DE2052072A1 - Variabler Kondensator mit hohem Kapazitatswert - Google Patents

Description

PATENTANWALT
DlPL-ING.

HELMUT GORTZ

6 Frankfurt im Main 70 y D^? Π 7 9

Schnedcenhofstr. 27 - Tel. 01 7079 ά V Ό Δ U / £

P 2o 52 072.3 ^lo*

Gzx/goe

SPRAQUE ELECTRIC COMPANY

Variabler Kondensator mit hohem Kapazitätswert.

Die Erfindung betrifft variable Kondensatoren mit hohem Kapazität swert und insbesondere ein variabler Keramikkondensator hoher Kapazität mit gesteigerter Stabilität.

Das Problem zur Erlangung stabiler, hoher Kapazitätswerte bei variablen Keramikkondensatoren war bisher die unvermeidbare Anwesenheit eines Mediums mit niedriger Dielektrizitätskonstante in Form einer Zwischenschicht zwischen der bewegbaren Elektrode und dem Keramikdielektrikum. Dieser Spalt, beispielsweise Luft oder eine Flüssigkeit, hat eine viel niedrigere Dielektrizitätskonstante als das keramische Material des Dielektrizitätskörpers, der die Kondensatorelektroden voneinander trennt, und stellt dadurch eine unerwünschte Kapazität in Reihe mit dem Keramikkörper-Kapazitätswert dar.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines variablen Kondensators, bei dem der Zwischenschichtspalt vermieden ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines variablen Kondensators mit hohem Kapazitätävert und einem hohen Stabilitätsgrad.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines geschichteten, monolithischen Kapazitätsgliedes variablen Kapazitätswertes.

Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Rotors ' . mit.großem Oberflächengebiet

mit einer Anzahl von verbundenen Kontaktgebieten, die in der Lag_s. sind, einen im wesentlichen unabhängigen und gleichförmigen Kontaktdruck auf angrenzende Punkte über ein weites Gebiet zu geben.

Nach der Erfindung enthält der variable Kondensator hoher Kapazität einen geschichteten Aufbau mit einem Paar von festgelegten Elektroden, die von einem dünnen Dielektrizitätsfilm getrennt sind, und einem Kontakt für die Schaffung einer Verbindung zwischen isolierten Gebieten einer Elektrode und eines Anschlusses davon.

Im allgemeinen sind bei dem variablen Kondensator hoher Kapazität nach der Erfindung beide Elektroden und ihre Ausgangs-

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anschlüsse in einem geschichteten Glied mit Schaltungskontakt zu isolierten Gebieten einer freien Oberflächenelektrode eines anderen Gliedes -angeordnet, das eine Überbrückungsverbindung zwischen einem Anschluß und den isolierten;Elektrodengebieten schafft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine kontinuierliche Elektrode und ihr Anschluß auf einem isolierenden Substrat angeordnet und mit einem darüber liegenden dünnen Film aus dielektrischem Material bedeckt. Ein anderer Anschluß und eine diskontinuierliche Elektrode mit einer Anzahl von leitenden Elementen oder liisaln sind in coplanarer Anordnung auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Materials vorgesehen, wobei die Inselelektrode die untere Elektrode überlagert und eine Kapazität in Zusammenwirkung mit dieser bildet· Änderungen in der Schaltungskapazität werden durch Herstellung von im wesentlichen Ohm'schem Kontakt zwischen einer schrittweise zunehmenden oder abnehmenden Zahl von leitenden Inseln und dem angrenzenden Anschluß.. geschaffen.

Dieser Ohm'sche Kontakt wird bei der bevorzugten Ausführungsform mittels eines drehbaren, federnd angeordneten feinmaschigen Drahtnetz hergestellt, welches während der Drehung einen kontinuierlichen innigen Kontakt zwischen allen darun-

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ter liegenden Inseln und dem angrenzenden Anschluß schafft. Diese Anordnung bildet einen Kondensator, welcher durch Beseitigung des Zwischenschicht spalt es und durch Vervrendung eines Film mit hoher Dielektrizitätskonstante von wenigen (kleiner 2,5 (10 mils)) Zehntel Millimeter (mils) Dicke die maximal stabile Kapazität um mehrere Größenordnungen g ^ eiii../er üblichen variablen Kondensatoren erhöht.

