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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator nach dem
Diodensplit-Prinzip, insbesondere zur Speisung von Kathodenstrahlröhren für
Fernsehgeräte.
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Das Diodensplit-Prinzip der Hochspannung des Transformators, also die Aufteilung
des Hochspannungsgleichrichters in mehrere getrennte Gleichrichter, bedeutet, daß
die Hochspannungs-Sekundärwicklung des Transformators mehrere
Hochspannungsausgänge aufweist, von denen jeder durch eine Diode
gleichgerichtet wird. Zum Beispiel muß im Falle der Versorgung einer
Kathodenstrahlröhre eines Fernsehgeräts der Hochspannungstransformator eine
sehr hohe Ausgangsspannung liefern, in der Größenordnung von 25 bis 35 kVolt, für
die Speisung der Anode der Kathodenstrahlröhre, um die Emission und die
Beschleunigung eines Elektronenstrahls für die Funktion der Röhre zu
gewährleisten, sowie eine hohe Ausgangsspannung für die Fokussierung in der
Größenordnung von 10 bis 12 kVolt, um die Konzentration oder Fokussierung des
Elektronenstrahls in der Kathodenstrahlröhre einzustellen.
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Im allgemeinen hat die Hochspannungs-Sekundärwicklung des Transformators die
Form eines Spulenkörpers um einen im wesentlichen röhrenförmigen Träger. Die
Sekundärwicklung ist axial durch zwei Dioden in wenigstens drei Abschnitte
aufgeteilt, die koplanar zu der Vorderwand des Isolierstoffgehäuses des
Transformators liegen, wobei diese Wand im allgemeinen durch eine mit einem
Ausgang der Fokussierspannung verbundene Potentiometereinheit gebildet ist.
Aufgrund der Tatsache, daß die Gleichrichterdioden in einem geringen Abstand zu
der Oberfläche der Potentiometereinheit liegen, besteht eine schlechte Wärmeabfuhr
bei den Dioden, die eine schnelle Erhöhung der Betriebstemperatur der Dioden
bewirken kann, was für die Lebensdauer dieser Dioden schädlich ist.
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Außerdem liegen die Hochspannungsausgänge bei den Dioden des Transformators
bei unterschiedlichen Höhen. Da die elektrische Betriebssicherheit des
Transformators erfordert, daß der Abstand, der die Verbindungspunkte der
Hochspannungskabel mit den Hochspannungsausgängen in dem Gehäuse des
Transformators von dem anderen Teil der unmittelbaren Umgebung des
Transformators trennt, ausreichend groß sein muß (in der Größenordnung von 2 bis
4 cm), bewirkt der Hochspannungsausgang, der im allgemeinen in dem oberen Teil
der Hochspannungswicklung liegt, eine Überbemessung in der Höhe des
entsprechenden Schornsteins des Isolierstoffgehäuses, der einen Teil des
zugehörigen Hochspannungskabels umgibt.
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Um die Überlänge der Isolation der Kabel zu verringern, ist es möglich, die
elektrische Verbindung mehr ins Innere des Isolierstoffgehäuses des Transformators
zu verlegen. Das erfordert jedoch ein zusätzliches Verbindungsmittel (z. B. mittels
einer leitenden Klemme oder Lasche) zwischen der Diode des
Hochspannungsausgangs und dem entsprechenden Hochspannungskabel. Das
bewirkt zusätzliche Schwierigkeiten bei der Herstellung des Transformators
einerseits und wegen des Hochspannungsbetriebs des Transformators andererseits.
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Außerdem ist es für die Stabilität der Hochspannung während des Betriebs des
Transformators notwendig, einen ausreichenden Abstand zwischen den koplanaren
Dioden und der Potentiometereinheit einzuhalten, was eine Einschränkung bei den
Bemühungen für die Kompaktheit des Transformators darstellt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache und
wirkungsvolle Lösung zur Umgehung der genannten Unzulänglichkeiten zu schaffen,
indem ein kompakter Hochspannungstransformator mit verbesserten Eigenschaften
bei der elektrischen Verbindung und bei der Wärmeabfuhr vorgeschlagen wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Betriebssicherheit des
Transformators dadurch zu verbessern, indem die Arbeitstemperatur insbesondere
bei den in dem Isolierstoffgehäuse enthaltenen Dioden verringert wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, jedes zusätzliche Verbindungsteil
für die Verlegung des Hochspannungsausgang bei dem Hochspannungsausgang für
die Fokusierung zu vermeiden.
