DE965054C

DE965054C - Keramischer Kabelausgleichkondensator

Info

Publication number: DE965054C
Application number: DER3044A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Pfeiffer; Hans Rueckert; Alfons Zenger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-07-11
Filing date: 1950-07-11
Publication date: 1957-06-27

Description

Keramischer Kabelausgleichkondensator In oder an Fernkabeltelefonleitungen müssen, um gleichmäßige elektrische Eigenschaften über die ganze Leitungslänge zu erhalten, in Abständen Einfach-, Zweifach- oder Vierfachkabelausgleichkondensatoren ein- bzw. angeschaltet werden. Bekannt sind Ausgleichkondensatoren, die als Dielektrikum Papier oder Polystyrol besitzen und in Glas- oder Blechbehältern, mit Kabelvergußmasse vergossen, eingebaut werden.
Diese Kondensatoren weisen eine Reihe von Mängeln auf, die ihre Anwendung als Kabelausgleichkondensatoren entweder überhaupt beschränken, einen beträchtlichen Ausschuß verursachen oder im Betrieb zu Schwierigkeiten führen. Der Verlustfaktor der Papierkondensatoren ist so hoch, daß sich ihre Anwendung in Trägerfrequenz-Telefonieleitungen verbietet. Das Dielektrikum Polystyrol beginnt bei Temperaturen ab 7o° zu erweichen, und sein Temperaturkoeffizient ist nicht konstant und nicht reproduzierbar. Es ergeben sich daher beim Verlöten der Kabelmuffe unkontrollierbare Kapazitätsänderungen, die die Nebensprechkopplung der Leitungen stark vergrößern. Bei Zwei- und Vierfachkondensatoren sind die Teilkapazitäten bereits in der Fertigung - ganz abgesehen von den Änderungen beim Einbau und Betrieb - nur mit erheblichen Toleranzen herstellbar, da ein Feinabgleich nicht möglich ist, so daß der Ausschuß sehr hoch ist. Schließlich besitzen die gebräuchlichen Ausgleichkondensatoren verhältnismäßig große Abmessungen und haben ein erhebliches Gewicht. Diese Umstände stören eine raumsparende Montage, die zur Erzielung kleiner Zuleitungsinduktivitäten bei Verwendung der Kondensatoren im Trägerfrequenzgebiet wünschenswert ist.
Aus der Hochfrequenztechnik sind Kondensatoren mit keramischem Dielektrikum bekannt, die diese aufgezählten Mängel nicht besitzen. Als Dielektrikum kommen keramische Sondermassen zur Anwendung, mit denen man j e nach Verwendungszweck jeden gewünschten Verlustfaktor zwischen o,5 und 20 10 -4 (bei i MHz) und Temperaturkoeffizienten nach Größe und Gang einstellen und in der Fertigung einhalten kann. Die Beläge bestehen aus feuerversilberten Flächen, deren Kapazitätswert sich durch Abschleifen, Auftragen von Leitsilber oder durch automatische Markierungsverfahren mit außerordentlich geringer Toleranz bei geringem Ausschuß einstellen läßt. Im Hinblick auf thermische Beanspruchbarkeit und den reproduzierbaren Gang des Temperaturkoeffizienten sind keramische Kondensatoren allen anderen in entscheidender Weise überlegen. Durch die Wahl geeigneter hochkapazitiver Sondermassen können die räumlichen Abmessungen im Vergleich zu Polystyrolkondensatoren bis zu 75 °/o vermindert werden.
Es ist ferner bekannt, solche Kondensatoren in einen Behälter zu setzen, wobei die mit Lack oder Wachs überzogenen Kondensatoren von Luft umgeben innerhalb dieses Behälters sitzen und über Metallkappen mit den nach beiden Seiten des Behälters abgehenden Anschlußdrähten verbunden sind. Eine Benutzung solcher Kondensatoren für Kabelausgleichszwecke kommt nicht in Frage, weil einerseits die Lufteinschlüsse im Behälter je nach Luftfeuchtigkeit während der Herstellung eine Verschlechterung der elektrischen Werte zur Folge haben. Andererseits wirken sich Lufteinschlüsse auf Grund von Druck- und Temperaturunterschieden auch sprengend bei dichten Gehäusen aus. Gehen die Anschlüsse nach beiden Seiten aus dem Behälter ab, so können diese Kondensatoren in der Kabelmuffe nicht angehoben werden. Bestehen die Gefäße aus Metall, so ergeben sich schwer oder überhaupt nicht kontrollierbare Zusatzkapazitäten. Werden die Gefäße aus Glas hergestellt, so muß dieses für Ausgleichszwecke zur Schaffung der Bündelfähigkeit mit Papier umwickelt werden, wodurch sich eine Erhöhung des Herstellungsaufwandes und der Hygroskopität der Anordnung ergibt. Die erwähnten Metallkappen beeinflussen ebenfalls die Kapazitätswerte in ungünstiger Weise.
