuse nur zu einem geringen Teil ausfüllenden Kondensatorstapels.
Hierdurch wird die Stabilität der Anordnung wesentlich herabgesetzt, so daß sie
sich bei starker Schwingungsbeanspruchung, wie sie am Triebwerk eines Düsenflugzeuges
auftritt, nicht verwenden läßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatoranordnung
der genannten Art zu schaffen, bei der diese Nachteile nicht auftreten, die also
auch starken Schwingungen gegenüber stabil ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator
bzw. der Kondensatorstapel in das hermetisch geschlossene stabile metallische Gehäuse
so eingepaßt ist, daß er es im wesentlichen ausfüllt, und daß zwischen einem flachen
Ende des Kondensators bzw. des Kondensatorstapels und der benachbarten flachen Gehäusewand
zusammen mit einer Druckplatte die Bimetalldruckfeder, vorzugsweise in Form einer
Federscheibe, angeordnet ist.
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An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel einer Kondensatoranordnung
gemäß der Erfindung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht der Kondensatoranordnung mit zugehörigem Gehäuse, Fig. 2 eine teilweise
aufgebrochene Ansicht des Kondensatorblockes vor dem Einsetzen in das Gehäuse, Fig.
3 eine um 90° gewendete Ansicht des Blockes der Fig.2. Fig.4 einen Längsschnitt
durch die vollständige Anordnung gemäß der Schnittlinie 4-4 der Fig. 1 im größeren
Maßstabe und in teilweise aufgebrochener Darstellung und Fig. 5 einen axialen Schnitt
durch eine in Art einer Belleville-Scheibenfeder ausgebildeten Bimetallfeder.
Zur
dargestellten Anordnung gehört ein kastenförmiges Metallgehäuse 12, bei dem an zwei
gegenüberliegenden Seiten außen zwei U-förmige Elemente 16 angeordnet sind, die
es ermöglichen, das Gehäuse in einen Rahmen einzuhängen. Die Stirnwände 14 und 15
sind umgebördelt und verschweißt. Eine Öffnung 20 (Fig. 1 und 4), welche
mit einem Sieb abgedeckt ist, ermöglicht es, zur Kühlung des Innenraumes einen Strom
flüssigen Brennstoffes einzuleiten, der an einer anderen, nicht dargestellten öffnung
des Gehäuses wieder austreten kann.
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Bei der speziellen Anwendung, auf die das ausgewählte Beispiel Bezug
nimmt, handelt es sich um eine Zündeinrichtung für Düsenflugzeuge. Hier besteht
die Kondensatoranordnung aus zwei Blöcken 18 und 27, wobei jeder Block aus einem
Stapel von mehreren benachbarten Kondensatorelementen besteht. Jedes einzelne Kondensatorelement
besteht in an sich bekannter Weise aus einer Anzahl von Platten oder Folien, von
denen abwechselnd eine Folie leitend und eine ein Dielektrikum ist. Der Block 27
(der für einen Spannungsverdopplerkreis verwendet wird) besteht hier nur aus zwei
Kondensatorelementen 31, während der Block 18, je nach der gewünschten Gesamtkapazität,
von einer beliebigen Anzahl von Elementen 21 gebildet werden kann, unter Berücksichtigung
möglicher Kapazitätsschwankungen der einzelnen Kondensatorelemente, die sich durch
Fertigungstoleranzen ergeben. Die Gesamtanzahl der Kondensatorelemente 21 kann von
einer Kondensatoranordnung zur anderen schwanken. Die Länge des Gehäuses 12 ist
groß genug gewählt, um die maximale Anzahl der möglicherweise zu verwendenden Kondensatorelemente
aufzunehmen. Diese unterschiedliche Anzahl kann gegebenenfalls beim Anschweißen
der Endwand 15 berücksichtigt werden, die dann mehr oder weniger tief in das Gehäuse
eingedrückt wird und den gewollten Innenraum freiläßt, um die zu verwendende Anzahl
von Kondensatorelementen aufzunehmen, wie sich dies noch aus der nachfolgenden Beschreibung
ergeben wird. In der beigefügten Zeichnung ist angenommen, daß diese Anzahl dem
Maximalwert entspricht.
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Die Anschlüsse sind wie folgt hergestellt: Die zwei Elemente 31 des
Blockes 27 sind mit einem Leiter 39 in Reihe geschaltet, der eine Anschlußleitung
der Kondensatoranordnung bildet, während der andere, freie Anschluß des außen liegenden
Elementes 31 mit einem breiten leitenden Band 40 an Masse gelegt ist. Das
freie Ende des innen liegenden Elementes 31 ist an einen Leiter 37 angeschlossen,
der wie der zuvor erwähnte Leiter 39 nach außen geführt ist und zum Anschluß des
Kreises dient, in den der Kondensator 27 eingeschaltet werden soll. Die beiden Leiter
37 und 39 sind über Isolierstopfen 19 und 29 aus dem Gehäuse herausgeführt.
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In dem Hauptblock 18 gehört zu den Elementen 21 eine erste Gruppe
von Belägen, die abwechselnd an einen gemeinsamen Leiter angeschlossen sind, welcher
mit der Anschlußleitung 37 des Blockes 27 in Verbindung steht. Die anderen Beläge
des Kondensators 21 sind sämtlich über ein gemeinsames leitendes Band 22 an Masse
gelegt. Die zwei Masseleiter 22 und 40 sind an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses
nach außen geführt, wie es die Figuren 2 und 3 zeigen.