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Der Hochspannungstransformator gemäß der Erfindung ist im Anspruch 1
angegeben.
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Gemäß der Erfindung enthält der Hochspannungstransformator nach dem
Diodensplit-Prinzip ein Isolierstoffgehäuse, das eine Primärwicklung und eine die
Primärwicklung koaxial umgebende Sekundärwicklung für die Hochspannung
enthält. Die Hochspannungswicklung stellt in Axialrichtung mehrere Abschnitte oder
Teilgruppen dar, von denen jede mit einer Diode verbunden ist. Gemäß der
Erfindung liegen wenigstens zwei Dioden, die mit Hochspannungsausgängen von
zwei verschiedenen Stufen verbunden sind, auf gleicher Höhe (d. h. in derselben
Radialebene), wodurch es ermöglicht wird, die Verbindungspunkte für die beiden
Ausgangsdioden ohne ein zusätzliches Verbindungsmittel bei derselben Höhe
anzuordnen.
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In dem Fall, wo eine Potentiometereinheit die Vorderwand des Isolierstoffgehäuses
bildet, sind die beiden derart gruppierten Dioden vorzugsweise bei derselben Höhe
parallel zueinander, einander gegenüberliegend und senkrecht zu der Innenfläche
der Potentiometereinheit angeordnet. Vorzugsweise entsprechen die beiden
Ausgangsdioden den Dioden, die einerseits dem Hochspannungsausgang für die
Anode und andererseits dem Hochspannungsausgang für die Fokussierung
zugeordnet sind, wenn der Hochspannungstransformator zur Speisung einer
Kathodenstrahlröhre eines Fernsehgerätes dient.
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Vorzugsweise sind die getrennten Dioden so weit unten wie möglich im Inneren des
Gehäuses angeordnet. Dadurch werden die elektrischen Verbindungspunkte der
Hochspannungskabel mehr in das Innere des Gehäuses verlegt. Als Folge davon
wird die Höhe der Schornsteine oder die Länge der Kunststoffummantelung der
Kabel außerhalb des Gehäuses des Transformators verringert.
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In vorteilhafter Weise liegen alle Dioden der Hochspannungswicklung neben der
Potentiometereinheit. Das ermöglicht den Wegfall der Einschränkung der
Hochspannung gegenüber der Potentiometereinheit derart, daß in vorteilhafter
Weise die Potentiometereinheit dicht an die Hochspannungswicklung herangebracht
werden kann. Es ist so möglich, die Abmessung des Transformators in einer Ebene
senkrecht zu der Achse der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zu
verringern.
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Die Verteilung der Dioden der Hochspannungswicklung indem Isolierstoffgehäuse
gemäß der Erfindung ermöglicht eine verbesserte Wärmeabfuhr für diese Dioden in
dem Gehäuse und somit eine bessere Wärmeverteilung bei den Dioden.
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Die Erfindung wird besser verständlich, und weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an einem nicht
einschränkenden und in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiel. In der
Zeichnung zeigen:
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- Fig. 1 eine Explosionsdarstellung für einen Hochspannungstransformator nach
dem Stand der Technik,
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- Fig. 2 in einem teilweise Axialschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 3 einen
Hochspannungstransformator gemäß einer bekannten Ausführungsform von
Fig. 1,
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- Fig. 3 einen teilweisen Radialschnitt des Transformators entlang der Linie III-III
von Fig. 2,
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- Fig. 4 in einem teilweisen Axialschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 5 einen
Hochspannungstransformator gemäß der Erfindung und
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- Fig. 5 einen teilweisen Radialschnitt entlang der Linie V-V des Transformators von
Fig. 4.
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Der in Fig. 1 dargestellte Hochspannungstransformator dient zur Speisung einer
(nicht dargestellten) Kathodenstrahlröhre für ein Fernsehgerät. Der Transformator
enthält ein starres Gehäuse 1 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, eine
Primärwicklung 2 auf einem röhrenförmigen Isolierträger 3, eine
Hochspannungwicklung 4 auf einem röhrenförmigen Isolierträger 5, und eine
Potentiometereinheit 6, die lösbar auf der vorderen Öffnung 1a des
Isolierstoffgehäuses 1 befestigt ist.
