DE1764861C3 - Kapazitives Netzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein siirnkontak-

tiertes kapazitives Netzwerk, bei dem ein versetzt übereinanderliegende Beläge und Dielektrikumsschichten enthaltender Schicht- oder Stapelkondensator durch Einschnitte in mehrere elektrisch leitend verbundene Teilkonde.tsatoren aufgeteilt ist. Unter Pelzwerk versieht man eine Zusammenschaltung von passiven Zweipolen (Ohmschen Widerständen, Kapazitäten, Induktivitäten), Dreipolen (Trioden) und Vierpolen (Maschenentkopplern) u. dgl. Unter einem kapazitiven Netzwerk soll demnach die Zusammen-

schaltung von Kapazitäten verstanden werden.

Ein derartiges Netzwerk rt aus der schweizerischen Patentschrift 22° 055 bekannt. Es besteht aus mehreren parallelgesehalleten Kondensatoren und wird dort als »entkoppelter Kondensator« bezeichnet.

Durch die Einschnitte in den Kondensator soll der Widerstand eines regenerierfähigen Kondensatorbelaues erhöht vveulen. Eine wählbare Verschaltung von Teilkondeusaiorcn ist bei einem Aufbau gemäß der genannten Patentschrift nicht möglich.

Aus der USA.-Patentschrift 3 235 939 ist genial.'. den Fig. Il bis l(i ein auf der Basis eines Keramikkondensator* aufgebautes kapazitives Netzwerk bekannt. Dieses ist durch das Aufdrucken verschieden geformter Belagsbereiche auf Keramikplatten, die anschließend genau übereinanderliegend gestapelt werden müssen, hergestellt, erfordert also einen großen Aufwand bei der Herstellung.

Aus der USA.-Patentschrift 3 304 475 ist ein Keramikkondensator mit einer inneren Hintereinandeischaltung von Teilkondensatoren aus Fig.fi bekannt, bei dem die Beläge durch Isolierstreifen aufgeteilt sind und übereinanderliegende Belagsteile i.lit unterschiedlichem Potential sich überdecken. Auch ein derartiger Kondensator stellt einen Spezialfall eines kapazitiven Netzwerkes dar. Er läßt sich jedoch ebenfalls nur mit großem Aufwand herstellen, da jede der Belagsllächen auf jedem einzelnen Kondensatorplätlchcn für sich hergestellt werden muß.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestellt darin, das oben beschriebene kapazitive Netzwerk so auszubilden, daß jeder der Teilkondensatoren für sich kdiitaktiert werden kann, und dadurch eine wählbare Verschaltung von einseilig miteinander verbundenen Teilkondensatoren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird edindimustiemüß dadurch gelöst, (.laß die Einschnitte quer zu den Seiten verlaufen. »11 denen der eine Behm über den anderen Belag vorsteht, daß sie sich mindestens über die gesamte Breite des Obcrdeckungshcreiches der gegenpoligen Beläge erstrecken und daß ausgewählte, der gewünschten Schaltung entsprechende Belagsrandbereiche mit Anschlüssen versehen sind.

Die Erfindung weist einen Weg. wie sich aiii engstem Raum ein kapazitives Netzwerk unterbringen läßt. Mit Hilfe der Erfindung lassen sich Reihenschaltungen einer großen Anz.ahl '.on Kapazitäten für hohe Gleich- oder Wechselspannungen erzielen.

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Gleichfalls können Parallelschaltungen von Kapazitäten hergestellt werden. Es lassen sich Zusammen-,.chaltungen von Kondensatoren, welche zu EM-störungszwecken, zum Berührungsschutz, zu MeIizwcckcn, zur kapazitiven Spannungsteilung u. dgl, dienen, auf engstem Raum, d. h. in einem einzigen Bauelementkörper, unterbringen. Mit Hilfe des kapazitiven Netzwerkes lassen sich auch komplizierte Schaltungseinheitcn einfach aufbauen, indem

beispielswete die Anschlußelemente der Teilkapazi- 10 Beläge können zur täten über Widerstände, Induktivitäten u dgl. mit- gennnWn Bela»e einander verbunden werden. Das in einem einzigen sei Bauelemenlekörper untergebrachte Netzwerk läßt sich leicht in Schaltungen, insbesondere in gedruckten

