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Kondensatoranordnung aus mehreren parallelgeschalteten Einzelkondensatoren
Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung, die aus mehreren, mit leitenden
Belägen versehenen, als Kondensatordielektrikum dienenden Plättchen besteht, wobei
die Beläge der einzelnen Plättchen jeweils miteinander als Parallelschaltung elektrisch
leitend verbunden sind. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte Stapelkondensatoren
und auch gerollte Kondensatoranordnungen.
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Auf dem oben bezeichneten Gebiet von Kondensatoranordnungen gibt es
eine sehr große Zahl von bekannten Vorschlägen, die alle das Ziel haben, auf möglichst
geringem Raum möglichst große Kapazitäten unterzubringen. Stapelkondensatoren und
ähnliche Anordnungen werden dabei bevorzugt, weil die Kapazität eines Kondensators
sowohl mit der Größe der Fläche gegenüberliegender leitender Beläge als auch mit
abnehmender Dicke des Dielektrikums zunimmt. Ein weiterer die Kapazität eines Kondensators
bestimmender Faktor ist durch die Dielektrizitätskonstante des als Dielektrikum
verwendeten Materials gegeben.
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Aus der Fülle der bekannten Vorschläge sei deshalb derjenige herausgegriffen,
bei dem als Material für das Dielektrikum hochdielektrische Keramik, wie z. B. Bariumtitanat,
verwendet wird, wobei das keramische Material in organischen Suspensionsmitteln
aufgeschlämmt und diese Aufschlämmung unter Austrocknung des Lösungsmittels im Suspensionsmittel
zu dünnen Folien ausgegossen wird. Diese Folien werden vor dem Sinterbrand mit metallischen
Belägen in bestimmter Anordnung versehen, dann gestapelt und der Sinterung unterworfen.
Nach der Sinterung können die Stapelkondensatoren dadurch hergestellt werden, daß
gegenüberliegende Flächen des Stapels abgegriffen werden, wobei die Beläge jeweils
gegenüberliegender Seiten an den abgeschliffenen Seiten des Blocks herausragen und
dort durch erneute Metallisierung miteinander im Sinne einer Parallelschaltung kontaktiert
werden.
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Neben etlichen Vorteilen besitzt aber dieser Vorschlag eine Reihe
von nicht zu vernachlässigenden Nachteilen. Diese bestehen darin, daß durch die
unkontrollierbare Brennschwindung die Toleranzen der Kapazität sehr groß sind; weiterhin
können als leitende Beläge nur Metalle verwendet werden, die bei der Sinterung des
Körpers die Brennschwindung mitmachen, ohne selbst rissig zu werden; nicht zuletzt
bereitet das Stapeln der dünnen, noch flexiblen Folien, die das keramische Material
in sich enthalten, erhebliche Schwierigkeiten, weil bereits zu diesem Zeitpunkt
des Herstellungsverfahrens darauf geachtet werden muß, daß die aufgedruckten Beläge
genau übereinander zu liegen kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatoranordnung
anzugeben, bei der ebenfalls extrem dünne Dielektriken aus hochdielektrischer Keramik
verwendet werden können, wobei aber die Toleranzen für die Kapazität der Kondensatoranordnung
verringert sind, und die eine weitgehend automatisierte Fertigung gestattet.
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Erfindungsgemäß ist die eingangs beschriebene Kondensatoranordnung
dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen zwischen zwei mit je einem Metallband
versehenen klebenden Kunststoffolien angeordnet sind, wobei die Kunststoffolien
breiter als die Metallbänder, die zur elektrischen Verbindung der jeweiligen Beläge
dienen, sind und die Plättchen zusammenhalten, indem sie an den Belägen festkleben.
Die Metallbänder auf den beiden Kunststoffolien sind zweckmäßigerweise zur Vermeidung
von Kurzschlüssen gegeneinander versetzt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zwischen den Kunststoffolien
befindlichen Plättchen durch Falten der Kunststoffolien zu einem Stapel zusammengefaßt
sind. Es ist aber auch möglich, die zwischen den Kunststoffolien befindlichen Plättchen
durch Rollen der Kunststoffolien zu einem Wickel zusammenzufassen, so daß in gewisser
Weise ein Rollkondensator mit keramischem Dielektrikum entsteht, wobei es besonders
vorteilhaft ist, als Einzelkondensatoren extrem dünne Keramikplättchen zu verwenden.
