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Elektrischer Kondensator Die vorliegende Erfindung betrifft einen
elektrischen Kondensator mit einem Isolierkörper, der einen rohrförmigen Teil aufweist,
dessen Inneres durch Zwischenwände in eine Anzahl von Fächern aufgeteilt ist, mit
einem ersten Belag, der aus mite_nander verbundenen leitenden Schichten auf der
Außenseite des rohrförmigen Teiles und auf den Wänden abwechselnder Fächer besteht,
und mit einem zweiten Belag, der aus miteinander verbundenen leitenden Schichten
auf den Wänden der restlichen Fächer gebildet wird.
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Ein bekannter Keramikkondensator dieses Typs enthält ein Keramikröhrchen
mit etwa rechteckigem Umfang, dessen Inneres durch zwei sich kreuzende Paare von
Zwischenwänden in neun Innenfächer aufgeteilt ist. Die Außenwand des Keramikröhrchens
und die Innenwände der Fächer sind mit elektrisch leitenden Schichten versehen.
Die Schicht auf der Außenwand des Röhrchens ist elektrisch leitend mit der Schicht
im mittelsten Fach und den Schichten in den vier Eckfächern verbunden und bildet
damit den einen Belag des Kondensators, während der andere Belag durch die elektrisch
miteinander verbundenen Schichten in den restlichen vier Fächern gebildet wird.
Dieser bekannte Kondensator ist zwar mechanisch sehr stabil und besitzt auch im
Vergleich zu einem gewöhnlichen Röhrchenkondensator eine vergrößerte Kapazität,
er enthält jedoch einander gegenüberliegende und leitend miteinander verbundene
Schichtteile, die nicht zur Kapazität beitragen (britische Patentschrift 482 459).
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Um die Kapazität von keramischen Röhrchenkondensatoren zu erhöhen,
ist es außerdem bekannt, Keramikröhrchen zu verwenden, deren Querschnitt spiralförmig
oder sternförmig ist oder ineinandergreifende lappenartige Vorsprünge aufweist.
Es ist ferner bekannt, mehrere zylindrische Röhrchen zu verwenden, die koaxial ineinander
angeordnet sind. Kondensatoren dieser Art sind schwierig herzustellen und zu handhaben
(deutsche Patentschrift 688 417).
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein elektrischer Kondensator
angegeben werden, der die Nachteile der obenerwähnten bekannten Kondensatoren vermeidet.
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Ein elektrischer Kondensator mit einem Isolierkörper, der einen rohrförmigen
Teil aufweist, dessen Inneres durch achsenparallel verlaufende Zwischenwände in
eine Anzahl von Fächern aufgeteilt ist, mit einem ersten Belag, der aus miteinander
verbundenen leitenden Schichten auf der Außenseite des rohrförmigen Teiles und auf
den Wänden abwechselnder Fächer besteht, und mit einem zweiten Belag, der aus miteinander
verbundenen leitenden Schichten auf den Wänden der restlichen Fächer gebildet wird,
ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände an der Innenwand
des rohrförmigen Teiles paarweise ansetzen und daß die leitenden Schichten in den
Fächern, deren Wand einen von der Innenwand des rohrförmigen Teiles gebil= Beten
Bereich umfaßt, zum zweiten Belag gehören.
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Hinsichtlich der Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche
verwiesen.
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Durch die Erfindung lassen sich im Vergleich zu den bekannten Kondensatoren
beträchtliche Kapazitätserhöhungen erreichen, da nicht nur die Fläche der Kondensatorbeläge
vergrößert wird, sondern auch da die Wandstärke des rohrförmigen Teaes und der Innenwände
sehr klein gehalten werden kann. Die sich bei den Weiterbildungen der Erfindung
ergebenden zusätzlichen Vorteile werden bei der Erläuterung dieser Weiterbildungen
erwähnt.
