DE2815118A1

DE2815118A1 - Durchfuehrungskondensator

Info

Publication number: DE2815118A1
Application number: DE19782815118
Authority: DE
Inventors: Eiji Imamura; Mitsunao Okumura; Kikuo Wakino
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1978-10-19
Also published as: GB1601857A; DE2815118C2; FR2386895A1; FR2386895B1

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Muratc FP-0778

BESCHREIBUNG

Gegenstand der Erfindung ist ein Durchführungskondensator nach dem Oberbegriff der Patentansprüche.

Zum Stand der Technik auf dem Gebiet der Durchführungskondensatoren sei im Zusammenhang mit der Erfindung auf die US-PS 3 255 386 hingewiesen. Diese Durckschrift zeigt einen keramischen Durchführungskondensator in Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Elektroden und einer dazwischen angeordneten dielektrischen Keramikschicht, sowie mit einem Durchführungsleiter, der sich parallel zur Ebene der Mehrzahl von Elektrodenschichten erstreckt.

In der nicht vorveröffentlichten offengelegten japanischen Gebrauchsmusterschrift 28 607/1976 der gleichen Anmelderin wird ein Durchführungskondensator in Schichtstruktur vorgeschlagen, der einen Durchführungsleiter enthält, der sich senkrecht zur Ebene der Mehrzahl von Elektrodenschichten erstreckt. Die Fig. 1 zeigt in Schnittansicht den grundsätzlichen Aufbau dieses vorgeschlagenen Durchführungskondensators, während die Fig. 2 die Draufsicht auf den Kondensator nach Fig. 1 wiedergibt. Zur Verdeutlichung wesentlicher Elemente zeigt die Fig. 3 einen Teilschnitt des Kondensators nach Fig. 1. Der dargestellte Durchführungskondensator in Schichtbauweise umfaßt einen sich in Längsrichtung des Durchführungskondensators erstreckenden Durchführungsleiter 1 und einen diesen umgebenden Kondensatorteil 2, sowie einen flanschartig abstehenden Leiter 3 für den Anschluß des Massepotentials der von der Außenfläche des Kondensatorteils absteht. Der Kondensatorteil 2 umfaßt eine dielektrische Schicht 21, insbesondere aus Keramik, die in eine Mehrzahl von Einzelschichten unterteilt ist, die sich/orthogonaler Richtung

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vom Durchführungsleiter 1 aus erstrecken. Der Kondensatorteil 2 umfaßt weiterhin eine Mehrzahl von zwischen die dielektrischen Schichten eingebrachten ersten Innenelektrodenplatten 22, die ebenfalls senkrecht zum Innenleiter 1 angeordnet sind, sowie eine entsprechende Anzahl von zweiten Innenelektrodenplatten 23, die zwischen den dielektrischen Schichten 21 und ebenfalls senkrecht zum Durchführungsleiter 1 angeordnet sind. Die ersten und zweiten Innenelektrodenplatten 22 und 23 folgen in Axialrichtung abwechselnd aufeinander. Die Außen- und Innendurchmesser der ersten Innenelektrodenplatten 22 sind kleiner gewählt als die Außen- und Innendurchmesser der zweiten Innenelektrodenplatten 23. Eine im wesentlichen zylinderförmige Innenelektrode 24 weist einen auf den Innendurchmesser der ersten Innenelektrodenplatten 22 angepaßten Durchmesser auf und erstreckt sich durch die Anordnung der ersten Innenelektrodenplatten 22, so daß die inneren Durchmesserkanten der schichtartig übereinander angeordneten ersten Innenelektrodenplatten 22 elektrisch mit der zylindrischen Innenelektrode 24 verbunden sind. Andererseits weist eine im wesentlichen ebenfalls zylinderförmige Außenelektrode 25 einen auf den Außendurchmesser der zweiten Innenelektrodenplatten 23 angepaßten Durchmesser auf und umgibt die zweiten Innenelektrodenplatten, so daß die äußeren Durchmesserkanten der Elektrodenplatten 23 elektrisch mit der Außenelektrode 25 verbunden sind. Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, sind die ersten Innenelektrodenplatten 22 mit der Innenelektrode 24 und die zweiten Innenelektrodenplatten 23 mit der Außenelektrode 25 kammartig ineinandergreifend zusammengesetzt. Für den Fachmann ist damit ersichtlich, daß der Kondensatorteil 2 aus einer Mehrzahl von Kapazitätselementen zusammengesetzt ist, die durch jeweils ein Paar von benachbarten ersten und zweiten Innenelektrodenplatten 22 bzw. 23 gebildet sind, so daß