Bei einer hier dargestellten speziellen Ausführung ist die Inselelektrode als ein Muster von rechteckigen Inseln dargestellt, die auf einer Keramikoberfläche liegen· Die Inseln sind parallel zu ihrem Anschluß über ein drehbares Kontaktglied verbunden und ihre Anordnung ist so getroffen, daß der sich drehende Abgreifer stückweise Ohm¹sehen Kontakt mit einer möglichst kleinen Zahl von Inseln während seines Vorrückens herstellt· Bei einer anderen Ausführungsform ist die Inselelektrode in mehreren Zonen gebildet, wobei jede eine unterschiedliche Inselgeometrie hat· Es ist auch möglich, eine Vielzahl von mikroskopischen Inseln zu bilden, indem ein nichtkontinuierlicher leitender Film auf eine Dielektrizitäteoberfläche abgelagert wird*

Entsprechend der Erfindung wird also bei einem geschichteten Aufbau eine Elektrode auf einem dünnen keramischen

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Dielektrxzitatsglxed einer unteren Elektrode überlagert angeordnet und enthält eine Anzahl von im Abstand liegenden leitenden Inselgebieten, die parallel miteinander verbunden sein können über einen beweglichen flexiblen AbgreifBi, der elektrische Verbindung zwischen den -nseln und cin=m angrenzenden Anschluß des Kondensators -*ier-

"i stellt·

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmögliclikeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus der Darstellung von AusfütTungsbeispielen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung·

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht des Stators einer bevorzugten Au3-fuhrungsform der Erfindung, die das Insel elektrodenmuster und ihren Anschluß auf einer oberen Oberfläche veranschaulicht,

Fig. 2 eino Querschnittsansicht dos Stators on klang dor Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig» } θ Ine Draufsicht dos Rotors bot Verwundung Ln oinur biivoraugton Ausführungaform,

i ο ¹J i ' η / ι :\ > \

Fig. k eine Schnittansicht des Rotors entlang der Linie k-k von Fig. 3,

Fig. 5 ^Θ*·^Γ· zusammengesetzten Kondensator nach der Erfindung,

P ige t »ine Draufsicht einer Inselelektrode, die ein an-' ueres Inselmuster veranschaulicht, und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines anderen Statoraufbaues, bei dem jede äußere Stirn fläche eine Inselelektrode darauf hat·

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen ein Statorglied 11,bei dem eine dünne (0,005 mm (0,2 mil)) Filmelektrode 12 aus leitendem Material, beispielsweise Silber oder dergleichen, auf h einem Teil einer Hauptoberfläche von isolierendem Substrat 13 als ein im allgemeinen halbkreisförmiges, ringförmiges Segment abgelagert ist. Das Substrat 13, das als Trägerschicht des geschichteten Stutors dient, hat eine Öffnung ΐΛ dort hindurch, die im wosontlkhon in der Mitte odor dem Radius dos leitenden Mustors 12 Liegt. Das Substrat 13 ist genügend kräftig und dick, boi der bevorzugten Ausführung beispielsweise 0,075 cni (0,030 inch), um dio darüber liegenden

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Schichten festzulegen. Ein Anschluß 15, der mit der, und aus dem gleichen Material wie die,Elektrode 12 gebildet ist, erstreckt sich von deren Umfang um ein Anschlußstück zu bilden, an dem eine Schaltungsleitung später angelötet werden kann.

iiine Schicht l6 aus einem keramischen Dielektrikum ist über der Oberfläche des Films 12 und die umgebenden Teile des Sxibstrates 13 abgelagert. Die Dicke der Schicht l6, die über dem Film 12 liegt, ist etwa 0,025 mm (l mil). Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde Aluminiumoxyd als Trägersubstrat und eine Bariumtitanat-Glas-Mischung mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 400 für die dielektrische Schicht l6 verwendet. Eine Bariuratitanat-Mischung dioDor Art wurde bereits vorgeschlagen. Ein dün-

ι • ι

ner Film (0,0l8 ca (0,7 rail) dick) aus leitendem Material, beispielsweise Silber oder dergleichen, ist dann über der äußeren Oberfläche der Schicht l6 in einem Elektrodenmuster 17 abgelagert, ait Inseln l8 und einem verbindenden Teil, der das Kontaktgebiet 19 und den Eingangsanschluß 20 enthält. Das Muster 17 ißt über der darunter liegenden kontinuierlichen elektrode 12 abgelagert und arbeitet mit dieser zusammen, um eine Kapazität zu bilden.