Schaltungen, einbauen, Es kann ohne weiteres so 15 sam le Brute aes κ hergestellt werden, daß es in stehender Montage aiii >—<- ^r Bei einer Leitungsplatte mh einem Lochraster für die

5. 7, », 11 und 13 sind Si schematisch dargestellt. Das UWWWu₁₁M₁HWBw₁M- Dielektrikum « liehen Darstellung wegen nicht ei Betaue sind in den Figuren zueinander . -. _ geordnet und können dabei selbständige MUa folien oder auf ein Dielektrikum*«n* ?■ *· duruh Aufdampfen, aufmetailisierte MctaHschu-hun. /. B-¹ Zusätzlich zur Versetzung eier verbesserten Isolierung der ge metallfreie Ränder vorgesehen 2 überdecken sich in dem die Die Einüber die ge-

samie «reite uc, ^- ^^^.°^£fi£ bcreiches der Beläge. Durch d.e Einschn. te w>■ den die für das Netzwerk notwendigen Te'lk?pazi

^sct/lu\ erstreck

Anschlulidrähte aufgesetzt und angelötet werden

Zur Herstellung des Ausgangskondensators können *n ringer bekannte Verfahren zur Anwendung kommen. So erstre ist es beispielsweise aus der deutschen Patentschrift sich c 8⁽.'2 321 bekannt, aus einem Multerko;.densator die gewünschten Teilkapazitäten herauszuschneiden. Es kann dabei der Mutterkondensator als Wickelkörper "-δ mit großem Innendurchmesser auf einer Trommel oder Scheibe hergestellt sein. Der Mutterkondcnsa'.or wird dabei so hergestellt, daß gegenpolige bzw. benachbarte Beläge, welche p.'generierfähig dünn oder selbständige Belagfolien sein können, ab- 30 Verbindung wechselnd an sich gegenüberliegenden Seitenflächen schlußdrähten überstehen. Bei einem Mutterwickel stehen dabei oder

den die tür aas inuuwu-in uui>._b..w._b-.. täten aus dem Ausgangskondensator hergestellt. Die können sich dabei auch um einen geag über die Überdeckungsbreite hinaus E., muß aber vermieden werden, daß schnitte über die gesamte Breite der ver- *1 und 2 erstrecken. Jeder Einschnitt von einer Seitenfläche aus, an der der anderen Belag vorsteht. An der Seitenfläche bleibt dabei je ein elagsrandbereich 6. 7. 8 wiwiny,jng zwUchen zwei neben-Teilkapazitäten herstellt. Zur jen mit den äußeren Ananieii ^unui die Stirnflächen mit einer mehreren Kontaktmctallschichten versehen

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rstehen. Bei einem Mutterwi

die Beläge an den beiden Stirnseiten über. Die benachbarten bzw. gegenpoligen Beläge übjrdecker kii iken Bereich Die zur kr

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brinnen der Einschnitte aufbringen.

Bei der Herstellung eines crfin Jungsgen aßen ist es insbesondere beim Anlegen hoher zweckmäßig, die nebeneinanderhegenfll-n Teilkinazitäten voneinander im Bereich der F LInK isolieren. Bei niedrigen Spannungen ist eine zusätzliche Isolierung nicht notwendig NVu.

mit einem roticrenucn J₁Ig₁-^u₁. „.. den Trcnnflächen eine kurzzeitige Erhitzung statt. Infolge dieser Erhitzung schrumpfen die Dielektrikumsfolien an

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sein Diese Kontaktmetallschichten werden am

naehbarten bzw. gegenpo.igen Beläge überdecke, be.cn nach der Fen^elh^des Aujg^ond. sich im kapazitiv wirksamen Bereich. Die zur Er- 35 ^^at"^.,1 schoooverflib»on. aufgebracht. In der Regel /k-lung der für das gewünschte Netzwerk benötigten kannuη Sl houpu-r£ ^_{hichlcn vor dcm An}_

Kiipazitäten angebrachten Einschnitte gehen von wird man die no.uu Seitenflächen, an denen die Beläge überstehen, au·, und -M-s.recken sich über den gesamten Bereich bzw. über die gesamte Breite des kapazitiv wirksamen 40 iberdeckungsbereiches der Beläge.