Es wurde ferner vorgeschlagen, Ausgleichkondensatoren mit einem Glasdielektrikum in luftdurchlässigen Glas- oder Metallhüllen anzuordnen, wobei die Teilkondensatoren innerhalb der Hülle wieder Luft umgibt. Es ergeben sich daher wieder ähnliche Nachteile wie bei den vorher behandelten Ausführungen. Dazu kommt, daß sich auf Grund des Glasdielektrikums Herstellungsschwierigkeiten bzw. schlechtere elektrische Werte als bei den heute kochentwickelten keramischen Kondensatoren ergeben.
Schließlich ist es auch bekannt, Wickelkondensatoren in Eisenbecher zu setzen, wobei die Innenräume ausgegossen sind. Solche Kondensatoren fallen, insbesondere im Hinblick auf die dabei benutzten Dielektriken, groß aus, und die hiermit erreichten elektrischen Werte befriedigen nicht. Das Eisengehäuse ergibt, wie bereits erwähnt, unkontrollierbare Zusatzkapazitäten.
Alle aufgezeigten Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß keramische Teilkondensatoren innerhalb einer ebenfalls keramischen Hülle angeordnet werden, welche einen keramischen Boden und einen keramischen Deckel aufweist, und daß sämtliche Hohlräume innerhalb der Hülle und der Teilkondensatoren dicht mit Vergußmasse ausgefüllt sowie sämtliche Anschlußdrähte durch den Deckel hindurchgeführt sind, wobei ihre Lage durch sie eng umschließende Öffnungen im Deckel fixiert ist. Damit wird ein Kondensator geschaffen, der sich in besonderer Weise für Kabelausgleichzwecke eignet. Die Erfindung ist besonders auch für Kondensatoren unter io pF geeignet. Selbst für kleine Kapazitäten von i bis 5 pF ergeben sich folgende elektrische Werte bei einer Meßfrequenz von i kHz: ein Isolationswiderstand von 1012 Ohm und ein Verlustwinkel unter ,0 . I0-4.
Als weiteren maßgebenden elektrischen Wert ist auf die hohe Konstanz des C-Wertes und die geringe Toleranz der Nebensprechkopplung hinzuweisen, die bei bekannten Kabelausgleichkonstruktionen nicht erreicht wird.
Die hohe Genauigkeit der Nebensprechkopplung wird durch folgende Gegenüberstellung aufgezeigt: während erfindungsgemäß Werte kleiner als 2pF ± 10/', vom Sollwert erzielt werden, betrugen sie bisher 5 pF ± 5 °/o vom Sollwert. Der Verlustwinkel ist bei 3oo kHz kleiner als i0-4, und zwar für Größen ab 2 pF. Von größter Bedeutung ist auch die Tatsache, daß die angegebenen Werte erfindungsgemäß auch noch bei 5oo kHz gewährleistet sind.
Die Verwendung der keramischen Hülle läßt unkontrollierbare Zusatzkapazitäten wegfallen. Außerdem wird die Bündelfähigkeit ohne Papierumhüllungen erzielt. Unkontrollierbare bzw. störende Zusatzkapazitäten werden auch dadurch vermieden, daß die nach einer Reihe durch den Deckel hindurchgeführten Anschlußdrähte in ihrer Lage, vorzugsweise durch sie eng umschließende Öffnungen im Deckel fixiert werden. Die nach der Erfindung geschaffenen Kondensatoren sind dazu außerordentlich klein und leicht im Verhältnis zu ihrer Leistung. Vor allem die Konstanz der Kapazität und der geringe Verlustwinkel machen diese Kondensatoren für Ausgleichszwecke bei Fernkabeltelefonleitungen besonders geeignet. Die Kondensatoren sind in einem Bereich von - 2o° bis -E- ioo° C temperaturunempfindlich und praktisch feuchtigkeitsunempfindlich. Bei den erfindungsgemäßen Kondensatoren sind Boden und Deckel mit der hülsenförmig ausgebildeten Hülle feuchtigkeitssicher verbunden, wobei die innerhalb der Hülle mit einer Feuchtigkeitsschutzmasse dicht umgebenen, nur auf einer Seite des Kondensators herausgeführten Anschlußdrähte durch den Deckel isoliert hindurchgeführt und in diesem feuchtigkeits- und zugsicher befestigt sind. Werden die Anschlußdrähte in der angegebenen Art mit Feuchtigkeitsschutzmasse umgeben, so ergibt sich eine feuchtigkeitssichere Abkapselung gegenüber der Umgebung. Es wird daher von den empfindlichen Teilen des Kondensators die Feuchtigkeit abgehalten, die durch Kapillarwirkung innerhalb der Spinnstoffisolation der Drähte eindringen könnte.