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Zum besseren Verständnis der dargestellten Anordnung soll deren Montage
beschrieben werden. Nachdem einmal die inneren Verbindungen zwischen den Elementen
des Blockes 18 hergestellt sind, umgibt man den Stapel von Elementen mit einer oder
mehreren Lagen eines isolierten Gewebes 24, 25, die man mit Klebebändern festhält,
zu denen die vier Eckbänder 26, Seitenbänder 48 und die in Querrichtung
verlaufenden Umfangsbänder 35 gehören. Der Block 27 besteht aus zwei Elementen 31,
die mit Hilfe eines klebenden Isolierbandes 32 zusammengebunden und anschließend
mit dem Block 18 verbunden werden, wobei dann auch die elektrischen Verbindungen
zwischen den beiden Blöcken hergestellt werden. Auf der Außenfläche des Blockes
27 ordnet man mehrere .Lagen 34 eines Isolierstoffes an. Schließlich umgibt man
die Gesamtheit der Blöcke 18 und 27 und die Lagen 34 mit klebenden Isolierbändern
36, die sich in Längsrichtung erstrecken.
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Am entsprechenden Ende des Gehäuses 12 wird die Endwand 14 an den
Rändern durch Löten befestigt, wie es die Fig. 4 zeigt. Erfindungsgemäß werden dann
in das Gehäuse, und zwar in Anlage an die Innenfläche der Wand 14 eine Feder 42,
die die Gestalt einer Belleville-Scheibenfeder hat und nachfolgend noch im einzelnen
beschrieben wird, und dann eine starre Druckplatte 41 aus Metall eingebracht. An
diese Druckplatte 41 schließt sich eine Gruppe von dünnen Isolierplättchen 33 an,
die vorzugsweise aus Glimmer bestehen. Dann wird in das Gehäuse die Gesamtheit der
beiden Blöcke 18 und 27 mit den zuvor beschriebenen Isolierschichten 24, 25 so eingebracht,
daß sie sich auf der Innenfläche der Plättchen 33 abstützen. Die zwei Massenleiter
22 und 40 werden mit dem Gehäuse 12 verbunden, das seinerseits wiederum dazu vorgesehen
ist, mit der Masse des Rahmens verbunden zu werden. Nach diesem Zusammenbau legt
man erneut eine zweite Gruppe von Isolierplättchen 33 und eine zweite Druckplatte
41 auf die Blöcke. Nunmehr kann die andere Stirnwand 15 eingesetzt werden, indem
man sie unter Zusammenpressung der Feder 42 mit einem zuvor festgelegten Druck,
welcher bei Raumtemperatur beispielsweise 55 kg/cm2 betragen kann, in das Gehäuse
eindrückt, um die Stirnwand dann in dieser Lage durch Verschweißen zu befestigen.
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Die erfindungsgemäß verwendete Feder 42 besteht aus Bimetall. Sie
kann die Gestalt einer typischen Belleville-Scheibenfeder haben, d. h. als flacher
kegelstumpfförmiger Ring ausgebildet sein. Wie die Fig. 5 erkennen läßt, wird die
Feder 42 von zwei ringförmigen Lamellen 44 und 45 gebildet, deren Legierungen in
bekannter Weise sehr unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Den
größeren Ausdehnungskoeffizienten weist die innere Lamelle 45 auf. Für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Feder geeignete Bimetalle sind im freien Handel zu finden.
Die Feder wird vorzugsweise vor der Montage stabilisiert, indem man sie eine Stunde
lang bei 343° C anläßt.
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Wenn die beschriebene Vorrichtung den erwähnten hohen Temperaturen
unterworfen wird, ist die Längsausdehnung der Blöcke 18 und 27 größer als die des
Gehäuses 12. Bei Fehlen der Bimetallfeder 42 würde sich der auf die Kondensatorelemente
ausgeübte Druck und damit auch die elektrische Kapazität vergrößern. Dank der Anordnung
der Feder 42, deren Innenteil sich mehr ausdehnt als der Außenteil, wird die axiale
Abmessung der Feder kleiner, so daß bei richtiger Auswahl der zu verwendenden Federwerk-
Stoffe
und der Abmessungen erreicht werden kann, daß der auf die Kondensatorblöcke ausgeübte
Druck über den ganzen, im Betrieb zu erwartenden Temperaturbereich ungefähr konstant
bleibt.
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Selbstverständlich sind zahlreiche weitere Ausführungsformen und auch
Anwendungen von Kondensatoren gemäß der Erfindung möglich, die sich von dem dargestellten
und beschriebenen Beispiel unterscheiden. So ist die vorliegende Erfindung nicht
nur bei Kondensatoren anwendbar, die aus mehreren getrennten, übereinanderliegenden
Schichten bestehen, sondern auch bei Kondensatoren, die nach einem anderen Verfahren
hergestellt sind. Beispielsweise kann die Erfindung bei Kondensatoren angewandt
werden, bei denen die übereinandergelagerten Schichten zunächst auf einen Dorn aufgewickelt
werden, den man dann herauszieht, um den so gebildeten Wickel abzuplatten und einen
flachen Kondensator mit übereinanderliegenden Schichten zu bilden. Außerdem können
die in Abhängigkeit von der Temperatur verformbaren Druckelemente, wie sie gemäß
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in verschiedener Gestalt auftreten.
Man könnte beispielsweise mehr als eine, und vor allem bei der beschriebenen und
dargestellten Anordnung vorzugsweise zwei Bimetall-Belleville-SCheibenfedeln verwenden,
die gleich der Federscheibe 42 sind. Diese beiden Scheiben können dann an
den beiden sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angebracht werden.