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Die
Erfindung bezieht sich auf einen innen gesicherten Kondensator.
Ein innen gesicherter Kondensator umfasst eine oder mehrere Sicherungen
innerhalb des Kondensatorgehäuses.
Die Sicherungen schützen
Kondensatorelemente vor Überstromzuständen, die
in der Freigabe von expandierenden Gasen resultieren können, was
das Gehäuse
und die Kondensatorelemente schädigen
könnte.
Eine typische Sicherungsanordnung verwendet einen kleinen leitenden
Draht, der sich in Reaktion auf einen erhöhten elektrischen Strom zersetzt.
Die Sicherung kann zwischen Kraftpapier oder Platten eingespannt
sein, welche zwischen den Kondensatorelementen eingebracht sind.
Typischerweise ist ein Ende der Sicherung mit einem metallisch leitenden
Folienende eines Kondensatorelementes verlötet und das andere Ende der
Sicherung ist mit einem metallischen Kollektorbus verlötet.
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Wenn
ein Kondensatorelement ausfällt,
erzeugt das Element einen Kurzschluss, durch welchen Energie, die
in den Kondensatorelementen gespeichert ist, die parallel mit dem
ausgefallenen Kondensatorelement verbunden sind, sich entladen kann.
Die Sicherung zersetzt sich in Reaktion auf den erhöhten Strom,
der von dieser Entladung resultiert, was die elektrische Verbindung
zwischen dem ausgefallenen Element und dem Kollektorbus unterbricht.
Mit dem ausgefallenen Element, das damit aus dem Stromkreis entfernt
wird, kann der Kondensator fortfahren, unter Verwendung der verbleibenden
Elemente zu arbeiten, bis genug Elemente ausfallen, um eine Überspannung
oder Ungleichgewichtszustände
hervorzurufen, die die festgelegten Schutzniveaus überschreiten.
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Gemäß der
US 4,442,473 ist ein innen
gesicherter Kondensator vorgesehen, welcher aufweist:
ein Kondensatorgehäuse;
wenigstens
ein Kondensatorelement, das in dem Gehäuse positioniert ist und ein
erstes herausragendes Folienende hat; und
wenigstens eine Sicherungsanordnung,
die in dem Gehäuse
positioniert ist und einen Sicherungsdraht aufweist, der mit dem
ersten herausragenden Folienende verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsdraht
mit dem ersten herausragenden Folienende durch eine Klemmverbindung
verbunden ist.
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Gemäß eines
zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Herstellen eines innen gesicherten Kondensators vorgesehen, wobei
das Verfahren aufweist:
Vorsehen eines Kondensatorgehäuses;
Vorsehen
wenigstens eines Kondensatormoduls, das Kondensatorelemente aufweist,
wobei jedes Kondensatorelement ein erstes herausragendes Folienende
an einem ersten Ende und ein zweites herausragendes Folienende an
einem zweiten Ende aufweist;
Vorsehen wenigstens einer Sicherungsanordnung, welche
einen Sicherungsdraht aufweist; und
Verbinden eines ersten
Endes des Sicherungsdrahtes mit dem ersten herausragenden Folienende;
und
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verbindung
eine Klemmverbindung ist.
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Ausführungsformen
können
eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Beispielsweise
kann der innen gesicherte Kondensator weiterhin wenigstens eine
Sicherungskarte umfassen, die in dem Gehäuse positioniert ist und eine
Basis mit Barrieren umfasst, die sich von der Basis erstrecken und
Kanäle
definieren. Die Sicherungsanordnungen sind in den Kanälen positioniert.
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Die
Klemmverbindung kann eine mechanische Klemme zwischen einer Klemmenplatte
und dem Sicherungsdraht an dem ersten herausragenden Folienende
umfassen. Die Klemmenplatte hat ein Paar von Flächen, die gegen das erste herausragende
Folienende gedrückt
werden können.
Die Klemmenplatte kann eine Anschlusshülse umfassen, wobei der Sicherungsdraht
in der Anschlusshülse
geklemmt ist.