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Verschiedene Verfahren.zum, Ablagern zur Formation der kontinuierlichen und Inseif£lme können verwendet werden, beispielsweise Aufsprühen, Aufstäuben, Eintauchen, Vakuumablagern und Seidenabsshirmung (silk screening)· Natürlich können die isolierten Elektrodengebiete während der Filmablagerung oder aus einem vollständig kontinuierlichen Film mittels photolithographischer Ätztechniken oder dergleichen gebildet

werden. Einige der geeigneten Materialien für diese leiten-

den Filme sind Tantal, Gold, Silber, Platin, Rhodium» Iridium, Kupfer, Molybdän oder Kombinationen davon*

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ein Rotorglied 23 entsprechend der Erfindung mit einer zentralen Öffnung 24 dort hindurch. Das Glied 23 enthält eine flache Scheibe 2^, an weleher ein federndes Druckpolster oder ein Unterlegering 26, vorzugsweise aus Silikongummi oder dergleichen,

W befestigt ist, da es einem Druckaufbau widersteht.

Ein leitender Abgreifer 27 aus Drahtmaschennetz ist an einer Hälfte der, äußeren Oberfläche des Ringes 26 angebracht, • während eine isolierende Gleitplatte 28 an der anderen Hälfte befestigt ist· Das Netz kann ein 250-Maschenrechterkgewebe oder feiner sein und aus Messing, Phosphorbronze, ijost fr eiern Stahl oder einem anderen leitenden Material bestehen. Materialien für die Gleitplatte ·2β können Teflon oder andere Filme

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... - 9—

sein, die.einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben. Beispielsweise eignet sich auch ein Nylon- oder Polyäthylenfilm für diesen Zweck· ' *

Eine vollständig zusammengebaute Kondensatoreinheix ist in Fig. 5 dargestellt, wobei das rotierende Glied 23 sicher auf einem Paßsegraent der Welle 32 angeordnet ist. Der Kotor 23 ist an dem Wellensegment 31 mittels beispielsweise einem Keilschlitz angekeilt oder befestigt. Ein Ende der Welle 32 geht durch die zentrale Öffnung Zh. des Rotors 23 und ragt auch durch die Öffnung l4 des Stators 11. Der Stator 11 und der Rotor 23 sind so angeordnet, daß ihre jeweiligen, das Muster 17 und das Abgreifernetz 27 enthaltenden Oberflächen aneinanderliegen. Diese aneinanderliegenden· Oberflächen werden in Eingriff durch eine Druckfeder 33·vorgespannt, die auf einem Ende der Welle"32 angeordnet ist. Die Feder wirkt gegen das Pufferelement 34, das ein Kunststoffring oder dergleichen sein kann, um den Stator 11 und den Rotor 23 in Richtung einer Schulter 29 der Welle 32 zu drücken. Anschlußleitungen 35 und 36 sind mit den An-

I.

schlußgebietei\ 15 und 20 verbunden· -

Nimmt man an, daß ein Signal an den Anschlußleitungen 35 und 36 anliegt, dem ein spezifischer Kapazitätswert dar-

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geboten werden soll, und nimmt man weiter beispielsweise an, daß. eine Drehung der Welle 32 (und des Rotors 23) im Uhrzeigersinn erfolgt, greift, wenn der Abgreifer 27 und die Gleitplatte 28 über die anliegende Stirnfläche des Statorgliedes 11 zu gleiten beginnen, der Abgreifer 27 an dem inselmäßi"^n Muster 17» beginnend an der Stelle 37 (Fig. 1.) r-χη und bildet eine Überbrückungsverbindung zu dem Kontaktteil 19 (und dem Anschluß 20). Wie erwähnt, wirkt jedes Inselgebiet l8 der Elektrode 17 mit einem gegen-

überliegenden Teil der Elektrode 12 (und dem Dielektrikum l6 dazwischen) zusammen, um eine Kapazität zu bilden. Wenn dann der Abgreifer 27 weiter in Eingriff mit äen: Muster 17 tritt, wird jede Insel l8 schrittweise und elektrisch parallel mit fortschreitend kontaktierten Ins,eln und dem Kontaktgebiet 19 verbunden, um eine Kapazität an den Anschlüssen 15, 20 in Übereinstimmung mit dem Gebiet der kontaktierten Inseln zu bilden. Die Reihen von Inselgebieten, die das Muster 17 bilden, liegen im allgemeinen schräg zu der Führungskante des Abgreifers 27 oder versetzt von dem Zentrum des ringförmigen Segmentes, so daß der Abgreifer 27 eine schrittweise zunehmende Zahl von Inseln l8 während der Drehung kontaktieren kann, so daß eine möglichst glatte Kapazitätswertveränderung sichergestellt wird·.