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Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Kondensators
und läßt erkennen in welcher Weise zwei Klammern, welche leitende Belegungen miteinander
verbinden, angeordnet werden können; F i g. 2 ist eine vergrößerte Stirnansicht
des Kondensators nach F i g. 1, von links gesehen, und zeigt, wie die erste Klammer
angebracht werden kann, um verschiedene Belegungen zum einen Kondensatorbelag zu
vereinigen;
F i g. 3 ist eine vergrößerte Stirnansicht des Kondensators
in F i g.1, von der anderen Seite gesehen, und zeigt eine zweite Klammer, welche
andere überzüge zu dem zweiten Kondensatorbelag vereinigt; F i g. 4 ist eine vergrößerte
Darstellung des Schnittes längs der Ebene 4-4 in F i g. 1 und zeigt die Anbringung
der leitenden Überzüge auf den verschiedenen Flächen des Kondensators; F i g. 5
bezieht sich auf eine zweite Ausführungsform, bei welcher jedoch ein Teil des Kondensators
weggebrochen ist, um bestimmte Merkmale deutlicher zu zeigen; F i g. 6 zeigt einen
Querschnitt längs der Ebene 7-7 in F i g. 5 und zeigt insbesondere die Anbringung
der leitenden Belegungen auf verschiedenen Flächen innerhalb des Kondensators; F
i g. 7 ist eine vergrößerte Stirnansicht des Kondensators in F i g. 5, von rechts
gesehen, und zeigt die Form einer an diesem Kondensatorende angebrachten Kappe;
F i g. 8 ist eine vergrößerte Stirnansicht des Kondensators in F i g. 5, von links
gesehen, und zeigt eine zweite Kondensatorkappe; F i g. 9 ist eine vergrößerte Teildarstellung
des Kondensators nach F i g. 5 und zeigt, wie ein Teil des leitenden Überzuges entfernt
werden kann, um die beiden Kondensatorbeläge zu bilden; F i g. 10 zeigt, wie der
Kondensator nach F i g. 5 in einem Sockel angebracht werden kann.
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Der in F i g. 1 bis 4 dargestellte Kondensator enthält einen rohrförmigen
Teil 10 aus dielektrischem Material, der im. folgenden als »Hülse« bezeichnet
wird. Diese Hülse kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 6 bis 12 mm haben.
Die Wandstärke kann ungefähr 0,6 mm betragen und die Länge etwa 2,5 bis 7,5 cm.
Vorzugsweise soll die Hülse aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten
bestehen.
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Innerhalb der Hülse 10 sind eine Mehrzahl von Zwischenwänden 12, 14
und 16 angeordnet, welche über die ganze Länge der -Hülse verlaufen. Diese Zwischenwände
können mit der Wand der Hülse aus einem Stück bestehen und können auch dieselbe
Wandstärke aufweisen. Sie sind paarweise an der Innenwand der Hülse 10 angesetzt,
so daß sie d:e Wand der Hülse abstützen und deren Wandstärke sowie die Stärke der
Zwischenwände gering gehalten werden kann. An Stelle von drei, wie in F i g. 2 dargestellt,
können auch mehr Zwischenwände verwendet werden. Die Hülse 10 und die Zwischenwände
12, 14 und 16 können beispielsweise durch Pressen hergestellt werden.
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Wie dargestellt, -sind die Zwischenwände 12, 14 und 16 in Form eines
gleichseitigen Dreiecks angeordnet und bilden somit eine innere Kammer 18' und eine
Mehrzahl von Taschen 20, 22 und 24. Die innere Kammer 18 hat einen polygonalen Querschnitt
und die Taschen 18, 20 und 22 haben die Form eines Kreissegmentes. Die Taschen 20;
22 und 24 liegen zwischen der inneren Kammer 18 und der Hülse 10.
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Die Wände der inneren Kammer 18 und der Taschen 20, 22 und
24 sind mit einem leitenden Material überzogen, beispielsweise mit Silber
oder Kupfer, und die Außenfläche der Hülse 10 ist ebenfalls mit dein gleichen Material
überzogen. Der leitende Überzug der Außenfläche der Hülse 10 ist in F i g. 4 mit
28 bezeichnet und die Überzüge auf den Wänden der inneren Kammer 18 und den
Taschen 20, 22 und 24 mit 30 bzw. 32, 34 und 36. Auf den Stirnflächen der Zwischenwände
12, 14 und 16 und auf der Stirnfläche der Hülse 10 befindet sich kein leitender
Überzug.