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Der
Sicherungsdraht kann entlang eines Bereiches seiner Länge in einer
Sicherungsröhre
eingeschlossen sein, welche dazu dienen kann, die Bogenentladung,
die durch die Zersetzung des Drahtes erzeugt wird, löschen zu
helfen. Die Sicherungsröhre kann
auch die Durchbruchenergie absorbieren und die Durchbruchprodukte
weg von den Kondensatorelementen leiten.
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Der
innen gesicherte Kondensator kann weiterhin einen Anschluss umfassen,
der sich von dem Gehäuse
erstreckt, und einen Anschlussdraht, der zwischen den Anschluss
und ein zweites herausragendes Folienende eines Kondensatorelementes durch
eine Klemmverbindung gekoppelt ist.
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Der
innen gesicherte Kondensator kann weiterhin ein zweites Kondensatormodul
und Sicherungsanordnungen aufweisen, die in dem Gehäuse positioniert
sind. Das zweite Kondensatormodul umfasst Kondensatorelemente, von
denen jedes erste und zweite herausragende Folienenden aufweist.
Jeder Sicherungsdraht ist an einem ersten Ende mit dem ersten herausragenden
Folienende durch eine Klemmverbindung verbunden. Der innen gesicherte Kondensator
kann weiter erste und zweite Sicherungskarten aufweisen, von welchen
jede eine Basis mit Barrieren aufweist, die aus der Basis ragen
und Kanäle
definieren. Jede Sicherungsanordnung ist in einem Kanal angeordnet.
Der innen gesicherte Kondensator kann weiter einen Überbrückungsanschluss aufweisen,
der an einem ersten Ende mit einem ersten Sicherungsdrahtknoten
des ersten Kondensatormoduls und an einem zweiten Ende mit einem
zweiten herausragenden Folienende des zweiten Kondensatormoduls
verbunden ist.
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Der
innen gesicherte Kondensator kann weiterhin einen Überbrückungsanschluss
aufweisen, der an einem ersten Ende mit einem ersten Sicherungsdrahtknoten
des ersten Kondensatormoduls und an einem zweiten Ende mit einem
zweiten Sicherungsdrahtknoten des zweiten Kondensatormoduls verbunden
ist. Der erste Sicherungsdrahtknoten weist eine elektrische Verbindung
durch Sicherungen zu den ersten herausragenden Folienenden der Kondensatorelemente
des ersten Kondensatormoduls auf. Der zweite Sicherungsdrahtknoten
weist eine elektrische Verbindung durch Sicherungen zu den zweiten
herausragenden Folienenden der Kondensatorelemente des zweiten Kondensatormoduls
auf.
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Die
Sicherungskarten umfassen ein dielektrisches Isoliermaterial, wie
zum Beispiel Polypropylen. Die Sicherungsröhre kann aus einem isolierenden Material,
wie zum Beispiel Silikongummi, hergestellt sein.
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Der
innen gesicherte Kondensator bietet beträchtliche Vorteile. Zum Beispiel
klemmen herkömmliche
innen gesicherte Kondensatoren die Sicherung zwischen unter Spannung
stehenden Trennelementen aus dielektrischem Kraftpapier ein. Das Papier
kann einfach durch mechanische Kräfte beschädigt werden, die erzeugt werden,
wenn ein Element ausfällt.
Als Konsequenz kann ein Kondensatorelementausfall eine benachbarte
Sicherung schädigen,
die ein angrenzendes und funktionierendes Kondensatorelement schützt. Dies
kann in dem vorzeitigen Entfernen eines intakten Elementes resultieren.
Dies kann auch ein Unter-Strom-Setzen
eines vorher isolierten ausgefallenen Elementes ermöglichen,
was zu einem Kondensatorfehler führen
kann, welcher das Kondensatorgehäuse
zerreißt.
Ein Platzieren der Sicherungen in einzelnen Röhren und ein Platzieren der
Röhren
in Kanälen
in einer Sicherungskarte hilft, es abzusichern, dass der Betrieb
einer Sicherung nicht angrenzende Elemente in Mitleidenschaft zieht.