Durch entsprechende Kontaktieiung der Iei,-bel'i-e der durch die Einschnitte entstandenen FuI-kapazitäten, wobei alle Anschlüsse voneinander isoliert oder ein Teil davor kurzgeschlossen werden. erhält man die gewünschten Netzwerke.

In den Figuren sollen an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung und Vorteile derselben

erläutert werden. T^Mcn'^'^McMz* wird in den

Fig. 1 zeigt, wie die Einschnitte m, Ausgangs- ₅o den S.,_gc £h η und ^^^ ^_{n iirt}

kondensator zur Erzielung einer in der ', I₁ iVittert sdiollenartiii auf. Dadurch entstehen

" " d -Umgebung der' Schnit.Hächen Isc^-o,-

Mrecken. welche Kurzschluss, zw.scnen Belagen ₅₅ mit verschiedenem Poten.ial verhindern. Du. L.11-sclriitte sind so breit. daK eine Berührung beiiaeh-, ,ι Vilkapa/itäten nicht erfolg,. Die n.cht cin-,eschnittenen Randbere.che s.nd :o breit, daß der mit den Einschnitten versehene Ausgangski ndui-_6o Su mechanisch stabil ist. Die I»l.crung «j.schen •-cn-ic'ihLuten Teilkapazitäten kann zusätzlich aucn du ih Einschieben von Isolierstücken und ähnlichem „ die Emschnitte erfolgen. I-ine einfache zus. zche Isolierung ergibt sich beim Vergießen des gc-6₅ samten Netzwerkes, da dann die Vergußmasse in die Einschnitte eindringt.

Da in einem Segment des Ausgangskondensators die Kapazität pro Längeneinheit sehr konstant ist

F i g. 2 dargestellten Reihenschaltung liegen: Fig. 3 zeigt, wie die Einschnitte im Ausgangskondensator zur Erzielung einer in der

F i g. 4 dargestellten Parallelschaltung liegen. F i g. 5 zeigt, wie die Einschnitte im Ausgaiiiiskondensator zur Erzielung eines in Fig. 6 dargestellten T-Gliedes lichen: Fig. 7 zeigt die Einschnitte im Ausgangskondensator zur Erzielung eines in

F i g. 8 dargestellten .-τ-Gliedes; die Fig. 9 und Il zeigen die Einschnitte im Ausgangskondensator zur Erzielung der in den

Fig. 10 UDf¹ 12 dargestellten Schaltbilder für Entstöranordnunken;

Fig. 13 zeigt die Einschnitte im Ausgangskondensator zur Erzielung einer in der

Fig. 14 dargestellten Reihenschaltung.

und die Sägecinschnittc genau ausgeführt werden 'Können, lassen sich die Tcilkapaziüilcn. aus welchen diis Netzwerk aufgebaut ist, sehr gleichmäßig reproduzieren. Das Aufschließen, das /.. B. bei Reihenschaltungen Schwierigkeiten bereiten kann, läßt sieh an jedem einzelnen Kondensator vornehmen, da die einzelnen Beläge jeder Teilkapaziliit von außen zugänglich sind. Die Induktivität eines crfmdungsge- ?n:if.lcn kapazitiven Netzwerkes ist sehr gerinn im Vergleich zu Wickelkondensatoren.