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die Kapazitätselemente in Axialrichtung verteilt aufeinanderfolgen, wobei eine Parallelschaltung der einzelnen Kapazitätselemente den gesamten Kondensatorteil 2 bildet. Der Abstand zwischen dem Durchführungsleiter 1 und der Innenelektrode 24 ist durch ein Lötmittel 4a gefüllt, während die flanschartig abstehende Masseanschlußplatte 3 mit der Außenelektrode 25 verlötet ist. Damit sind die Innenelektrode 24 bzw. die Außenelektrode 25 elektrisch mit dem Durchführungsleiter 1 bzw. dem Masseanschlußleiter 3 galvanisch verbunden. Der Durchführungsleiter 1 und der Masseanschluß 3 bilden jeweils eine Anschlußklemme oder einen Anschlußpol für den dargestellten Durchführungskondensator.

Nachfolgend wird die Kennlinie der Resonanzfrequenz eines solchen Durchführungskondensators in Schichtaufbau beschrieben:

Die Fig. 4 zeigt eine typische Resonanzkennlinie eines herkömmlichen Durchführungskondensators mit Schichtaufbau der erläuterten Art, wobei auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Dämpfungswerte aufgetragen sind. Wie sich aus der graphischen Darstellung ersehen läßt,-weist der Frequenzgang ein einziges Maximum und vergleichsweise flach abfallende Flanken auf. Der Grund für diese vergleichsweise "weiche" Kennlinie ist der, daß sich für den in Fig. 1 gezeigten Schichtaufbau des Durchführungskondensators jeweils Kapazitätselemente mit im wesentlichen gleichen Kapazitätswerten ergeben, während der Induktivitätswert der induktiven Komponente jedes Kapazitätselements in Bezug auf den Masseanschluß mit dem gegebenen Abstand des Kapazitätselements vom Masseanschluß 3 zunimmt, mit der Folge, daß die durch den Kapazitätswert jedes Kapazitätselements und die induktive Komponente für jedes Element bestimmte

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Resonanzfrequenz mit dem Abstand vom Masseanschluß 3 abnimmt, was zur Folge hat, daß die Frequenzkennlinie vom Maximum aus mit vergleichsweise flacher Steigung abfällt. Mit anderen Worten: je größer der Abstand des jeweils betrachteten Kapazitätselements vom Masseanschluß 3 ist, umso niedriger wird die jeweils maßgebliche Resonanzfrequenz, was für den Gesamtfrequenzgang eines solchen herkömmlichen Durchführungskondensators in Schichtaufbau zu der in Fig. 4 veranschaulichten Frequenzgang-Kennlinie mit einem Maximum und vergleichsweise flachem Anstieg bzw. Abfall führt.

Je nach dem Anwendungszweck jedoch, etwa für Filterschaltkreise, werden an Durchführungskondensatoren andere Anforderungen hinsichtlich des Frequenzgangs gestellt. Für einige Anwendungen wird beispielsweise eine gleichmäßige Dämpfung über einen relativ breiten Frequenzbereich gewünscht, selbst wenn die Dämpfungswerte insgesamt relativ niedrig sind, während für andere Anwendungszwecke eine relativ hohe Dämpfung in einem relativ schmalen Frequenzband benötigt wird. Mit herkömmlichen Durchführungskondensatoren lassen sich solche unterschiedlichen Anforderungen je nach Anwendungszweck nicht befriedigen.

