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Elektrischer Kondensator Eine von den wichtigsten Verbesserungen der
elektrischen Kondensatoren, insbesondere der Glimmerkondensatoren, war das Zusammenpressen
von Metall- und dielektrischen Schichten durch eine passende Klammer. Dadurch wurde
es ermöglicht, die Kapazität des Kondensators dauernd auf ihrem Sollwert konstant
zu erhalten, seine durch die Ströme höherer Frequenz verursachte Erhitzung sehr
wesentlich zu verringern und mit demselben Materialaufwand Einheiten mit größerer
Kapazität zu bauen. Später fing man an, mit noch viel höheren Frequenzen (über eine
Million Perioden pro Sekunde) zu arbeiten, und da hat sich wieder der Umstand überaus
lästig erwiesen, daß sogar die verbesserten, mit Klammern versehenen Kondensatoren
eine übermäßig hohe Wärme entwickelten.
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Eine gewisse Erleichterung wurde durch eine weitere Verbesserung der
Anordnung dadurch erreicht, daß die Zuführungen beide an derselben Seite der Klammer
angebracht waren. Auf diese Weise bleibt der Kondensatorstrom, der an derselben
Seite der Klammer ein- und ausfließt, außer Verkettung mit der Klammer. Infolgedessen
werden Wirbelströme, die sonst im Metall der Klammer durch den vom Hochfrequenzstrom
des Kondensators erregten magnetischen Flux induziert werden, im wesentlichen eliminiert.
Es hat sich jedoch später aus langwierigen und schweren Versuchen ergeben, daß es
noch nicht genügte, bloß die magnetischen Wirkungen auf die Klammer zu eliminieren.
Da jedes magnetische Feld von einem elektrostatischen Feld begleitet ist, so führen
diese elektrostatischen Felder eine Erwärmung der dielektrischen Zwischenschichten,
insbesondere der Isolierschichten, die zwischen dem Kondensatorstapel und dem Klammermaterial
notwendigerweise angebracht waren, herbei.
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Erfindungsgemäß besteht bei einem elektrischen Kondensator sein zwischen
zwei Drückkörpern einer Preßklammer befindlicher Gesamtstapel aus mehreren parallel
oder reihenparallel geschalteten Abschnitten, die abwechselnd verschieden gerichtete.
vorzugsweise im wesentlichen entgegengerichtete Stromwege bilden. Hierdurch. wird
das magnetische Feld vollkommen eliminiert, und es hat sich. eine entschiedene Verbesserung
hinsichtlich der Wärmeverluste gezeigt. Diese wurden nämlich auf ein Zehntel oder
weniger im Vergleich zu ihrem vorigen Betrag reduziert. Dadurch wird nicht nur die
Bewältigung von höchsten Frequenzen erzielt, sondern es wird gleichzeitig auch ermöglicht,
wesentlich größere Kondensatoreinheiten zu bauen, die imstande sind, ganz gewaltige
Ströme zu bewältigen, die heutzutage in Sendestationen von hohen Leistungen benötigt
werden.
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Im nachstehenden ist der elektrische Kondensator
gemäß
der Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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In Abb. i bzw. 2 bzw. 3 ist eine Seitenansicht bei einem Vertikalschnitt
durch das Gehäuse bzw. eine perspektivische Ansicht bei einem Schnitt des Gehäuses,
gesehen von der rechten Seite der Stellung nach Abb. i, bzw. eine Draufsicht eines
Kondensators nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. 4 bzw. 5 bzw. 6 sind eine perspektivische Ansicht des inneren
Zusammenbaues ohne die Klammer bzw. eine Draufsicht mit der Klammer bzw. ein Seitenschnitt
des kompletten Kondensators in einer anderen Ausführungsform.
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Abb. 7 ist ein Diagramm, in dem schematisch die Stromrichtungen innerhalb
verschiedener Kondensatorabschnitte angedeutet sind, bei einem Kondensator mit lauter
parallel geschalteten Abschnitten.
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Abb. 8 ist ein ähnliches Schema für einen Kondensator mit Reihenparallelschaltung
der Abschnitte seines zwischen zwei Druckkörpern befindlichen Gesamtstapels für
eine höhere Spannung.