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Der. von der Feder. 33 über das Druckausgleichspolstr I- 26

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' ausgeübte Druck (zwischen 10 und 100 psi) reicht a^v5, das Drahtnetz gleichmäßig und inn^g gegen jedes leiten?e Segment zu drücken. Die isolierende Gleitplatte 28, ebenfalls auf dem Ring 26 angeordnet, vermittelt dem Rotorglied eine glatte -VehuTXff, indem S»/feic?; über die Statoroberfläche mit Lrr ν.=·χι urg bewegt·

Vorteilhaft erweise sind die Kondensat or anschlüsse, direkt aufdera Stator 11 angeordnet, was eine vereinfachte Verbindung nach außen zuläßt_t Darüber hinaus sind die Inselelektrode 17 und iiir Anschlußkontaktgebiet 19 an einer Seite des Stators freigelegt, so daß mechanische Vorspannung des Rotors in Richtung des Stators 11 gleichzeitig sowohl·. Elektroden— als auch Ansqhlußkontakt schafft. Zur Vereinfachung de,s Aufbaues sollten die Elektrode 17 und ihr Anschlußkontakt—. teil I9in ,im vesentlichen parallelen Ebenen und ,.vorzugsweise i,m wesentlichen coplanar liegen., ... .· ..i,.· .- _: ;... .....

Es ist außerdem ..zu bevorzugen, daß die vollständigen ringförmigen Stator- und Rotoroberflächen in Eingriff stehen. Dies, bedeutet, daß die Elektrode 17 und ihr Kontaktanschlußgebiet 19 vorzugsweise einen vollen .Kreis bilden, auf dem ein voller ringförmiger Rotor aufsitzt, der im wesentlichen coplanar den Abgreifer 27 und die Gleitplatte 28

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enthält· Natürlich kann ein vollständiger Ring auf verschiedene Weise hergestellt sein, beispielsweise können die Elektrode 17 und das Kontaktgebiet 19 so angeordnet sein, daß sie entlang wenigstens eines Teils ihres gekrümmten Umfanges aneinandergrenzen, indem ein nichtgleitendes Matertr 1 verwendet wird, um einen vollständigen

t Statorring zv bilden· In'diesem Fall wird der AbgreifW

27 entlang des Radius vergrößert (verbreitert), um sowohl

auch

die Elektrode eis/das Kontaktgebiet zu erreichen·

Als eine weitere Verbesserung kann ein isolierender Film 21 aus Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante, beispielsweise ein Silikonlack oder ein Polyimid oder dergleichen, zwischen den Inseln l8 abgelagert .sein, so daß

-j.

ein gesteigerter Betrieb geschaffen wird· Der Film 21 hat eine Dicke gleich oder etwas geringer als die Inselhöhe· ' f Der Film 21 füllt die Trennung zwischen den Inseln und ~ dient weiterhin zur Stabilisierung des Kondensators durch Reduzierung der Zwischeninselkapazität, die zu ungewünschten Kapazitätsschwankungen bei geringen Rotor-Stellungs- oder * Zwischenflächen dr u ckänderungen führen könnten. In dieser Hinsicht verhindert der Film 21 nicht nur das Anfüllen ' " der Trennung zwischen den Inseln durch Fremdmaterial, sondern auch, daß irgendein Teil des Abgreifers 27 sich dem hochdielektrischen Material an der Unterseite der Trennung

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nähern kann· Daher verhindert der"Film 21, daß der Abgreifer 27 ein Teil des Geeamtgebietes der Elektrode 17 wird oder dazu beiträgt, so daß nur die Verbindung der einzelnen kapazitiven Teile an die Schaltungsanschlüsse variiert wird und sich die tatsächliche Kapazität'des Stators 11 niemals ändert· Teflon odsr andere Materialien mit niedriger Reibung können ebenfaxls als Film 21 verwendet werden, um die Stabilität zu erhöhen und die Reibung zu verringern·'

Die Abgreiferdrehunß kann an jedem gewünschten Punkt bis zur vollen Kapazitätssteliung (wenn alle Gebiete des" inselmäßigen Musters 17 mi⁺. dem Abgreiferabschnitt 27 in Eingriff stehen) angehalten «erden, um einen gewünschten Kapazitätswert einzustellen. In dem Maßei wie der Kontakt I^ an dem'

t r*

Ende des die Elektrode 17 abschließenden'Ringelernests anliegt und da letztere'etwa β kurzer als der¹ Abgreifer-27' ist (vgl. Kante 37), wird elektrischer'Kontakt des Abgrei- fers 27.mit einem geringer werdenden Teil*des Kontaktgebietes 19 während der'Drehung aufrechterhalten,' aber auch in der vollen Kapazitätsstellung herrscht'immer noch ein elektrischer Kontakt mit wenigstens einem Teil dieser Oberfläche und hält elektrischen Durchgang damit aufrecht· Bei Drehung über die'volle kapazitätsstellung hinaus'oder bei Umkehrung der Drehung nimmt die kapazität in'd«qi Maß· ab, wie die Inselverbindung reduziert wird·