Bei einem herkömmlichen Durchführungskondensator mit dem erwähnten Aufbau ergibt sich jedoch noch ein anderes Problem:

Da die in Axialrichtung verteilten Kapazitätselemente jeweils den gleichen Kapazitätswert aufweisen, läßt sich möglicherweise ein befriedigender Frequenzgang in einem relativ niedrigen Frequenzbereich erreichen, was jedoch nicht notwendigerweise auch zu einer zufriedenstellenden Frequenzgangkennlinie in einem höheren Frequenzbereich führt. Dies beruht in erster Linie auf der an sich be-

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kannten Tatsache, daß jedes Kapazitätselement in höheren Frequenzbereichen sich als Reaktanz nicht nur wie eine reine Kapazität verhält, sondern unerwünschte Parallelresonanzen hinzukommen, so daß das Kapazitätselement auch als induktive Komponente wirken kann. Über beliebige Frequenzbereiche lassen sich daher mit Durchführungskondensatoren der hier beschriebenen Art keine befriedigenden Frequenzkennlinien erreichen. Wird ein solcher Durchführungskondensator gleichwohl so ausgelegt, daß das erwähnte Phänomen von Parallelresonanzen bei relativ hohen Frequenzen nicht auftritt, so daß die Wirkung des Kapazitätselements auch als induktive Komponente verhindert ist, so kann dies nur erreicht werden, wenn jedes Kapazitätselement hinsichtlich der räumlichen Abmessungen und Geometrie sehr klein ausgelegt wird. Die Verminderung der Geometrie jedes Kapazitätselements führt andererseits auch zu einer Verkleinerung des jeweiligen Kapazitätswerts, mit der Folge, daß jetzt bei relativ niedrigen Frequenzen kein befriedigender Frequenzgang mehr erreicht werden kann.

!n sehr hohen Frequenzbereichen ergeben sich bei Durchführungskondensatoren der hier erwähnten Art noch andere Schwierigkeiten:

Im Bereich etwa von 1 bis 10 GHz beispielsweise wird die induktive Komponente der Außenelektrode 25 dominant und erreicht einen erheblichen Einfluß. In diesem Frequenzbereich spielt auch der induktive Wert, insbesondere für die vom Masseanschluß 3 weiter ab liegenden Kapazitätselemente eine erhebliche Rolle. Es ist äußerst schwierig, diese induktive Komponente bei so hohen Frequenzen klein

3Q zu halten.

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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Durchführungskondensator mit verbessertem Frequenzgang, also zur Signaldämpfung in einem relativ breiten Frequenzbereich zu schaffen. Eine damit in unmittelbarem Zusammenhang stehende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Durchführungskondensators mit relativ hohen Dämpfungswerten für ein relativ schmales Frequenzband. Insbesondere soll der zu schaffende Durchführungskondensator sich vorteilhaft für hohe Frequenzbereiche eignen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgabe gibt der Patentanspruch 1 in allgemeiner Form an. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die differentielle Kapazitätsverteilung in Axialrichtung des Durchführungsleiters durch differentielle Verteilung der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials in Axialrichtung des Durchführungsleiters erreicht. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist zur differentiellen oder abschnittweisen Kapazitätsänderung in Axialrichtung des Durchführungsleiters der Abstand zwischen benachbarten Elektroden abschnittweise geändert. Bei einer noch anderen Ausführungsform wird die differentielle Kapazitätsverteilung durch differentielle Abstufung einander gegenüberstehender Flächenbereiche benachbarter, jeweils ein Kapazitätselement bildender Elektroden in Axialrichtung erreicht. Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der Erfindung wird die abschnittweise oder differentielle Änderung des Kapazitätsverteilung in Richtung des Durchführungsleiters dadurch erreicht, daß die durch jedes Kapazitätselement und die zugeordnete induktive Komponente bestimmte Resonanz-