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Der in Abb. i bis 3 dargestellte Kondensator befindet sich in einem
Gehäuse i (am besten aus Metall), welches durch einen Isolierdeckel 2, z. B. aus
Glimmer, mittels anschraubbarer Flansche 3 abgeschlossen ist. Der Kondensator selbst
besteht aus abwechselnd aufeinanderfolgenden Abschnitten 7 und 14; beim gegebenen
Ausführungsbeispiel sind je zwei Abschnitte 7 und je zwei Abschnitte 14 angenommen.
Jeder dieser Abschnitte ist so ausgebildet, daß die Folienenden verschiedener Polarität
rechtwinklig zueinander orientiert sind. Bei den Abschnitten 7 sind die Folienenden
verschiedener Polarität mit 6 bzw. 8 und bei Abschnitten 14 mit 13 bzw. 15 bezeichnet.
Alle Abschnitte sind zwischen zwei Isolierblöcken 17 zusammengepreßt. An den Blöcken
17 und zwischen den einzelnen Abschnitten sind noch Trennplatten 18 aus Isoliermaterial
angeordnet. Das Ganze wird mittels einer Klemme, bestehend aus Platten oder Blöcken
i9 und 2o und Spannbolzen 21, 22 zusammengepreßt. - Die Blöcke 17 sind zweckmäßigerweise
recht stark gewählt, damit die Platten i9, 2o der Klammer nicht zu nahe an den Kondensatorkörper
kommen, und so der magnetische Flux der einzelnen Abschnitte sich besser gegenseitig
neutralisiert.
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Die Abschnitte 7 und 14 sind so gegeneinander versetzt, daß die Kondensatorströme
von zwei benachbarten Abschnitten im wesentlichen eine entgegengesetzte Richtung
haben und so in ihrer Wirkung auf die Umgebung einander aufheben. Die Abschnitte
7 sind mit ihren Folienenden 6 über die Zuleitung 5 an die Außenklemme 4 und mit
ihren Folienenden 8 über die Zuleitung 9 an das Gehäuse i angeschlossen. In ähnlicher
Weise sind die Abschnitte 14 mit ihren Folienenden 13 über die Zuleitung 12 an die
Außenklemme i i und mit ihren Folienenden 15 über die Zuleitung 16 an das Gehäuse
angeschlossen. Damit die Zuleitungen 9 und 5 an ihrem Kreuzungspunkt io einander
nicht zu nahe kommen, sind sie an dieser Stelle mit geeigneten Aussparungen versehen.
Die Stromverlaufrichtungen sind in der Abb. i für die Abschnitte ; mit dem Pfeil
23 und für die Abschnitte 14 mit dem Pfeil 24 angedeutet. Man sieht, daß die Ströme
innerhalb des ganzen Kondensators abwechselnd entgegengesetzt verlaufen, so daß
in der Umgebung des Kondensatorkörpers so gut wie kein Feld erzeugt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. .4 bis 6 ist die Anordnung ohne
weiteres verständlich, da hier die einzelnen Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet
sind wie die ähnlichen Teile des vorangehenden Ausführungsbeispiels.
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Der Unterschied besteht im wesentlichen nur darin, daß hier bei jedem
einzelnen Kondensatorabschnitt (auf der Zeichnung ist eine Ausführung mit fünf Abschnitten
7 und fünf Abschnitten 14 dargestellt) die Folien verschiedener Polarität nicht,
wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, um 9o° gegeneinander versetzt sind, sondern
in der sonst üblichen Weise um iSo°, so daß sie an den entgegengesetzten Seiten
des Stapels aus diesen herausragen. Auch hier gehören die Stromzuführungen 5 und
9 zu den Abschnitten 7 und die Stromzuführungen 24 und 16 zu den Abschnitten 14.