In der !·' ι μ. I erstrecken sich die Einschnitte abwechselnd Min gegenübeilicgcnden SMrnseilcn. Die Eiiischnille 3 und 5 gellen von iLt gleichen Stiinlläche aus und tier dazwischenliegende Einschnitt 4 geht von der entgegengesetzten Stirnliiiche aus. Falls sich auf den Stirnflächen des Ausgangskondensalois Konliiktschichten befinden, sinil diese ;in den Einschnittkanten durehgelrennt. Die Beläge sind mi konl iklieil. daß eine Reihenschaltung entsprechend der I i <j. 2 sich ergibt. Es sind dabei die freien Beläge der beiden beim Ausgangskondensator außenliegenden Teilkapazilaten I und IV mit den äußeren Stromziifiihmngselemenleii α und /> erblinden. Da sich die Einschnitte 3 und S im wesentlichen nur ülvr die Breite des Oherdecknngshereichcs erstrekkcn und sich eventuell nur mn einen geringen Betrau darüber hinaus erstrecken, sind die zu den freien Belägen gegenpoligen Beläge der außenliegendcn Kondensatoren über die nicht durcligetrenntcn Verbindungsstrecken ft und 7 der Belüge mit den Teilkapazilaten II und III \erbunden. Es entsteht dadurch eine in der Fig. 2 dargestellte Reihenschaltung der Tcilkapa/iläten I bis IV. Die Verbindungsstücke 6. 7 und 8 der Belüge, welche nicht durchschnittene Bclagsränder sind, liegen außerhalb des elektrischen Feldes 11 den Teilkapazitäten und sehalten diese in der in Fig. 2 dargestellten Weise hinteren ander. Die Tcilstiicke (» und 8 sind voneinander isoliert und das TeiKtiiek 8 ist somit von den Anschlüssen« und b isoliert. Bei Stirnkontaktschichten kann dies dadurch geschehen, dal' die Stirnkonlaktschichlen vor dem Einbringen der Einschnitte aufgebracht worden sind und beim Einschneiden durchgetrennt und isoliert werden.

Die in den Fig. 1 bzw. 2 dargestellte Anordnung läßt sich z. B. als induktiv :tatsarmer kapazitiver Spannungsteiler benützen. DaIn i kann die abgenommene Meßspannung dadurch leichter auf den gewünschten Betrag eingestellt werden, daß eine Teükapazität beispielsweise beim Anbringen der Einschnitte größer gewählt wird. Als Folge davon wird die daran abgegriffene Spannung entsprechend kleiner.

In F i g 3 erstrecken sich die Einschnitte 3. 4. 5 von den gleichen Stirnseiten her. Die Einschnitte erstrecken sich mindestens über den Oberdeckungsbereich der Beläge 1 und 2 und können sich um einen geringen Betrag über denselben hinaus erstrecken. Die dadurch hergestellten Teilkapazitäten I. II. III. IV sind über das nicht eingeschnittene Verbindungsstück 6 des Belags 1 in der in Fig. 4 gezeigten Weise miteinander verbunden. Das Teilstück 6 ist mit dem äußeren Anschlußelement a kontaktiert. Das außerhalb des kapazitiv wirksamen Bereiches liegende Verbindungsstück des Belags 2 ist von den Einschnitten 3, 4. 5 durchgetrenm. Durch Zwischenschalten von Widerständen und Induktivitäten und anderer elektrischer Bauelemente zwischen die Anschlui.'clemcnte der Teilkapazitäten können beliebige Schaltkomhinalioncn und Netzwerke erzielt werden.

In Fig. 5 erstrecken sich die beiden Einschnitte3 und 4 über den Übcrdicckungsbercich der beiden Deläge 1 und 2. Es ergehen sich dadurch die Tcilkapaziiäten 1, II. III. Die Teilkapazitätcn sind über den nicht eingeschnittenen Verbindungsbcrcich 6 des Belaus 2 miteinander verbunden. Die Anschlüsse a.

in />. c und </ befinden sich an der Stirnseite, von der die I invlimltc ausgehen, wobei r und d an dei" bleichen 'lcilbela;: der Kapazität 3 angeschlossen smd. Die Anschlüsse« und/> sind voneinander und von den AiiM.'hliissen c und <l isoliert. Durch eine

ir deiailii'.e Ainiidiiung ergibt sieh das in der Ei'.·.. (> i'c'ciglc T-C ihed.