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Der Drahtnetzabgreifer 27» der zur .Kontaktierung der Insel l8 verwendet wird, schafft einen gleichförmigen Kontaktcwiderstand und beseitigt unerwünschte Effekte, beispiel,«- weise Rauschen oder Hysteresis des Kapazitätswertes bei der Drehung· Diese Nachteile, die bei den Kondensatoren bekannter Art vorherrschen, sind durch die Verwendung des Maschennetzabgreifers verringert oder beseitigt, welcher bei einer eingestellten Kapazitätsstellung nachgibt ("relaxes") und an den Elektrodensegmenten anhängt, was einen gleichförmigen und innigen Kontakt zwischen allen zuvor kontaktierten Segmenten gibt· Während das 4$O-Maschen-Rechteckgewebe aus etwa Ο,Οΐδ mm (0,7 m^l). starkem Draht sich als optimal erwiesen hat, können andere Gewebe, bei spielsweise -Köper -und andere Maschengrößen verwendet _u, werden. ., ■ ',.,. ■...■■■

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Das Qeflecht vereinigt hohe Leitfähigkeit, hohe Flexibili- tat, cute Abnutzungswiderstandsfähigkeit und eine angemesse-

ne Oberflächenrauhheit, um einen neuen langlebigen Gleitkon- takt zu schaffen, welcher in seinem Wesen eine Vielzahl von untereinander verbundenen, jedoch im wesentlichen unabhängig gen,federgespannten (mittels des Gummiringes 26) Kontaktge biet «notit einer Trennung von wenigen hundertstel Millimetern (ails) ■ dar·telItJSr enthält auch ,eine gelochte Oberfläche,

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....·· .··■■'■ ■ ·.-...■.. . ί welche zahlreiche Reservoirs oder Aushöhlungen zum Zurückhalten von unerwünschten Materialien schafft, das automatisch von der Elektrodenfläche während der Drehung abgeschabt vird· Ein durchlöcherter Metallfilm, wenige tausendstel Millimeter (Zehntel Mil) dick kann alternativ verwendet werden, jiieser wäre jedoch nicht so flexibel und würde auch nicht die gewellte Maschenoberfläche beitragen·

Wie dargestellt, ist der Rotor 23 ein geschichteter Aufbau, dessen Schichten aneinander befestigt sind, bei einer alter-

nativen Anordnung sind jedoch nur der Abgreifer 27 C id die

F*

Gleitplatte 28 miteinander verbunden, und das Polster 26 liegt in Sandwichweise zwischen dieser Anordnung und der Ringscheibe 25 lediglich durch mechanische Vorspannung, die _r an die vollständige Kondensatoreinheit angelegt ist· Wo das Polster 26 eine Oberfläche mit hoher Reibung aufweist, beispielsweise bei Gummimaterial, hält das' Netz 27 mit dem-Polster 26 und dem Ring 25 genügend die Spur, während der Drehung des letzteren· Um die Spurverfolgung sicherzustellen, kann auch der Abgreifer 27 mit der Welle 32* ver-' keilt' oder an dieser befestigt sein, die den' Ring 25 antreibt, und in der Tat können alle getrennten Elemente, die den Rotor angehören , so an der Rotorweile 32 be festigt 'sein« · ' .·■;■.·■"■■·

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Als alternativer Abgreifer,, der befriedigende Ergebnisse liefert.,, wurde ein leitender Gummistreifen aus met^llbe-. aufschlagtem Gummi als Kontaktabgreifer 27 verwendet« . Diese Abgreiferausführung hat ebenfalls genügende Federkraft, um einen sehr gleichförmigen Kontakt zu den ausgewählten Inseln zu schaffen· Darüber, hinaus kann er direkt auf dem flachen Hing 25 aufgesetzt sein, um sowohl den leitenden Abgreifer 27 als auch ein Gummidruckring 26 zu schaffen*. . . . . .

Für: größte Wirksamkeit sollte die Verteilung der Inseln . l8 maximal wirksame Nutzung 4er Kapazität sober fläche, schaffen« Daher ist. die Geometrie jedes einzelnen Inselsegmentes wichtig». Es sei beispielsweise angenommen, daß der äußere. Duchraesser. D des. Statorringes bei etwa 1_?27 cm. (0,5 inch) und der.: innere Durchmesser d (der Öffnung l4.) bei et^a.