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Der Transformator ist von dem Typ mit aufgeteilter Gleichrichtung, der allgemein als
Diodensplit bezeichnet wird, das heißt mit einer aufgeteilten Sekundärwicklung 4 mit
mehreren durch Dioden gleichgerichteten Ausgängen. Die Sekundärwicklung 4
enthält einen oberen Abschnitt 4a, einen mittleren Abschnitt 4b und einen unteren
Abschnitt 4c (Fig. 2). Die obere Diode 7 an dem Hochspannungsausgang des
Transformators liegt auf dem oberen Abschnitt 4a der Sekundärwicklung 4. Die
mittlere Diode 8 und die untere Diode 9 trennen jeweils den oberen Abschnitt 4a von
dem mittleren Abschnitt 4b und den mittleren Abschnitt 4b von dem unteren
Abschnitt 4c der Sekundärwicklung 4. Die untere Diode 9 ist mit dem
Hochspannungsausgang für die Fokussierung verbunden. Die Dioden 7, 8, 9 liegen
koplanar, also in einer Ebene, und werden durch Klemmarme oder sogenannte Clips
10 aus einem isolierenden Kunststoff gehaltert, die Teil des röhrenförmigen
Isolierträgers 5 bilden.
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Elektrische Leiter 11 in Form von Stiften sind mit der Primärwicklung 2 und
gegebenenfalls nicht dargestellten Zusatzwicklungen verbunden, die koaxial im
Inneren des röhrenförmigen Körpers 3 liegen und Spannungen mit geringen Werten
für die Versorgung von nicht dargestellten elektrischen Schaltungen des
Fernsehgerätes liefern. Die Lösung der koaxialen Wicklungen (Primär, Sekundär und
Zusatz) ist im wesentlichen bekannt durch die FR-PS-2 632 798. Die Primärwicklung
2 wird koaxial in das Innere des röhrenförmigen Trägers 5 für die Sekundärwicklung
4 eingeschoben, um eine gute magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung
2 und der Sekundärwicklung 4 zu erzielen.
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Zwei Hochspannungskabel 12, 13 sind elektrisch jeweils mit dem
Hochspannungsausgang bei der oberen Diode 7 bzw. der Potentiometereinheit 6
verbunden, die mit dem Hochspannungsausgang bei der unteren Diode 9 verbunden
ist. Bei der elektrischen Verbindung mit der oberen Diode 7 durch Schweißen wird
das Hochspannungskabel 12 durch einen Klipp 14 gehaltert, der einen Teil des
Isolierträgers 5 bildet. Das Kabel 12 dient zur Speisung der Anode einer
Kathodenstrahlröhre des Fernsehgerätes zur Aussendung von Elektronenstrahlen,
die für die Funktion des Fernsehgerätes notwendig sind. Das Hochspannungskabel
13 ist mit der Potentiometereinheit 6 des Transformators der Kathodenstrahlröhre für
die Fokussierung des durch die Anode ausgesandten Elektronenstrahls verbunden.
Der Hochspannungsausgang bei der unteren Diode 9 ist mit der
Potentiometereinheit 6 verbunden, die eine Einstellung mit einem oder zwei
Drehknöpfen 6a, 6b (Fig. 2) der Ausgangsspannung oder Ausgangsspannungen
ermöglicht, die über das Hochspannungskabel 13 übertragen werden.
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Das Isolierstoffgehäuse 1 muß hermetisch angeschlossen sein. Die koplanaren
Dioden 7, 8, 9 liegen gegenüber der Potentiometereinheit 6. Die elektrische
Sicherheit für die Funktion der (nicht dargestellten) umliegenden Schaltungen
gegenüber durch den Hochspannungsausgang des Transformators erzeugten
parasitären Signalen macht es notwendig, daß die elektrischen Verbindungspunkte
zwischen den Hochspannungskabeln 12, 13 im Inneren des Isolierstoffgehäuses 1
von dem Äußeren um einen bestimmten Sicherheitsabstand getrennt sind. In der
Praxis werden die Hochspannungskabel 12, 13 bis zu einer vorbestimmten Höhe
außerhalb des Isolierstoffgehäuses des Transformators mit einer
Kunststoffummantelung 15 umgeben. Die Höhe der Kunststoffummantelung 15 ist
von dem Wert der Hochspannungen am Ausgang abhängig.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine bekannte Variante des
Hochspannungstransformators, die sich von dem in Fig. 1 dargestellten
Transformator im wesentlichen durch die elektrischen Verbindungen zwischen den
Hochspannungsausgängen der Sekundärwicklung 4 und den Hochspannungskabeln
12, 13 unterscheidet. Um das Verständnis zu erleichtern, sind dieselben Bauteile des
in den verschiedenen Figuren dargestellten Transformators mit denselben
Bezugsziffern versehen.