In Fig. 7 sind abwechselnd von L-ntgegengeseizten Stirnseiten il:s Ausgangskondensators die Ein- ^ehmltc 3 und 4 eingebracht. Die Einschnitte ei-

an sirecken sich ebenfalls mindestens über den Übe;-deekungsbereieh der Belüge 1 und 2. Es entstehen dabei die Teilkapazitäten I. II. III. Die I eilkapazitäten I und Il sind durch den nicht eingeschnittenen Verbindungvbereich ft des Belags 2 und dl·: Teilkapa-

ziiäten II und III durch den nicht eingeschnittenen \'e;,indungsbereich 7 des Belags 1 miteinander verbunden. Auf jeder Stirnseite, von denen je ein Einschnitt ausgeht, liegen zwei Anschlüssen, ti bzw. c. /». Die Anschlüsse sind dabei voneinander im Bereich der Einschnitte isoliert. Auf jeder Stirnseite liegt je ein Anschluß α bzw. b an den verbindenden, nicht eingeschnittenen Randbereichen 6 bzw. 7. Dk Anschlüsse c und ti liegen an den freien l'eilbeliiiie: der äußeren Teilkapazitätcn I und 111. Werden die beiden Anschlüsse c- und ti kurzgeschlossen, dann ergib; sich das in Fig. 8 dargestellte .-7-OIied.

Die Anordnung der Fig. 9 entspricht der in Fig. 7. Lediglich die Anschlüsse c und d sind geerdei; es ergibt sieh dabei das in Fig. IO dargestellte Schaltbild einer unsymmetrischen Entslöranordnunc Die Teilkapazitäten I und III bilden dabei die Be-Hihrmigsschutzkondensatoren. welche eine hohe Durchschlagsfestigkeit besitzen müssen. Diese Kondensatoren können deshalb entsprechend der Fig. 1

bzw. 2 als mehrfache symmetrische ReihcnschaltunE ausgebildet '-ein. Die symmetrische Kapazität liem im allgemeinen zwischen 0.1 und 0.5 i.r. Die BerühnMigssehutzkondensatoren haben meist 2.5 iiF.

Die in Fig. 11 gezeigte Anordnung entsprich!

ebenfalls der in Fig. 7 gezeigten. Es ist dabei dei Anschluß rt geerdet und die Anschlüsse c und d sine kurzgeschlossen. Dadurch ergibt sich die in Fi^. 12 dargestellte Entslöranordnung. Die Teilkapazitäten 1 und II bilden dabei die Berührungsschutzkondensatoren. Auch bei diesen Kondensatoren kann ent sprechend der F i g. I oder 2 eine Reihenschaltung zur Anwendung kommen.

Gemäß Fig. 13 sind im kapazitiv wirksamen Be reich der Teilkondensatoren quer zu den Einschnitten 3 und 4 Isolierstreifen 9 in die Beläge 1 und 2 eingebracht, wobei diese und die Beläge gegeneinander versetzt sind, wie es in der Fig. 15. weicht einen Schnitt durch zwei Lagen eines Netzwerke? der Fig. 13 darstellt, verdeutlicht ist. Ist der Ausgangskondensator aus metallisierten KunstsiorTolicr aufgebaut, dann sind die Isolierstreift, allisie-

rungsfrei. In der Figur Mnd nur die sici« caraus er gebenden Belagsteile IO in dem Belag I des Aus-

gangskondensators dargestellt. Die Belagsteile 10 der Beläge 1 und 2 liegen so übereinander, daß ein Belagsteil zwei unmittelbar darunter- bzw. darüberliegende teilweise überdeckt. Es ergibt sich daraus für die Teilkapazitäten I, II. III eine innere Reihenschaltung, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist. Die innere Reihenschaltung kann natürlich auch in Verbindung mit Parallelüchaltungen der Teilkapazitäten »der der soeben beschriebenen oder anderer Netzwerke verwendet weiden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird main folgende Einzelschritte an-Wenden: Auf eine Trommel oder Scheibe mit grolem Durchmesser werden metallisierte Kunststofffolien zueinander versetzt zu einem oder mehreren ibereinanderliegenden Mutterwickel bzw. Ausgangstondensatoren aufgewickelt. Es wird der gesamte

Mutterwickel mit Stirnkontaktschichten versehen Vorzugsweise wird man dies tun, damit der Ausgangskondensator beim Zerteilen Bzw. beim Einbringen der Einschnitte zusätzlich mechanisch geschützt wird. Der Ausgangskondensator bzw. Mut terwickel wird dann in die für ein Netzwerk nötiger Segmente aufgeteilt. Es können auch jetzt erst dis Stimkontaktschichten auf die Segmente aufgebrach werden. In die Segmente werden die entsprechen-

ίο den Einschnitte, z. B. durch Sägen, eingebracht. An schließend werden die AnschluBdrähte angelötet unc das aus einem Bauelementekörper bestehende Netz werk kann abschließend durch Umspritzen, Umpres sen, Tauchen u. dgl. umhüllt werden.