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Der leitende Überzug 28 auf der Außenfläche der Hülse 10 und
der leitende Überzug 30 auf den Wänden der inneren Kammer 18 werden miteinander
verbunden und bilden den einen Kondensatorbelag. Diese Verbindung kann mittels einer
federnden Klammer 38 nach F i g. 1 und 3 geschehen, und die Klammer wird vorzugsweise
durch Tauchlötung befestigt. Die Klammer 38 besitzt zwei Arme 40 und
42, welche die Belegungen 30 und 28 berühren.
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Ebenso können die leitenden Überzüge 32, 34 und 36 auf den Wänden
der Taschen 20, 22 und 24 elektrisch miteinander verbunden werden und den zweiten
Kondensatorbelag darstellen, Dies kann mittels der federnden Klammer 44 geschehen,
die aus demselben Material hergestellt werden kann wie die Klammer 38. Die
Klammer 44 besitzt Arme 46, 48
und 50, welche die Überzüge auf den
Wänden der Taschen 20, 22 und 24 berühren.
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Ein derartiger Kondensator hat bestimmte wichtige Vorteile. Durch-
die elektrische Verbindung zwischen dein Überzug 30 in der inneren Kammer 18 und
dem Außenüberzug 28 der Hülse wird die Länge des ersten Kondensatorbelags verhältnismäßig
groß. Ebenso wird die Länge des zweiten Kondensatorbelags durch die elektrische
Verbindung der Überzüge 32, 34 und 36 verhältnismäßig groß. Da der Kapazitätswert
eines Kondensators direkt proportional zur wirksamen Länge der Kondensatorbeläge
ist, wird eine Kapazitätserhöhung ohne Vergrößerung der axialen Länge des Kondensators
erreicht.
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Der Kapazitätswert wird außerdem durch die Zwischenwände 12, 14 und
16 innerhalb der Hülse vergrößert. Da diese Zwischenwände 12, 14 und 16 schräg zueinander
und schräg zur Wand der Hülse 10 liegen, verstärken sie die Hülse gegenüber
äußeren mechanischen Kräften. Die Wandstärke der Hülse und die Wandstärke der Zwischenwände
kann also gegenüber demjenigen Wert vermindert werden, der nötig wäre, wenn die
Zwischenwände nicht vorhanden wären. Hierdurch wird aber wieder d_e Kapazität des
Kondensators vergrößert, da diese umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen
den beiden Kondensatorbelägen ist.
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Da die gemäß der Erfindung hergestellten Kondensatoren größere Kapazitätswerte
besitzen, als die heute bekannten Kondensatoren gleicher Größe, lassen sich die
erfindungsgemäßen Kondensatoren für gleiche Kapazitätswerte kleiner bauen. Wegen
dieser Verminderung in der Größe und im Durchmesser läßt sich auch die Wandstärke
der Hülse 10 und der Zwischenwände 12, 14 und 16 stärker verkleinern,
als es bei gleicher äußerer mechanischer Beanspruchung zu erwarten wäre. Diese Verminderung
der Wandstärke ergibt eine nochmalige Vergrößerung der Kapazitätswerte. Somit fäßt
sich also die Größe eines erfindungsgemäßen Kondensators wegen des Zusammenwirkens
zwischen der ersterwähnten Größenverminderung und der entsprechenden Abnahme der
Wandstärke verkleinern.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß ein Kondensator einen Außendurchmesser
von 6,3 mm haben möge, eine Länge von 25,4 mm und. eine Wandstärke von etwa 0,625
mm. Seine Kapazität beträgt dann
etwa 0,061 Mikrofarad. Der Kapazitätswert
würde auf 0,122 bzw. 0,183 Mikrofarad ansteigen, wenn die axiale Länge des Kondensators
auf 50,8 bzw. auf 76,2 mm erhöht werden würde. Ebenso würde der Kapazitätswert etwa
0,121 Mikrofarad betragen, wenn der äußere Durchmesser 12,7 mm betragen würde und
die axiale Länge 25,4 mm. Der Kapazitätswert wird verdoppelt bzw. verdreifacht,
wenn die axiale Länge des Kondensators auf das Doppelte bzw. Dreifache erhöht wird,
Ein erfindungsgemäßer Kondensator kann auch in bei rohrförmigen Kondensatoren bekannter
We_se, z. B. mittels eines Flansches, in das Chassis eingesetzt werden, ohne eine
besondere Verbindungsleitung zu erfordern. Die Streukapazitäten und die Steuinduktivitäten
werden also gering und können mit großer Genauigkeit vorhergesagt werden. Eine solche
Verkleinerung der Streuinduktivität kann insbesondere dann wichtig sein, wenn der
Kondensator dazu benutzt wird, einen Kurzschluß für ein Signal nach Erde zu bilden.