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W .0,127 cm (0^05 inch) liegt, während, jedes Insels,e.gment l8 ein Quadrat mit einer Seitenlänge von etwa 0,02 cm ~ (0,008 inch) und einem Abstand zwischen den. Inseln. \jon

ist
etwa 0,005 era (0*002 inch)· Dann ist der.Abstand b von einer Inselkante zu der nächs-ten angrenzenden Inselkante etwa 0,025 cm (0,0JO inch) und der Prozentsatz des effektiven, Gebietes,, der von dem Inselsegment bedeckt ist, liegt

bei,;. . _{2 a} .

a (0.02) ■ 0,64 oder 64 %

b² (0.025)^{2 m/}~.

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Das gesamte Gebiet, welches für die Austerverteilung

(angenommen, die Elektrode 17 ist ein Halbkreis) zur Verfügung steht, istj

Id² ' ²

Das effektive Elektrodengebiet ist dann ·

/IT d

ο ο

cm (0,62 inch )

Dann ist. bei dem gegebenen Beispiel die maximal erhältliche Kapazität in Picofarad: · ....·.

r .225 KA · I

C * ■ _d ■ ,

Hierbei ist A, das Gebiet der Elektrode, gleich O*ö625 inch , K gleich 400 undd, der Abstand- zwischen den-Elektroden, gleich OyOOl inch. Daraus ergibt sich für C der Wert von 562O Picofarad· < ■ ■ ι

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Höhere Kapazitätswerte können erzeugt werden, indem man eine dielektrische Schicht l6 mit einer höheren Dielektrizitätskonstante verwendet· Beispielsweise hat Bariumtitanat mit einem Überschuß an Titan eine Dielektrizitätskonstante von 3000· Diese erzeugt einen Kapazitätswert von annähernd k2 200 Picofarad in dem obei/angegebenen Beispiel·

Obgleich das Inselmuster der bevorzugten Ausführungsform quadratische Segmente enthält, ist die Erfindung nicht auf ein derartiges Muster beschränkt. Die Inselsegmente können brecht eckig, rund, oval usw. sein· Darüber hinaus braucht das Muster nicht überall gleichförmig zu sein, wie es in Fig, 6dargestellt ist, die eine alternative Ausführungsform des Musters 17 in der Fig. 1 darstellt» In Pig· ό sind diö im wesentlichen l80° der Oberflächendrehungj dio für das^: Muster 17 erhältlich ist, in vier Sektoren oder Quadrantzonen 17a bis I7d unterteilt, von denen jede eino andere Reihenorientierung und Inseln unterschiedlicher Geometrie haben· In diesem Fall nehmen die Inseln ΐβ in ihrer Größe in -, . jedem,nachfolgenden Quadrant zu· Diese Anordnung'bietet_| eine Kapazitätsveränderung, unter unterschiedlichen schrittweisen Raten, abhängig von dem Sektor, übor welchen der Abgreifer 27 sich vorwärts bewegt· Wenn beispielsweise der Abgreifer 27 in den Quadranten 17a (angenommen, eine

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Drehung im Uhrzeigersinn) vorrückt,sind die Inseln l8a, in welche die Zone 17a unterteilt ist, relativ klein und die schrittweise Kapazitätswertänderung ist relativ klein. Wenn der Abgreifer 27 in die Quadranten 17b» c und d vorrückt, werden (zu dein zuvor gebildeten Kapazitätswert) die relativ groß-ren Inselsegmente l8b, l8c und l8d hinzugefügt· Eine typische Verteilung ist die folgende:

Quadrant 17a - 43° Bogen und 56 % effektives Gebiet Quadrant 17b - 50° Bogen und 66 % effektives Gebiet Quadrant 17c - 45° Bogen und 76, 5 % effektives Gebiet Quadrant 17d - 42° Bogen und 80 % effektives Gebiet , wobei das gesamte effektive Elektrodengebiet bis zu 70 %. betr-ägt.

Spezielle Raten der Kapazitätsänderung bei Winkeldrehung (oder Gleitrate des Abgreifers 27) kann auch durch Veränderung der Geometrie der Elektrode 12 erreicht werden· Es kann beispielsweise anstelle eines regulären ringförmigen Segmentes, wie beschrieben, die Elektrode 12 in der Breite variieren usw·· Beispielsweise kann die Breite des kreisförmigen Streifens, der die Elektrode 12 bildet, von einem zum anderen

Ende abnehmen, so daß eine besondere Kapazitätswertkurve (auch mit gleichförmigen Inseln l8) erhalten wird, wenn der Abgreifer 27 in dieser Richtung fortschreitet· Es ist. natürlich auch eine Veränderung der Gesamtgeometrie des

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Musters 17 möglich, könnte jedoch zu unerwünschten Effekten wegen des Abgreiferkontaktes mit der Oberfläche des dielektrischen Filmes l6 in Gebieten, die die Elektrode 12 überlagern, führen· Dies kann jedoch in einem gewissen Maß gemindert werden, indem ein Film 21 in diesem Gebiet vorgesehen wird.