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Zweckmäßigerweise sind die Kunststoffolien einseitig selbstklebend,
so daß. dadurch das Metallband
satt an die Beläge der Einzelkondensatoren
angedrückt wird. Es ist aber auch möglich, beidseitig selbstklebende Kunststoffolien
zu verwenden, wodurch bei Stapel- oder auch Rollkondensatoren gleichzeitig der Halt
des Stapels gewährleistet ist.
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In den meisten Fällen ist es jedoch zweckmäßig, die gesamte Kondensatoranordnung
mit einer Umhüllung aus Kunststoffmasse, beispielsweise aus Kunstharzen, zu umgeben.
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Die Verwendung mit Klebstoff versehener Folien ist bei der Herstellung
von Kondensatoren bekannt, jedoch dienen dabei die Folien als Dielektrikum, und
es werden an dieses Dielektrikum die metallischen Beläge angeklebt, so daß der Klebstoff
zwischen den Kondensatorbelägen liegt und damit das Dielektrikum beeinflußt (britische
Patentschrift 889 422). Bei der Erfindung werden demgegenüber für sich fertige Kondensatoren
mit klebenden Folien zusammengehalten, die im feldfreien Raum angeordnet sind, so
daß das Dielektrikum nicht beeinflußt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Zeichnungen,
die lediglich als Beispiel aufzufassen sind, erläutert werden. In den Zeichnungen
zeigt F i g. 1 schematisch den Aufbau der Kondensatoranordnung vor dem Zusammenbau;
F i g. 2 zeigt die Kondensatoranordnung nach der Erfindung schematisch in einer
bestimmten Stufe des Zusammenbaues; F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf F i g. 2;
F i g.-4 zeigt einen Stapelkondensator, der aus einer Anordnung nach F i g. 2 durch
Falten hergestellt worden ist; F i g. 5 zeigt eine andere Anordnung der Kondensatorscheiben,
und F i g. 6 zeigt eine zusammengerollte Kondensatoranordnung, die aus einem Band
gemäß F i g. 5 hergestellt wurde.
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In F i g. 1 und 2 sind mit 1 und 2 die Kunststofffolien bezeichnet.
Diese Kunststoffolien sind mit Metallbändern 3 und 4 versehen. Beim Zusammenbau
der Kondensatoranordnung nach der Erfindung werden zwischen diesen beiden Kunststoffolien
1 und 2 die Einzelkondensatorplättchen 5, 6, 7, 8 und noch weitere mehr zwischengefügt,
wobei diese einzelnen Kondensatorplättchen mit leitenden Belägen 51, 52, 61, 62,
71, 72, 81, 82 versehen sind, und die Kunststoffolien werden an den genannten Belägen
festgeklebt. Auf diese Weise entsteht die in F i g. 2 gezeigte Kondensatoranordnung,
bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
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Gleiches gilt für F i g. 3, die eine Draufsicht auf F i g. 2 zeigt.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, kann z. B. eine durchsichtige Kunststoffolie verwendet
werden. Es können aber auch andere Kunststoffolien verwendet werden, vorausgesetzt,
daß sie eine genügende Festigkeit bei genügend großer Flexibilität besitzen. Die
Breite der Kunststoffolien braucht nicht, wie in F i g. 3 gezeigt, der Breite der
Kondensatorplättchen entsprechen; es ist vielmehr auch möglich, Kunststoffolien
anderer Breite zu verwenden. Auch können statt der viereckigen Kondensatorplättchen
runde Kondensatorscheibenverwendet werden. F i g. 3 zeigt weiterhin deutlich, daß
die Metallbänder 3 und 4 gegeneinander versetzt sind, wodurch die Kurzschlußgefahr
beseitigt wird. Eine andere Möglichkeit zur Beseitigung der Kurzschlußgefahr besteht
darin, daß in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Kondensatorplättchen isolierende
Teile eingelegt werden, wobei dann die Metallbänder nicht gegeneinander versetzt
zu sein brauchen. Es ist zwar besonders vorteilhaft, aber nicht zwingend, daß Metallbänder
verwendet werden, die auf die Kunststoffolien aufgeklebt werden; die Kunststoffolien
können vielmehr auch mit Metall kaschiert sein, wobei dann genügend lange Enden
zur Kontaktierung vorgesehen sein müssen.