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Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, enthält der Hochspannungstransformator ein
Isolierstoffgehäuse 1 mit zwei integrierten Schornsteinen 16, 17, die zur Aufnahme
von jeweiligen Hochspannungskabeln 12, 13 von Fig. 1 (in den Fig. 2 und 3
nicht dargestellt) über die Außenseite des Isolierstoffgehäuses 1 hinausragen. Die
Schornsteine 16, 17 ersetzen die Kunststoffummantelung 15 von Fig. 1 für die
Gewährleistung der geforderten elektrischen Sicherheit. Die Schornsteine 16, 17
ragen gleichmäßig in das Innere des Isolierstoffgehäuses 1 hinein. Ihre unteren
Enden sind jede durch einen Pfropfen oder ein Plättchen 18, 19 aus Leitgummi
abgeschlossen. Die Lösung der elektrischen Verbindung mit leitenden Plättchen ist
im Detail beschrieben in der Europäischen Patentschrift 0 236 642.
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Die (in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten) Hochspannungskabel enthalten
einen massiven Innenleiter oder eine Seele, die in die Oberseiten der leitenden
Plättchen 18, 19 in den Schornsteinen 16, 17 eingesteckt werden können. Die
elektrische Verbindung zwischen den Ausgängen für die Hochspannung für die
Anode der Bildröhre und der hohen Fokussierspannung einerseits und den leitenden
Plättchen 18, 19 andererseits erfolgen ebenfalls durch einen massiven Leiter, der in
die Unterseiten der leitenden Plättchen 18, 19 eingesteckt wird. Wenn die obere
Diode 7 und die untere Diode 9 dieser beiden Hochspannungsausgänge bei
verschiedenen Höhen liegen, benötigt man leitende Teile oder Laschen 20 bzw. 21,
um die obere Diode 7 und die untere Diode 9 zu verlängern. Die Laschen werden in
die Unterseiten der mit dem Ausgangs-Hochspannungskabeln verbundenen
leitenden Plättchen 18 und 19 eingesteckt.
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Die Potentiometereineit 6 ist auf der Vorderwand des Isolierstoffgehäuses 1 befestigt
und enthält in an sich bekannter Weise zwei Drehknöpfe 6a, 6b zur Einstellung von
zwei Ausgangsspannungen für die Fokusierung und die Strahlbeschleunigung. Die
Potentiometereinheit 6 enthält einen kleinen Schornstein 6c für den Ausgang eines
nicht dargestellten zusätzlichen Kabels. Durch den Aufbau des Transformators
befinden sich die Schornsteine 16, 17 in der Nähe der Vorderwand des
Isolierstoffgehäuses 1. Die Dioden 7, 8, 9, die jeweils dem oberen Abschnitt 4a, dem
mittleren Abschnitt 4b bzw. dem unteren Abschnitt 4c der Sekundärwicklung 4
zugeordnet sind, liegen in einer Ebene parallel zu der Vorderwand des
Isolierstoffgehäuses 1. Da auf der Vorderwand des Isolierstoffgehäuses die
Potentiometereinheit 6 befestigt ist, ist es notwendig, die Spannungsfestigkeit des
Transformators zu berücksichtigen. Im einzelnen muß der Abstand I zwischen den
Dioden 7, 8, 9 und der Potentiometereinheit 6 genügend groß sein, um die
Erzeugung von elektrischen Überschlägen zu verhindern, die auf die Hochspannung
am Ausgang zurückzuführen sind und eine Zerstörung des Transformators bewirken
können.
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Außerdem ist es schwierig, die Verlängerungsstreifen oder Laschen 20, 21 zu
montieren und sie mit der Hochspannung zu verbinden, die sie übertragen müssen.
Diese Laschen vergrößern außerdem den Platzbedarf im Inneren des
Isolierstoffgehäuses 1. Die Tatsache, daß sich die Dioden 7, 8, 9 in derselben Ebene
neben der Potentiometereinheit 6 und in einem abgeschlossenen Raum befinden,
bildet ein Problem bei der Abfuhr der bei den Dioden erzeugten Wärme. Die
Wärmekonzentration bei den Dioden bringt die Gefahr, daß ihre
Funktionseigenschaften bei einer längeren Betriebsdauer des Transformators
schnell verschlechtert werden.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel des
Hochspannungstransformators gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Beispiel
dient zu einem Vergleich mit der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Variante.