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Der
innen gesicherte Kondensator verhindert auch die Erzeugung von überhöhtem Gas
und Rückständen, die
mit einem Zersetzen einer Sicherung in der Nähe von Kraftpapier verbunden
sind, was Isolatormaterialien und dielektrische Flüssigkeit
in dem Kondensatorgehäuse
verschmutzen kann. Wenn das Gas und die Rückstände absorbiert werden und durch
die verbleibenden intakten Abschnitte des Kondensators wieder verteilt
werden, zum Beispiel in der dielektrischen Flüssigkeit, kann die Unversehrtheit
der verbleibenden Elemente in Gefahr gebracht werden.
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Speziell
das Verwenden eines Klemmens anstelle eines herkömmlichen Verlötens schützt die dielektrischen
Materialien, die aus Polymeren hergestellt sind, wie zum Beispiel
Polypropylen, welche durch die Hitze beschädigt werden können, die
während
eines Verlötens
erzeugt wird. Das Klemmen bietet auch den beträchtlichen Vorteil des Vorsehens
einer Verbindung, die leicht für
Qualitätssicherheitszwecke
inspiziert werden kann. Durch das Vorsehen von reproduzierbaren,
hochqualitativen Klemmverbindungen kann der elektrische Verlust
durch die Verbindungen reduziert werden, was Kosteneinsparungen
durch die Benutzer ermöglicht.
Zusätzlich
wird durch Reduzieren des elektrischen Verlustes durch die Verbindungen
das damit verbundene resistive Aufheizen reduziert, wodurch schädigende
Wärmeeffekte
auf die innere Struktur des Kondensators reduziert werden.
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Andere
Eigenschaften und Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung,
einschließlich
der Zeichnungen, und aus den Ansprüchen ersichtlich.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines innen gesicherten Kondensators.
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2 ist
ein Schaltplan des innen gesicherten Kondensators von 1.
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3 ist
eine perspektivische Darstellung eines Kondensatorelementes.
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4 ist
eine perspektivische Darstellung des Kondensatorelementes von 3 mit
herausragenden Folienenden.
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5 ist
eine Seitenansicht einer Sicherungsanordnung des innen gesicherten
Kondensators von 1.
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6 ist
eine Seitenansicht eines einzelnen Kondensatorelementes des innen
gesicherten Kondensators von 1.
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Die 7 und 8 sind
perspektivische Ansichten von Klemmenplatten, die mit Leitungen durch
Anschlusshülsen
verbunden sind.
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Die 9 bis 12 sind
verschiedene Ansichten einer Sicherungskarte des innen gesicherten Kondensators
von 1.
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13 ist
eine Draufsicht eines Bereiches eines innen gesicherten Kondensators
mit mechanisch geklemmten Verbindungen.
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14 ist
eine Draufsicht eines innen gesicherten Kondensators mit mehreren
Kondensatorelementen mit mechanisch geklemmten Verbindungen und
einer Sicherungskarte.
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BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend
auf 1 kann ein innen gesicherter Kondensator 5 drei
Kondensatormodule 10, 12, 14 in einem
Kondensatorgehäuse 15 aufweisen. Ein
Paar von Anschlüssen 20, 22 ist
elektrisch mit den Kondensatormodulen 10, 12, 14 durch
Anschlussdrähte 25, 27 verbunden,
die mit Anschlussknoten 30 bzw. 32 verbunden sind.