Zur Wahrung des nötigen Abstandes zwischen den benachbarten Zuführungen 5 und 24
sowie zwischen den benachbarten Zuführungen 9 und 12 sind sie zweckmäßigerweise
gitterartig ausgebildet. Die Stromrichtungen sind hier wiederum in der Abb. 4 und
6 für die Abschnitte 7 und ihre Zuführungen durch die Pfeile 23 und für die Abschnitte
14 und ihre Zuführungen durch die Pfeile 24 angedeutet. Man sieht, daß hier die
Ströme in den einander benachbarten Zuführungen entgegengesetzt verlaufen und auch
innerhalb des Kondensators bei jedem benachbarten Abschnittspaar eine fast vollkommen
entgegengesetzte Richtung haben.
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Der Unterschied zwischen den beiden oben beschriebenen Ausführungen
besteht im wesentlichen darin, daß beim ersten Ausführungsbeispiel in jedem Kondensatorabschnitt
die Austrittsstelle und die Eintrittsstelle des Stromes an einer und derselben Seite
der gemeinschaftlichen Klammer und beim zweiten
Ausführungsbeispiel
an verschiedenen Seiten der Klammer sich befinden.
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Aber bei beiden Ausführungen ist der gemeinschaftliche Vorteil erreicht,
daß in der Umgebung von Kondensatorabschnitten sowohl das magnetische wie das elektrostatische
Feld, das sonst in den dielektrischen Schichten, wo es verläuft, bei ganz großen
Frequenzen bedeutende Wärmeverluste verursacht, hier möglichst vollkommen eliminiert
ist.
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In der Praxis sind die Klemmen 4 und i i zweckmäßigerw.eisedurch eine
Metallbrücke 25 mit einer Stromanschlußklemme 26 verbunden, wie dies die Abb. 6
zeigt. In ähnlicher Weise kann man auch die Klemmen 4 und i i beim Kondensator nach
Abb. i bis 3 verbinden.
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Es ist noch zu bemerken, daß in den Abb. i und 6 die Zuleitungen 5
und 12 an den Außenseiten, d. h. an den voneinander abgekehrten Seiten, der Zuführungen
4 und i i angelegt sind.
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Es hat sich nämlich gezeigt. daß bei hohen Frequenzen, bei denen die
Ströme, wie bekannt, nicht auf den ganzen Querschnitt, sondern auf den Außenflächen
eines Leiters verlaufen, diese Anordnung eine viel günstigere Stromverteilung an
den und in der Nähe der Übergangsstellen ergibt, als wenn die Zuleitungen 5 und
12 an den einander zugekehrten Seiten der äußeren Stromzuführungen befestigt wären.
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In der Abb. 7 ist ein Stromverlaufsschema für einen allgemeinen Fall
gegeben, daß alle Kondensatorabschnitte elektrisch parallel verbunden sind. B bezeichnet
hier die Zuführungen der einen und T der anderen Polarität. Man sieht, daß hier,
abweichend von der üblichen Anordnung der Parallelverbindung der Abschnitte, die
Ströme in je zwei benachbarten Abschnitten umgekehrt verlaufen.
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Ein ähnliches Schema zeigt Abb. 8 für den Fall der Reihenparallelschaltung
der Abschnitte des zwischen zwei Druckkörpern befindlichen Gesamtstapels. Hier sind
gegebenenfalls vier Gruppen aus je drei in Reihe liegenden Abschnitten miteinander
parallel geschaltet. Natürlich ist es innerhalb jeder Seriengruppe schon aus Rücksicht
auf möglichst kurze und einfache Verbindungen geboten, diese so anzuordnen, daß
die Ströme innerhalb der benachbarten Abschnitte einer Seriengruppe ihre Richtung
von Abschnitt zu Abschnitt wechseln, und eine derartige Anordnung mag auch früher
bei reinen Serienkondensatoren oder bei Kondensatoren, deren zwischen zwei Druckkörpern
eingeschlossene Stapel nur aus Serienabschnitten bestehen, aus diesem Grunde getroffen
worden sein. Aber wenn die einzelnen Seriengruppen noch miteinander parallel verbunden
werden müssen, so tritt hier der besonders grundsätzliche, von der Erfindung verfolgte
Zweck klar hervor, indem bei dieser Schaltung die Anschlüsse B und
T so gegeneinander versetzt sind, daß der zur Eliminierung der magnetischen
und elektrostatischen Felder angestrebte Stromrichtungswechsel für alle Abschnitte
des Stapels durchgeführt ist.