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Hochleistungsstapelkondensator Um die Vorteile eines hochbelastbaren
Kondensators mit festem Dielekbrikum, .beispielsweise Keramik, auch zur Schaffung
großer Kapazitätswerte, die in der Regel durch Stapelung von leitenden und dielektrischen
Schichten aufeinander erreicht werden, in bestmöglicher '\ÄTeise ausnutzen zu können,
muß man für eine ausreichende Kühlung .des Stapels sorgen. Um diese Aufgabe zu lösen,
kann man verschiedene Wege einschlagen: so ist es bekannt, keramische Einzelelemente
unter Verwendung von Abstandshaltern, die einen Luftdurchtritt- zwischen den Einzelelementen
gestatten, zu einer gestapelten Baueinheit zusammenzufügen. Damit erreicht man jedoch
erfahrungsgemäß nicht die Belastbarkeit, die unter gleichen Bedingungen bei einem
Einzelelement ohne schädliche Erhitzung erzielt werden kann.
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Erst die Verwendung von Kühlplatten gewährleistet bei einem solchen
Kondensator eine ausreichende Kühlung, jedoch müssen dann andere Nachteile mit in
Kauf genommen werden. Die höhere Durchschlagsfestigkeit von festem Dielektrikum
gegenüber Luft nämlich kann nicht mehr oder bei entsprechenden Maßnahmen nur noch
beschränkt zur Ermöglichung dünner dielektrischer Schichten und damit zur Schaffung
flächenbezogen hoher Kapazitätswerte herangezogen werden, da die leitenden Kondensatorbeläge
durch die Kühlplatten verlängert in die umgebende Luft außerhalb der dielektrischen
Schichten reichen. Man
kann diesen Nachteil bis zu einem gewissen
Grad ausgleichen, etwa durch Ausbildung der einzelnen Kühlplatte als schmalrechteckige
Fahne, die mit der jeweils im Stapel nächstfolgenden kreuzförmig versetzt angeordnet
wird, so daß sich im Bereich des luftförmigen Dielektrikums keine Leiterteile mit
unterschiedlichem Potential unmittelbar gegenüberliegen; nun wird mit einer solchen
Anordnung jedoch die gestellte Aufgabe, eine bestmögliche Kühlung herbeizuführen,
infolge der einseitigen Plattenausbildung wiederum nur mangelhaft gelöst.
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Auch die Verwendung von prismatischen, beispielsweise zylindrischen
Keramikplatten i, wie sie in Abb. i und 2 dargestellt sind, führt nicht zu einer
Lösung, die als optimal angesehen werden kann. Der Sachverhalt ist durch Abb. 3
näher erläutert, wobei eine .dielekbrische Scheibe mit dem in Abb. i dargestellten
Querschnitt vorausgesetzt ist. Diese Scheibe hat dank ihrer Formgebung eine verhältnismäßig
gute. Druckfestigkeit, während- - die in Abb. 2 dargestellte Platte mit dem wulstförmigen
Überschlagsschutz sich nicht für die Übertragung von Druckspannungen, die durch
das Aneinanderpressen der dielektrischen Schichten an die Kühlplatten beim Zusammenbau
des Stapels auftreten, eignet. Die durch die Symmetrielinien 7 und .die Kühlplatte
5 begrenzte Hälfte der dielektrischen Platte i ist in ihrer Randzone querschnittmäßig
dargestellt. Die Kühlplatte 5 ist mit dem Metallbelag 2 elektrisch verbunden, und
zwar dadurch, daß der Metallbelag 2 auch auf die Fläche 4. übergreift, wodurch zwischen
5 und 2 eine direkte Kontaktverbindung herbeigeführt ist. Mit ei ist die Dielektrizitätskonstante
der Luft angedeutet. Die keramische Platte hat die wertmäßig bedeutend größere Konstante
e2. Wird eine solche Kon.densatoranordnung an eine Hochfrequenzspannung gelegt,
und diese Spannung in ihrem. Wert nach und nach erhöht, so treten, wie die Erfahrung
lehrt, zunächst an der Stelle 8 Sprüherscheinungen auf. Funkenüberschläge an dieser
Stelle sind wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß an der Randkante der dielektrischen
Platte Spalt- oder Spitzenwirkungen auftreten, die die Spannungsbelastbarkeit der
Anordnung an dieser Stelle herabsetzen.