Ein weiterer Vorteil beruht darin, daß der leitende Überzug auf der Außenfläche
der Hülse die urgeerdeten Innenflächen in den Kammern 20, 22 und
24 abschirmt. Hierdurch werden unerwünschte Streukapazitäten zwischen verschiedenen
Teilen der Schaltung vermindert und ferner eine unerwünschte Ausstrahlung der urgeerdeten
Platte des Kondensators.
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Die Kondensatoren gemäß der Erfindung können mit geringeren Kosten
als Papierkondensatoren oder keramische Kondensatoren, wie sie heute gebräuchlich
sind, fabriziert werden, wenn man dem Vergleich gleiche Kapazitätswerte zugrunde
legt. Dies gilt insbesondere deshalb, weil die erfindungsgemäßen Kondensatoren maschinell
und vollautomatisch hergestellt werden können. Außerdem kann der Raumbedarf der
elektrischen Schaltung, in welcher der erfindungsgemäße Kondensator verwendet wird,
wegen seines geringen Raumbedarfs verkleinert werden.
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Das Verfahren der Herstellung der Kondensatoren nach F i g. 1 bis
4 geht folgendermaßen vor sich: Die Hülse 10 und die Zwischenwände
12, 14 und 16 werden zunächst vorzugsweise zusammen hergestellt und
dann mit einem elektrischen Überzug versehen, derart, daß der leitende Überzug auf
der Außenseite der Hülse und die leitenden Überzüge der Zwischenwände voneinander
getrennt sind. Die Überzüge auf der Außenseite der Hülse 10 und auf den Wänden
der inneren Kammer 18 werden dann durch die Klammer 38 miteinander verbunden
und die Überzüge auf den Wänden der Taschen 20, 22 und 24 durch die Klammer
44.
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Eine zweite Ausführungsform eines keramischen Kondensators ist in
den F i g. 5 bis 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Kondensator
ebenso wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 4 aus einer Hülse
10 mit Zwischenwänden 12, 14
und 16 aufgebaut. Jedoch werden bei der
Ausführungsform nach F i g. 5 bis 10 zwei Kappen an den beiden Kondensatorenden
verwendet. Jede dieser Kappen besteht aus Isoliermaterial, be?sp_elsweise aus einem
keramischen Material, und ist vorzugsweise integral mit der Hülse 10 und
den Zwischenwänden 12, 14 und 16 angeordnet.
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Die erste Kappe 60 (F i g. 7) verläuft zwischen der Hülse
10 und den Zwischenwänden 12, 14 und 16
und schließt den Teil
des Kondensators zwischen den Zwischenwänden und der Hülse, ohne gleichzeitig den
Teil des Kondensators innerhalb der Zwischenwände zu verschließen. Eine zweite Kappe
62 (F i g. 8) liegt am anderen Ende des Kondensators und bedeckt den Innenraum zwischen
den Zwischenwänden, ohne diese gleichzeitig mit der Hülse zu verbinden. Die Kappen
60 und 62 werden auf der Innenseite und auf der Außenseite mit leitendem
Material überzogen, und zwar mit demselben Material wie die Außenseite der Hülse
10 und wie die Zwischenwände.