Vierfachkondensatoren werden gemäß der Erfindung zweckmäßig in der Weise ausgeführt, daß zwei keramische Röhrchen etwa gleichachsig hintereinander angeordnet sind, von denen jedes einen durchgehenden Innenbelag sowie zwei untereinander und gegen den Innenbelag isolierte, durch Einbrennen von Silber gebildete Kapazitätsbeläge besitzt, wobei die Kondensatoren im Ring geschaltet sind. Die Anordnung kann auch in der Weise getroffen sein, daß zwei keramische Röhrchen nebeneinander angeordnet sind, von denen jedes einen durchgehenden Innenbelag sowie zwei untereinander und gegen den Innenbelag isolierte, durch Einbrennen von Silber gebildete Kapazitätsbeläge besitzt, wobei die Kondensatoren ebenfalls im Ring geschaltet sind. Schließlich ist es auch möglich, bei einem Kondensator, insbesondere einem Vierfachkabelausgleichkondensator für höhere Kapazität, vier Gruppen aus zwei oder mehreren Belägen derart im Ring zu schalten, daß zweimal zwei Gruppen mit dem Innenbelag und im Wechsel zweimal zwei Gruppen mit dem Außenbelag verbunden sind.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen von Kondensatoren nach der Erfindung beispielsweise in Längs- und Querschnitten dargestellt.
Abb. i zeigt einen Einfachkondensator. Die Zuleitungsdrähte i sind einmal am Innenbelag 8 im Kondensatorröhrchen 7 und einmal am Außenbelag 6 angelötet. Diese Drähte sind durch Öffnungen des keramischen Deckels 3 hindurchgeführt, welche die Drähte eng umschließen und daher in der Lage sichern.
Der Abschluß 9 des Behälters 4 kann durch einen Isolierpfropfen erfolgen, oder man kann auch ein geschlossenes Keramikrohr verwenden.
Abb. 2 zeigt einen Zweifachkondensator. Der obere Kondensator hat einen nach außen geführten Innenbelag 81. Beim unteren Kondensator ist der Innenbelag 82 bis an den unteren Rand herangezogen, um das Anlöten eines Drahtes i2 zu ermöglichen. Die beiden Kondensatoren haben untereinander keine leitende Verbindung. Der Abschluß 9 des unteren Endes des Behälters 4 kann, wie bei der Abb. i, verschieden gewählt werden.
Abb.3 zeigt einen Vierfachkondensator, bei dem jeweils zwei Kapazitätspaare auf getrennten Keramikröhrchen 7 übereinander angeordnet sind. Der Schaltdraht verbindet die Innen- und Außenbeläge wechselseitig so, daß eine Kapazitätsbrücke entsteht. Die Innenbeläge 81,2 und 83,4 sind jeweils für die Außenbeläge 61, 62 bzw. 63 und 64 die zugehörigen wirksamen Beläge. Der Abschluß 9 kann wie vorhin verschieden ausgeführt sein.
Abb.4 zeigt einen Vierfachkondensator, bei dem zwei Kondensatorröhrchen mit j e zwei Teilkapazitäten nebeneinander angeordnet sind. Die Außenbeläge sind paarweise miteinander verbunden, so daß eine Kapazitätsbrücke mit vier Kondensatoren in Ringschaltung entsteht. Die Innenbeläge 81,2 bzw. 83,4 stehen den Außenbelägen 61, 62, 63 und 64 gegenüber. Der untere Abschluß 9 kann wie vorhin verschieden gewählt werden.
Abb.5 zeigt einen Vierfachkondensator, bei dem vier Einzelkondensatoren in Ringschaltung vorliegen. Die Außenbeläge sind durch einen keramischen Kreuzteil io getrennt und isoliert. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, werden die Innenbeläge 81 und 83 sowie 84 und 82 verbunden. Zwei Anschlußdrähte i werden an die innere Leitungsbrücke, und zwei an die äußere angeschlossen. Der untere Abschluß 9 kann in verschiedener Weise ausgeführt werden, wie bereits oben erwähnt wurde.