Die Einheit kann so aufgebaut sein, daß sie »ehr als eine variable Kapazität schafft, beispielsweise indem die untere Elektrode 12 in zwei Segmenten (nicht dargestellt) , jede in Verbindung mit einem jeweiligen Anschluß»hergestellt wird· In diesem Fall kann das Kontaktgebiet für die Elektrode 17 in einer peripherisehen Anordnung vorgesehen werden· Zusätzlich können variable Komponenten, wie Widerstände und Induktoren ebenso wie festgelegte Kondensatoren, Widerstände und Induktoren eingeschlossen sein» beispiels-

·

^r weise kann das festgelegte Element zwischen einem Anschluß und seiner Elektrode abgelagert sein·

Andere Aueführungsformen der Erfindung, die mit den oben beschriebenen Merkmalen im Sinne der Erfindung übereinstimmen, können verwirklicht werden· Beispielsweise kann der erhältliche Kapazitätswert angehoben «orden, indem beide Seiten des Stators 11, wie in Fig* 7 dargestellt,

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benutzt werden, wobei ein Querschnittsaufbau, wie er in Fig· 2 gezeigt ist, modifiziert wird, indem eine weitere kontinuierliche Elektrode 40 auf der gegenüberliegender) Oberfläche des Substrats 13 aufgebracht und danach eine zweite dielektrische Schicht 4l über der Elektrode 40 gebildet wird· Dann wird ein weiterer leitender Film auf der äußeren dielektrischen Fläche gebildet, wobei ein Teil über der Elektrode 40 liegt, die in ein Elektrodenmuster 42 geformt ist, das eine Anzahl von Inseln 43 enthält, während der verbleibende Teil in ein zweites Kontakt^jbiet

und einen Eingangsanschluß (nicht gezeigt) gefor:'"- ist· Das Muster 42 bildet eine vierte Elektrode und enthält, mit dem darunter liegenden Teil der dritten Elektrode 40, einen zweiten variablen Kondensator· Ein zweiter Film 45 mit niedrigor Dielektrizitätskonstante kann zwischen den Inseln 43 gebildet sein· Nimmt man die gleichen Materialien, Oberflächengebiete und Muster des ersten Statorkondensators, wie oben beschrieben, an, führt ein zweiter Abgreifer, identisch ait dem zuvor in Zusammenhang mit dem in Fig· 3 und 4 beschriebenen ,im wesentlichen zur gleichen Kapa-

sich zität wie das gegenüberliegende Glied, wenn er/über das inselmäßige Muster 42 synchron mit dem ersten Abgreifer vorwärtsbevegt« Venn die Kapazität der beiden Kondensatoren parallel verbunden wird, wird die dadurch erhältliche Gesamtkapazität verdoppelt·

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Die beiden Abgreifer können auch in entgegengesetzten Richtungen oder außer Phase zueinander gedreht werden; beispielsweise kann der obere Abgreifer auf der Welle 32 so angeordnet sein, daß er um l8O versetzt gegen den unteren Abgreif er verkeilt ist β In diesem Fall und unter der Annahme_t daß jede kontinuierliche Elektrode (die Elektroden 12 und kO) mit einem unterschiedlichen Potential und beide Anschlüsse der inselmäßigen Elektroden gemeinsam verbunden sind, wirkt das Kondensatorpaar als ein Kapazitätsspannungsteiler. Ein Signalpotential kann dann zwischen dem an beiden Elektroden entwickelt werden·

Der Spannungeteiler kann einfacher durch zwoi halbkreisförmige Segaente aufgebaut sein, die auf doa Substrat 13 in Berührung tait jeweiligen Anschlüssen gebildet sind, und einen kontinuierlichen Ring, der übor boiden liegt und für einen Rotorkontakt an einem dritten Anschluß angopaßt ist·

Vorteilhafterweise schafft der Stator 11 ein variables Kondonsatorglied in einer geschichteten Anordnung, box der ein Trägorglied eine leitende Elektrodenoborflache schafft, die ein dünnes dielektrisches Glied und eino darüber liegende diskontinuierliche Elektrode trägt, um oino außerordent-

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lieh hoho Kapazität ohne Zwischenachichtspalt zu schaffen· Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 13 aus isolierendem Material mit einem leitenden Film 12 und einem dielektrischen Film l6 auf der darüber liegenden Fläche abgelagert, andere Anordnungen sind jedoch möglich· Beispielsweise kann die Elektrode 12 und der Film l6 aus einem dünnen Tantalblatt bestehen mit einer oxydierten oberen Fläche oder reduziertem.Bariumtitanat mit einer dünnen oxydierten Oberfläche.