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Die Sekundärwicklung 4 enthält wieder drei Abschnitte 4a, 4b und 4c mit drei
zugeordneten Dioden 7', 8', 9'. Die mittlere Diode 8' und die untere Diode 9' liegen
koplanar, also in einer Ebene, und bilden einen rechten Winkel mit der Vorderwand
des Isolierstoffgehäueses 1, die durch die Potentiometereinheit 6 gebildet wird. Die
dem oberen Abschnitt 4a zugeordnete Diode 7' für den Hochspannungsausgang
liegt in derselben radialen Ebene wie die untere Diode 9', zu dieser parallel und
diametral gegenüberliegend.
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Die Dioden 7', 8', 9' sind durch Klemmarme oder sogenannte Clips 10 in an sich
bekannter Weise gehaltert. Um die elektrische Verbindung zwischen der Diode 7'
und dem oberen Abschnitt 4a zu bewirken, ist es ausreichend, den Leiter des oberen
Abschnitt 4a nach unten zu verlängern und mit einem Ende der ihr zugeordneten
Diode 7' zu verbinden. Die mittlere Diode 8' liegt mit der unteren Diode 9' in einer
Ebene. Die Anordnung der Dioden 7', 8', 9' in dieser Weise macht es möglich, die
Höhe des röhrenförmigen Isolierträgers 5 für die Sekundärwicklung 4 zu verkürzen,
eine bessere Wärmeverteilung im Inneren des Isolierstoffgehäuses 1 zu erzielen und
somit eine bessere Wärmeabfuhr bei den Dioden zu ermöglichen, um die
Betriebssicherheit zu gewährleisten und die Gefahr eines Spanungsdurchschlags
(elektrische Überschläge) zu minimieren, da Dioden nicht mehr in unmittelbarer
Nähe zu der Potentiometereinheit 6 liegen. Auf diese Weise ist es möglich, in
vorteilhafter Weise die Sekundärwicklung 4 näher an die Potentiometereinheit 6
heranzubringen, die die Vorderwand des Isolierstoffgehäuses 1 bildet und sich mit
einem Abstand I' (Fig. 4) zu begnügen, der deutlich kleiner ist als der Abstand I
(Fig. 2) gemäß dem Stand der Technik. Daher ist es möglich, die Abmessungen
des Isolierstoffgehäuses 1 in Querrichtung zu verringern und den Platzbedarf L in
Querrichtung (Fig. 4) des Transformators zu minimieren.
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Die besondere Anordnung der Dioden 7', 8', 9' gemäß der Erfindung ermöglicht
außerdem einen Verzicht auf die zusätzlichen Verlängerungsstreifen oder Laschen
20, 21 für die elektrische Verbindung der zugeordneten Hochspannungsausgänge.
Die dem oberen Abschnitt 4a zugeordnete Diode 7' und die dem unteren Abschnitt
4c der Sekundärwicklung 4 zugeordnete Diode 9' stellen derart parallel liegende
Enden dar, daß man mit ihnen den elektrischen Anschluß durchführen kann. Es
reicht tatsächlich aus, diese ausreichend starren leitenden Enden umzubiegen und
sie jeweils in die Unterseite der leitenden Plättchen 18, 19 der Schornsteine 16, 17
einzustecken. Eine derartige Verbindung, die extrem einfach ist, ermöglicht durch die
Befestigung und die Anordnung der elektrischen Verlängerungsstreifen 20, 21 eine
Verbesserung des elektrischen Verhaltens des Transformators aufgrund der
Beseitigung möglicher parasitärer Erscheinungen.
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Man kann durch die Anordnung ebenso das untere Ende der Schornsteine 16, 17 bis
zu der Höhe der Dioden 7' und 9' verlegen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die
Schornsteine 16, 17 derart im Inneren des Isolierstoffgehäuses 1 liegen, daß der
Platzbedarf in der Höhe des Transformators verringert wird.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf eine Sekundärwicklung mit drei Abschnitten
beschränkt. Bei einer größeren Zahl von Abschnitten kann man wenigstens zwei
Ausgangsdioden bei derselben Höhe und gegebenenfalls weitere Dioden bei
verschiedenen Höhen gemäß dem beschriebenen Grundgedanken der Erfindung
anordnen.