Claims

PATENTAS SPROGHE. i. Kabelausgleichkondensator mit einer feuchtigkeitsdichten Isolierhülle unddarin angeordneten, mit Anschlußdrähten versehenen Teilkondensatoren, die in Isoliermaterial eingegossen sind und deren Einzeldrähte getrennt durch die Isolierhülle herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an Teilkondensatoren mit einem keramischen Dielektrikum, insbesondere in Röhrenform, angeschlossenen Drähte aus der keramischen Isolierhülle einzeln und nur an einem Hüllenende durch den mit der Hülle feuchtigkeitsdicht verbundenen keramischen Hüllendeckel isoliert und feuchtigkeitsdicht herausgeführt und unverschieblich, vorzugsweise durch sie eng umschließende Öffnungen im Deckel, befestigt sind und sämtliche Hohlräum3 nicht nur zwischen den Teilkondensatoren und der Hülle, sondern auch in den Teilkondensatoren dicht mit Vergußmasse ausgefüllt sind.
2. Vierfachkondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei keramische Röhrchen etwa gleichachsig hintereinander angeordnet sind, von denen jedes einen durchgehenden Innenbelag sowie zwei untereinander und gegen den Innenbelag isolierte, durch Einbrennen von Silber gebildete Kapazitätsbeläge besitzt, wobei die Kondensatoren im Ring geschaltet sind (Abb. 3).
3. Vierfachkondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei keramische Röhrchen nebeneinander angeordnet sind, von denen jedes einen durchgehenden Innenbelag sowie zwei untereinander und gegen den Innenbelag isolierte, durch Einbrennen von Silber gebildete Kapazitätsbeläge besitzt, wobei die Kondensatoren im Ring geschaltet sind (Abb. 4).
4. Vierfach-KabelausgleichkondensatornachAnspruch i mit höherer Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß vier Gruppen aus zwei oder mehreren Belägen derart im Ring geschaltet sind, daß zweimal zwei Gruppen mit dem Innenbelag und im Wechsel zweimal zwei Gruppen mit dem Außenbelag verbunden sind (Abb. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 723 644, 698 866; schweizerische Patentschriften Nr. 74 278, 256 683; britische Patentschrift Nr. 463 679; deutsches Gebrauchsmuster Nr. i 6o8 466; Buch von Nottebrock, ,Bauelemente der Nachrichtentechnika, Teil I "Kondensatoren" Ausg. 1949; Buch von G. Straimer, »Der Kondensator in der Fernmeldetechnik«, Hirzel-Verlag, Leipzig 1939, S. 172 bis i79.