Speziell ist der Anschluss 22 durch den Anschlussdraht 25 mit
dem Anschlussknoten 30 an einem ersten Ende des Kondensatormoduls 10 verbunden,
während
der Anschluss 20 durch den Anschlussdraht 27 mit
dem Anschlussknoten 32 an einem ersten Ende des Kondensatormoduls 14 verbunden
ist. Ein Entladewiderstand (nicht gezeigt) kann auch zwischen die
Anschlussdrähte 25 und 27 gekoppelt
sein. Ein zweites Ende des Kondensatormoduls 10 ist ein
erster allgemeiner Sicherungsdrahtknoten 35, welcher mit
einem zweiten allgemeinen Sicherungsdrahtknoten 40 an einem
zweiten Ende des Kondensatormoduls 12 verbunden ist. Ein
erstes Ende des Kondensatormoduls 12 ist mit einem dritten
allgemeinen Sicherungsdrahtknoten 45 an einem zweiten Ende
des Kondensatormoduls 14 verbunden. Das Kondensatorgehäuse 15 ist
mit einer dielektrischen Flüssigkeit
gefüllt, die
die Kondensatormodule 10, 12, 14 umgibt.
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Auch
im Hinblick auf 2 weist jedes der Kondensatormodule 10, 12 und 14 mehrere
Kondensatorelemente 50 auf, die in Reihe mit zugehörigen Sicherungen 55 verbunden
sind und parallel mit anderen Kondensatorelementen 50 und
ihren zugehörigen
Sicherungen 55 verbunden sind. Wie gezeigt, sind die Kondensatormodule 10, 12, 14 in
Reihe angeordnet.
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Die
Sicherungen 55 sind dünne
elektrisch leitfähige
Drähte,
welche sich in Reaktion auf einen erhöhten Strom zersetzen. Zum Beispiel,
wenn ein Kondensatorelement 50 ausfällt und einen Kurzschluss erzeugt,
entlädt
sich die Energie, die in anderen Kondensatorelementen 50 gespeichert
ist, die parallel zu dem ausgefallenen Kondensatorelement mit diesem
verbunden sind, durch den Kurzschluss, was einen überhöhten Strom
erzeugt. Der überhöhte Strom,
der durch die Sicherung 55 hindurchgeht, bewirkt, dass
sich diese zersetzt, wodurch die elektrische Verbindung zu dem ausgefallenen
Kondensatorelement unterbrochen wird. Die unterbrochene elektrische
Verbindung entfernt das ausgefallene Element aus dem Stromkreis,
so dass der Kondensator unter Verwendung der verbleibenden Elemente weiter
arbeiten kann, bis genügend
Elemente ausfallen, um eine Überspannung
oder Ungleichgewichtszustände
zu erzeugen, die festgesetzte Schutzniveaus übersteigen.
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Im
Hinblick auf 3 kann ein Kondensatorelement 50 durch
Wickeln von zwei leitfähigen
Folienblättern 57, 59 und
zwei isolierenden Lagen 60, 65 ausgebildet werden,
die zum Beispiel aus einem Polypropylenfilm ausgebildet sind. Die
leitfähigen
Folienblätter 57 und 59 sind
lateral versetzt und durch die Isolierlage 60 getrennt.
Dadurch wird sich, wenn das Kondensatorelement 50 gewickelt
ist, das leitfähige Folienblatt 57 von
einem ersten Ende 70 erstrecken und das leitfähige Folienblatt 59 wird
sich von einem zweiten Ende 75 erstrecken.
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Die
zweite Isolierlage 65 ist entgegen dem zweiten leitfähigen Folienblatt 59 auf
der Oberfläche gegenüber der
Oberfläche
platziert, gegen welche die erste Isolierlage 60 platziert
ist. Auf diese Weise sind die leitfähigen Folienblätter 57 und 59 voneinander
elektrisch isoliert.
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Im
Hinblick auf 4 ist, nachdem die Blätter gewickelt
sind, das Element 50 abgeflacht. Dann wird das erste Ende 70 gedrückt, um
ein erstes herausragendes Folienende 80 auszubilden, und
das zweite Ende 75 wird gedrückt, um ein zweites herausragendes
Folienende 85 auszubilden.
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Im
Hinblick auf 1 weist der innen gesicherte
Kondensator 5 einzelne Sicherungen 55 auf, die
auf Sicherungskarten 105 positioniert sind. Im Hinblick
auf die 5 und 6 weist
jede Sicherung 55 einen Sicherungsdraht 110 auf,
der sich durch eine Sicherungsröhre 115 erstreckt.