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Das Auftreten. von Funkensprühen an dieser Stelle ist natürlich im
Betrieb unzulässig. Der Kondensator kann also nur mit einer Spannung belastet werden,
bei der ein Funkenüberschlag sicher vermieden wird. - Diese Höchstspannung liegt
weit unter derjenigen Spannung, die einen Funkenüberschlag zwischen, den Kühlplatten
innerhalb des luftförmigen Dielektrikums auslöst. Auch liegt die Spannung weit unter
derjenigen, die die dielektrische Platte innerhalb ihres dünnen mittleren Teiles
auszuhalten vermag. Im Sinne einer bestmöglichen Raumausnutzung, d.h. im Sinne der
Aufgabe, innerhalb eines gegebenen Raumes einen möglichst großen Kapazitätslvert
mit möglichst hoher Spannungsbelastbarkeit unterzubringen, weist die in Abb. 3 dargestellte
dielektrische Platte beträchtliche Nachteile. auf,--obwohl sie an. und für sich
hinsichtlich der einwandfreien Übertragung des durch die Stapelhalterung ausgelösten
von Platte zu Platte zu übertragenden Druckes befriedigende mechanische Eigenschaften
hat.
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Um die erläuterten Mängel einer Kondensatoranordnunggemäß Abb. 3 zu
beseitigen, wird durch vorliegende Erfindung eine einfache Lehre erteilt, wie man
bei mechanisch günstigster Formgebung der dielektrischen Platte das elektrische
Feld am Plattenrand doch derart beeinflussen kann, daß irgendeine Sprühgefahr am
Rande des festen Dielektrikums sicher vermieden wird. Die Erfindung betrifft die
Verwendung von dielektrischen Platten, wie sie in Abb.3 dargestellt sind, die also
auf beiden spiegelbildlich gleichen Plattengrundflächenseiten satt anhaftende, bis
zur Plattenrandkante reichende und mit den anliegenden Kühlfahnen leitend verbundene
Elektrodenbeläge tragen und ferner eine entlang von parallel zur Plattenrandkante
ansetzenden Senkungsflächen 6 verlaufende Verringerung der Plattendicke aufweisen.
Gemäß der Erfindung werden diese dielekbrischen Platten nun derart ausgebildet,
daß der Abstand der Ansatzlinie 9 der Senkungsfläche 6 von der P'lattenrandkante
8 so gering ist, daß die Spannungsbelastbarkeit am Rande der dielektrischen Platte
i mindestens gleich derjenigen ist, die die anliegenden Kühlfahnen an und für sich
im luftförmigen Dielektrikum aufweisen, d. h. also, mit der gekennzeichneten Wahl
des Abstandes d der Ansatzlinieng der Senkungsflächen6 von der Plattenrandkante
8 wird das elektrische Feld in der Nähe der Plattenrandflächen derart beeinflußt,
daß. die elektrischen Äquipotentiälflächen zwischen den Kühlflächen 5 ihren gegenseitigen
Abstand behalten, ohne zu einer Feldverdichtung zu führen, die eine Sprühgefahr
bedingt.
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Die Abb. q. erläutert ein ' Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Kondensatoranordnung. In sinngemäßer Übereinstimmung mit Abb. 3 ist
nur eine Kühlplatte 5 und der zwischen der Systemlinie 7 und der Kühlplatte 5 liegende
Randteil einer dielektrischen Platte querschnittmäßig dargestellt. Die bei der Kennzeichnung
der erfindungsgemäßen Ausführung verwendeten Bezugszeichen sind in Abb. q. eingetragen.
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Die günstige Beeinflussung des elektrischen Feldes am Plattenrand
durch Annäherung der Senkungsfläche 6 an diesen Plattenrand ist derart, daß gemäß
einem weiteren Teil der Erfindung die Plattenrandfläche 3 auch konvexartig ausgebildet
werden kann. Diese Ausführungsform besitzt noch günstigere Eigenschaften zur Übertragung
des Stapelhalterungsdruckes als eine dielektrische Platte mit prismatischen Randflächen,
wie sie z. B. in Abb. i und 3 dargestellt. sind.
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Soll zur möglichst einfachen Herstellung des dielektrischen Körpers
die bei konvexartiger Ausbildung bedingte doppelte Krümmung der Randfläche vermieden
werden, so ist es vorteilhaft, eine Form zu wählen, bei der die Randfläche der Platte
aus einem mittleren prismatischen (zylindrischen)
Mantelflächenteil
und aus einem oberen und unteren nach oben bzw. unten sich verjüngenden pyramidischen
(kegelförmigen) Mantelflächenteil besteht. Die Abb. 4 erläutert diese Ausführungsform.
Die Randfläche 3 entspricht einem mittleren prismatischen bzw. zylindrischen Mantelflächenteil
und der Randflächenteil 3' entspricht dem oberen nach oben sich verjüngenden pyramidischen
bzw. kegelförmigen Mantelflächenteil.
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Es bleibt durch Anwendung einer Maßnahme nach vorliegender Erfindung
freigestellt, die Plattendicke des Dielektrikums in der mittleren Zone der Platte
beliebig zu wählen, wie dieses durch die Maßangaben a, b, c in Abb. 4 angedeutet
ist. Entscheidender Gesichtspunkt ist lediglich, daß die Senkungsfläche 6 so weit
herabgeführt wird in der Nähe des Pla:tten@randes, daß die erwähnte Beeinflussung
des elektrischen Feldes am Plattenrand bewirkt wird.