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Wie man am besten aus F i g. 9 ersieht, wird bei 64 der leitende
Überzug nachträglich entfernt, z. B. durch Handbearbeitung oder durch Abschleifen,
oder bei der Aufbringung abgedeckt, und zwar auf dem ganzen Umfang der Hülse
10. Wenn beispielsweise die axiale Länge der Hülse 10 etwa 25,4 mm
beträgt, so kann die Länge der Zone 64 etwa 1,5 bis 3 mm betragen. Durch Herstellung
der isolierenden Zone 64 werden die beiden Kondensatorbeläge gebildet. Die eine
Platte wird durch die Außenfläche der Hülse 10, durch die Außenfläche der
Kappe 60 und durch die Innenflächen der Zwischenwände 12, 14 und
16 gebildet, die die innere Kammer 18 umgrenzen. Der erste Kondensatorbelag
enthält auch die Innenfläche der Kapp° 62.
Der zweite Kondensatorbelag besteht
aus den Innenflächen der Taschen 20, 22 und 24, aus der Außenfläche
der Kappe 62 und aus der Innenfläche der Kappe 60.
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Der Kondensator nach F i g. 5 bis 10 hat alle Vorteile der in F i
g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform und besitzt noch zusätzliche Vorteile.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß für eine gegebene axiale Länge der Hülse
10 die Kapazität wegen der Einbeziehung der Kappen 60 und 61 und ihrer Überzüge
vergrößert wird. Der Außenüberzug der Kappe 60 bildet einen Teil des einen
Belags des Kondensators und der Innenüberzug dieser Kappe bildet einen Teil des
anderen Kondensatorbelags. Ebenso bildet die Außenfläche der Kappe 62 einen Teil
des zweiten Kondensatorbelags und die Innenfläche dieser Kappe einen Teil des ersten
Kondensatorbelags. Wegen der Einbeziehung dieser Flächen wird die wirksame Länge
des Kondensators vergrößert ohne gleichzeitig die geometrische Länge zu vergrößern.
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Der Kondensator nach F i g. 5 bis 10 besitzt gegenüber der Ausführungsform
nach F i g. 1 bis 4 auch noch einen anderen wichtigen Vorteil. Dieser besteht darin,
daß unter Umständen zur Herstellung der beiden Anschlüsse nur eine einzige Kappe
notwendig ist. In F i g. 10 wird dies veranschaulicht. Der Kondensator ist in einem
Sockel 54 befestigt. Man sieht, daß der erste Belag des Kondensators mit dem Chassis
56 dadurch elektrisch verbunden wird, daß inan den Kondensator in das Chassis einsetzt
und eine elektrische Verbindung beispielsweise durch Festlöten zwischen dem Überzug
auf der Außenwand der Hülse 10 und dem Chassis herstellt. Ein Anschluß an
den zweiten Kondensatorbelag kann durch Befestigung eines Leiters 68 auf dem leitenden
Außenüberzug der Kappe 62 hergestellt werden. Der Leiter 68 kann mit einer
Bohrung 70 zur Einsetzung einer Leitung versehen werden (F i g. 9).
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Der Kondensator nach F i g. 5 bis 10 kann in folgender Weise hergestellt
werden. Die Hülse 10, die Zwischenwände 12, 14 und 16 und die Kappen 60
und
62 können von Hand oder maschinell hergestellt werden und bestehen vorzugsweise
aus einem Stück. Alle Oberflächen werden mit einem leitenden Material überzogen
und der Leiter 68 wird an den leitenden Überzug auf der Außenseite der Kappe 62
angesetzt. Der -leitende Überzug an der Stelle 64 der Außenfläche der Hülse
10 wird dann beispielsweise durch Abschleifen entfernt, so daß der erste
und der zweite Belag des. Kondensators gebildet werden. '