Die Sicherungsröhre 115 ist
aus einem Polymer, wie zum Beispiel Silikongummi, hergestellt. Ein
Sicherungsleiter 120 erstreckt sich von einem ersten Ende 125 der
Sicherungsröhre 115 und
ist in einer Anschlusshülse 127 einer
Klemmenplatte 130 mit einem ersten herausragenden Folienende 80 eines
Kondensatorelementes 50 geklemmt.
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Ein
gegenüberliegendes
Ende 135 des Sicherungsdrahtes 110 erstreckt sich
von einem zweiten Ende 140 der Sicherungsröhre 115.
Gegenüberliegende
Enden 135 der Sicherungsdrähte 110 aller Sicherungen
auf einer ersten Sicherungskarte sind miteinander verdrillt, um
einen gemeinsamen Knoten 35 auszubilden. Der Knoten 35 ist
mit einem ersten Ende 145 eines Überbrückungsleiters 150 und
einem ersten Entladewiderstand 155 durch eine Anschlusshülse 160 verbunden.
Ein zweites Ende 165 des Überbrückungsleiters 150 ist
mit einem zweiten Entladewiderstand 175 und durch eine
zweite Anschlusshülse 178 mit
einem zweiten Knoten 40 verbunden. Der zweite Knoten 40 ist
durch ein Miteinanderverdrillen der gegenüberliegenden Enden 135 der Sicherungsdrähte 110 für alle Sicherungen
auf einer zweiten Karte ausgebildet.
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Ein
dritter Knoten 45 ist durch ein Miteinanderverdrillen des
gegenüberliegenden
Endes 135 der Sicherungsdrähte 110 für alle Sicherungen
auf einer dritten Karte ausgebildet. Der dritte Knoten 45 ist
mit einem Entladewiderstand 185 und einem zweiten Überbrückungsleiter 187 mit
einer dritten Anschlusshülse 189 verbunden.
Der Überbrückungsleiter 187 ist
an seinem gegenüberliegenden
Ende mit einem einzelnen zweiten herausragenden Folienende 85 verbunden.
Die Verbindung zwischen dem Überbrückungsleiter 187 und
dem einzelnen zweiten herausragenden Folienende 85 ist
unter Verwendung einer Platte hergestellt, die mechanisch um das
Ende 85 gedrückt
ist, um eine lotlose elektrische Verbindung auszubilden.
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Im
Hinblick auf die 7 und 8 ist ein Überbrückungsleiter 187 an
den Knoten 85 in die Anschlusshülse 127 gedrückt, welche
an einer Klemmenplatte 130 montiert ist. Die Klemmenplatte 130 besitzt
ein Paar von Flächen 192 mit
allgemein runden Auskragungen 193. Die Flächen 192 sind
an Achsen 194 verbunden und können zusammengedrückt werden,
so dass die Flächen 192 in
parallelen Ebenen benachbart sind. Wein 8 gezeigt,
kann ein Folienende, wie zum Beispiel das Folienende 85, zwischen
den Flächen 192 platziert
werden und die Flächen
können
gegen es gedrückt
werden. Die Auskragungen 193 stellen eine feste Befestigung
der Platte 130 an dem Folienende 85 zur Verfügung.
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Jede
der Anschlussleitungen 20, 22 des Kondensators 5 ist
mit einzelnen herausragenden Folienenden 85 verbunden,
die sich an gegenüberliegenden
Enden des innen gesicherten Kondensators 5 befinden. Diese
Verbindungen sind unter Verwendung von Klemmenplatten 130 hergestellt,
die mechanisch um das Folienende 85 gedrückt sind
und mit Anschlusshülsen 127 an
die Überbrückungsleiter 187 gedrückt sind.
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Im
Hinblick auf die 9 bis 12 weist die
Sicherungskarte 105 eine Basis 200 und Barrieren 205 auf,
die Kanäle 210 trennen.