In entsprechenden Fällen kann das Substrat selbst aus leiten-

dem oder halbleitendem Material, beispielsweise Tantal oder reduziertem Bariuratit'anat, bestehen· Wenn natürlich dor Substre2cörper aus leitendem Material bestehen soll, muß das Kontakt gebiet 19 und sein Anschluß 20 ira wesentlichen

von dom Substrat durch ein Material mit niedriger Dielek trizitätskonstante oder dergleichen isoliert sein, um ihren Beitrag zur Kapazität in diesem Fall zu vermeiden·

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Claims (7)

Patentansprüchez

1. Variabler Kondensator hoher Kapazität, gekennzeichnet durch einen Stator mit einem isolierenden Substrat, das einen leitenden Oberflächenteil zur Schaffung einer ersten Elektrode enthält, einen dünnen dielektrischen Film überlagert der ersten Elektrode, eine diskontinuierliche zweite Elektrode abgelagert auf dem Film über der ersten Elektrode, wobei die zweite Elektrode aus einer Anzahl von gegeneinander isolierten, leitenden Inselgebieten besteht, einen ersten und einen zweiten Anschluß jeweils angeordnet benachbart der ersten und der zweiten Elektrode, wobei der erste Anschluß mit der ersten Elektrode verbunden ist, und einen Rotor mit einem elastischen, leitenden Oberflächenteil, der eine Brücke zwischen dem zweiten Anschluß und ausgewählten Inselgebieten der zweiten Elektrode herstellt, zur Schaffung einer Kapazität zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß in Übereinstimmung mit einer Drehung des Rotors in einen Kontakt mit einer inkrementweise geänderten Anzahl von Inselgebieten.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode und der zweite Anschluß im wesentlichen ooplanare Glieder sind, die auf der Oberfläche des Filmes frei liegen, und daß der leitende Oberfläohenteil des Rotors ein im wesentlichen planares Glied angepaßt an gleitenden Eingriff mit dem zweiten Anschluß und die zweite Elektrode ist, um einen Überbrückungskontakt zwischen dem zweiten Anschluß und den ausgewählten Inselgebieten zu schaffen.

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3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gleitende Kontaktglied eine federnde Schicht mit einem hochflexLblen, leitenden OberflächenteLl aur Schaffung einer Mehrzahl von untereinander verbundenen Konbaktgebieten enthält, die einen im wesentlichen gleichförmigen Kontaktdruck auf benachbarte Inselgebiete schafft,

4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennungen zwischen den Inselgebieten Lm wesentlichen mit festem dielektrischen Material mit wesentlich niedrigerer Dielektrizitätskonstante als die den dielektrischen Filmes, der die Elektroden trennt, gefüllt ist.

5. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende OberflächenteLL des Rotor.y ein MetaLLdrahtnetz Lat und daß der Rotor eine fudtirndo 'DrügerochLcht zum Drücken des Drahtnetzes Ln Kontakt in L h d;im z'.vnlbon Anschluß und den Inselgebieten enthält.

6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweLte Elektrode ein RLngsegment und der Leitende OberfläehenteLl des Rotors ein RLnguegment von wenigstens gerLngfllglg größerer Länge als die zweite fJLoktrode und beL im weaenbLLehen gLaiohen radLalon Abutaud wLe die zweite KLektrode abgeLagort ist,

7. Kondensator nach An.ipruoh 5_t dadurch gjk.jnnzs'iohn-.yc, laß tier Rotor οLnan Obarf Lach mteiL mit nLiidPl.^er R^Lbung, Lm w-i»enblLchnn copL'Uiac mLt lom unl mi^c »!.ί-ιι-Ι t;i -la;) Dr.'Uitno t«, fiuf',V3in t, mn rhi au;j;i^;}rt'ilm - >u Ob .μ i'LH^hnn ,*r;bio t •l.j'i Rotors au :!-.:liaf f.' tu,

θ. Kondensator, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine flexible durchlöcherte leitende Schicht enthält, die in Kontakt mit dem zweiten Anschluß und den besagten Inselgebieten gedrückt wird.

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