Die hier gebrachten Netzwerke sind lediglich Bei spiele und sollen die vielfältigen Anwendungsmög-Veiten der Erfindung verdeutlichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409612/18:

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Siirnkoniaktierles kapazitives Netzwerk, bei iem ein veirsetzt übereinanderliegende Belüge und Dielektrikumsschichten enthaltender Schichtader Stapelkondensator durch Einschnitte in mehrere elektrisch leitend verbundene Teilkondensatoren aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte quer zu den Seiten verlaufen, an denen der eine Belag (I, 2) über den anderen Belag (2, 1) vorsteht, daß sie sich mindestens über die gesamte Breite des Überdeckungsbereiches der gegenpoligen Beläge (1 und 2) erstrecken und daß ausgewählte, der gewünschten Schaltung entsprechende Belagsrandbereiche (6, 7, 8) mit Anschlüssen versehen sind.

2. Kapazitives Netzwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß durch von der gleichen Seitenfllk.-ie des Ausgangskondensators ausgehende Einschnitte (3, 4. 5) Teilkondensatoren (I. II, 111. IV) parallel geschaltet sind (Fig. 2).

3. Kapazitives Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch abwechselnd von gegenüberliegenden Seitenflächen des Ausgangskondensators sich erstreckende Einschnitte (3,4,5) Teilkondensatoren (L II. III. IV) in Reihe geschaltet sind (Fig. 1).

4. Kapazitives Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis j, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (1,2) im wesentlichen senkrecht zu den Einschnitten durch IsdierstP.'.fen (9) aufgeteilt sind und sich übereinai.drrlie-icnde Belagsteile (10) mit unterschiedlichem Potential überdekken, so daß die Teilkapazitäien eine innere Reihenschaltung aufweisen (Fig. 13).

5. Kapazitives Netzwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines T-Glicdes der Ausgangskondensator durch zwei von einer Seitenfläche sich erstreckende Einschnitte (3,4) in drei Teilkondensatoren (LII. III) aufgeteilt ist und nur die auf dieser Seitenfläche überstehenden Belagsränder einer jeden Teilkapazität isoliert voneinander kontaktiert sind (Fig. 5).

6. Kapazitives Netzwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines T-Gliedes (Fig. 7. 8) abwechselnd von sich gegenüberliegenden Seitenflächen des Ausgangskondcnsators zur Bildung dreier Teilkondensatoren(LII.III) jeweils ein Einschnitt (3.4) vorgesehen ist, daß die überstellenden Beläge an den beiden Seitenflächen zweimal konlakticrl sind, wobei die beiden Kontaktstellen (a. d bzw. c, b) auf der gleichen Stirnseite voneinander isoliert sind.

7. Anwendung eines kapazitiven Netzwerkes nach Anspruch 6 als Entslörglied. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (<:. d) an den freien Belägen der uußenliegcndcii Teilkondensatoren (I. III) geerdet sind und der Teilkondcnsalor(II) größer als die Teilkondensatoren (I, III) bemessen ist (Fig. 9).

8. Anwendung eines kapazitiven Netzwerkes nach Anspruch6 als Entstörglied, dadurch gekennzeichnet, daß emc der Kontaktstellen (a) am Verbindungsrand (6) zwischen den Tcilkondensatorcn (I. Ii) geerdet ist. daß die Kontaktstellen

(c, d) an den freien Belügen der B

Teilkondensatoren (I, HI) miteinander elektrisch leitend verbunden sind und daß der nicht direkt mit Erde verbundene Teilkonciensator (IH) größer als die TeUkondensatoren (I, U) bemessen ist (Fig. 11, 12).