Die Barrieren 205 ragen von der Basis 200 auf
und definieren die Kanäle 210.
Der Platz zwischen den Barrieren ist ausgewählt, um einzelne Sicherungsanordnungen 100 in
den Kanälen 210 abzusichern.
Die Sicherungsanordnungen 100 sind in den Kanälen 210 so positioniert,
dass sich die Sicherungsleiter 120 von den ersten Enden 215 der
Kanäle 210 erstrecken
und sich die gegenüberliegenden
Enden 135 von den zweiten Enden 220 der Kanäle erstrecken.
Wie es im größeren Detail
in 9 gezeigt ist, ist ein zweiter Kanal 225 senkrecht
zu den Kanälen 210 vorgesehen
und erstreckt sich durch die Länge
der Sicherungskarte 105.
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Die
Sicherungskarte 105 ist aus einem Material wie zum Beispiel
Polypropylen hergestellt, das eine mechanische Festigkeit zur Verfügung stellt,
um eine Schädigung
benachbarter Sicherungsanordnungen 100 zu verhindern, die
auftreten kann, wenn ein Element ausfällt.
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Obwohl
die Sicherungskarte 105 etwa 24 Kanäle 210 beinhaltet,
kann sie modifiziert werden, um mehr oder weniger Kanäle 210 in
Abhängigkeit
von dem Design des Kondensators zu beinhalten, in welchem sie eingesetzt
werden wird. Durch das Vorsehen von Sicherungskarten mit verschiedenen
Anzahlen von Kanälen 210 kann
die Anordnung des Kondensators auf einem modularen Ansatz basieren,
in welchem die Sicherungsanordnungen 100 in einer speziellen
Sicherungskarte 105 platziert werden, deren Größe an eine
spezielle Anwendung angepasst ist. Die Sicherungskarte 105 kann
dann zu einem geeigneten Ort auf dem Herstellungsfließband transportiert
werden, um in den Kondensator eingebracht zu werden.
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Im
Hinblick auf 13 weist der innen gesicherte
Kondensator 5 einen Anschlussdraht 25 auf, der
mit einem Kondensatorelement 40 an einem herausragenden
Folienende 85 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem
Anschlussdraht 25 und dem herausragenden Folienende 85 wird
durch ein Klemmen des Drahtes in der Anschlusshülse 127, ein Platzieren
der gegenüberliegenden
Flächen 192 auf
gegenüberliegenden
Seiten des Endes 85, so dass die Achse 194 gegen
das Ende 85 angrenzt, und ein mechanisches Klemmen der
Flächen
um das Ende hergestellt, um eine lotlose elektrische Verbindung
auszubilden. Der innen gesicherte Kondensator 5 kann viele
Kondensatormodule 10 und Kondensatorelemente 50 aufweisen,
obwohl hier nur typischerweise zwei Anschlussdrähte und Anschlüsse 25, 27 bzw. 20, 22 sind.
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Im
Hinblick auf 14 ist in einem zusammengebauten
Kondensator 5 die Sicherungskarte 105 an den Elementen 50 so
platziert, dass die Basis 200 zwischen den Elementen 50 und
den Kanälen 210 positioniert
ist. Die Sicherungsleiter 120 sind mit Klemmenplatten 130 an
die ersten herausragenden Folienenden 80 geklemmt, um ein
lotlose elektrische Verbindung auszubilden. Die Sicherungskarte 105 und
die Elemente 50 sind in einem Kondensatorgehäuse 15 platziert
und ein Vakuum ist angelegt, um Feuchtigkeit herauszuziehen, bevor
die Elemente 50 und die Sicherungskarte 105 mit
einer dielektrischen Flüssigkeit
imprägniert
werden.
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Andere
Ausführungsformen
sind innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche. Zum Beispiel können die
Kondensatormodule 10 in ihrer Anzahl innerhalb des innen
gesicherten Kondensators 5 variieren. Zusätzlich können die
Kondensatorelemente parallel angeordnet sein und in ihrer Anzahl
innerhalb des Designs variieren.