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In F i g. 4, in der ebenfalls gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
versehen sind, ist schematisch ein Stapelkondensator dargestellt, der durch entsprechendes
Falten aus einer Kondensatoranordnung gemäß F i g. 2 hergestellt wurde. Es muß darauf
hingewiesen werden, daß F i g. 4 die Verhältnisse nicht maßstabgetreu wiedergibt,
denn in Wirklichkeit sind die Kondensatorplättchen 5, 6, 7, 8 und 9 von wesentlich
geringerer Stärke, so daß die Knickpunkte der Folien 1 und 2 an den Stellen 10,
11, 12 und 13 und die Faltbögen 14, 15, 16 und 17 sich beim Zusammenfalten so legen,
daß keine übermäßigen Spannungen und Abrisse erfolgen.
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F i g. 5 zeigt eine Kondensatoranordnung, bei der wie bei einer Leiter
schmale Kondensatorplättchen 25 bis 34 zwischen die Metallbänder 23 und 24, die
sich auf den Kunststoffolien 29. und darunter 22 befinden, eingelegt sind. Diese
Kondensatorplättchen besitzen selbstverständlich ebenfalls aufmetallisierte Kondensatorbeläge.
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In F i g. 6 ist gezeigt, wie eine Kondensatoranordnung nach F i g.
5 zu einem Wickel aufgerollt werden kann. Um die Darstellung nicht undeutlich zu
gestalten, wurde in F i g. 6 auf einige Details, wie z. B. die Metallbänder und
die Kondensatorbeläge, verzichtet. Die Kondensatoranordnung wird um einen Wickeldorn
40 herumgewickelt. Es kann hierbei von Vorteil sein, wenn die einzelnen Kondensatorplättehen
25 bis 34 - in F i g. 6 sind noch mehr Kondensatorplättchen gezeigt - etwas im Sinne
des Wickels gekrümmt sind, wie dies in F i g. 7 in großer Form dargestellt ist.
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Die Bänder 3, 4 bzw. 23, 24 dienen bei den Kondensatoranordnungen
gleichzeitig als Anschlußfahnen.
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Die Kondensatoranordnung nach der Erfindung bietet folgende Vorteile:
Zunächst können auf kleinstem Raum wählbare Kapazitätswerte mit geringen Toleranzen
erzielt werden; weiterhin können vorgefertigte Kondensatorplättchen beispielsweise
aus hochdielektrischer Keramik verwendet werden, wobei einerseits durch geringe
Stärken der Plättchen und durch hohe E-Werte des Materials hohe Kapazitätswerte
erreicht werden können, während andererseits die Durchschlagsspannung des Kondensators
sehr hoch sein kann; durch Wahl einer Kunststoffolie von etwa 0,025 cm Stärke, die
mit einer Metallschicht von etwa 10 Rin Stärke versehen ist, ist die Gewähr gegeben,
daß auf kleinstem Raum sehr hohe Kapazitätswerte untergebracht werden können. Durch
entsprechende Wahl von Zwischenräumen zwischen den Einzelkondensatoren, die der
Summe aus der Stärke der Plättchen und der Stärke der Metallbänder entsprechen,
kann dafür gesorgt werden, daß z. B. Stapelkondensatoren sehr kompakter Bauart gebildet
werden können. Die Kondensatoranordnung nach der Erfindung eignet sich nicht nur
dafür, auf möglichst kleinem Raum hohe Kapazitätswerte unterzubringen, es ist vielmehr
auch möglich, Kondensatoranordnungen mit räumlich
größeren Einzelkondensatoren
auf diese Weise miteinander elektrisch und mechanisch zu verbinden.