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frequenz in Richtung des Durchführungsleiters konstant gewählt wird. Damit erhält man einen Frequenzgang für relativ starke Dämpfung in einem relativ schmalen Frequenzband. Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung wird die differentielle Änderung der Kapazitätsverteilung in Richtung des Durchführungsleiters so gewählt, daß die gesamte Resonanzfrequenzkennlinie des Durchführungskondensators breit wird. Ein solcher Durchführungskondensator weist eine Frequenzgangkennlinie mit relativ niedrigen Dämpfungswerten über einen relativ breiten Frequenzbereich auf.

Ein erfindungsgemäßer Durchführungskondensator eignet sich in zweckentsprechender Gestaltung speziell für Fernsehtuner und dergleichen, wobei die Kapazität zwischen einem Durchführungsleiter und einem zylindrischen, auf Massepotential liegenden Leiter gebildet ist,durch den der Durchführungsleiter hindurchgeht. Die Kapazitätsverteilung läßt sich in Richtung des Durchführungsleiters in gewünschter Weise wählen, beispielsweise so, daß die Resonanzfrequenzen eines äquivalenten Resonanzschaltkreises, gebildet aus verteilten Induktivitätskomponenten und verteilten Kapazitätskomponenten zwischen dem Durchführungsleiter und dem Massepotential des zylindrischen Leiters,von Abschnitt zu Abschnitt unterschiedlich sind, um einen möglichst breiten Frequenzbereich abzudecken.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Schnittdarstellung eines bereits erläuterten Durchführungskondensators mit dem erwähnten

Schichtaufbau;

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Fig. 2 die Draufsicht auf den Durchführungskondensator nach Fig. 1;

Fig. 3 die bereits erläuterte vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Abschnitts des Kondensators nach Fig. 1;

Fig. 4 in graphischer Darstellung den Verlauf der

Resonanzkennlinie eines herkömmlichen Durchführungskondensators mit Schichtaufbau;

Fig. 5 die Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchführungskon

densators;

Fig. 6 die Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 bis 12 jeweils Schnitt/Ansicht-Darstellungen von weiteren Ausführungsformen erfindungsgemäßer

Durchführungskondensatoren;

Fig. 13 die Schnittdarstellung einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 14 bis 17 die Frequenzgänge unterschiedlicher Ausführungsformen von Durchführungskondensatoren mit

erfindungsgemäßen Merkmalen.

Die in Fig. 5 dargestellte erste Ausführungsform der Erfindung zeigt einen in ein Chassis 101 oder dergleichen eingebauten Durchführungskondensator. Das Chassis 101 weist eine kreisrunde öffnung 106 auf, die'zur Halterung eines Masseleiters 102 des Durchführungskondensators dient. Der Masseleiter 102 ist im wesentlichen zylinderförmig und besitzt einen etwa in der Mitte außenseitig abstehenden Ringflansch 103, an die in der Darstellung nach unten ein Gewindeabschnitt 104 anschließt, auf den zur Halterung des Durchführungskondensators eine Mutter 105 aufgezogen ist. Wie die Zeichnung erkennen läßt,

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liegen die Randbereiche der öffnung 106 zwischen dem Ringflansch 103 und der Mutter 105. Der Durchführungskondensator weist einen Durchführungsleiter 110 auf, der sich in Axialrichtung entlang der Achse des Masseleiters 102 erstreckt, d.h. der Durchführungsleiter 110 wird durch den zylindrischen Abschnitt des Masseleiters 102 umschlossen.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Gesamtkondensator durch ein erstes, ein zweites und ein drittes Kondensatorelement 108, 107 bzw. 109 gebildet, die in Axialrichtung des Durchführungsleiters 110 aufeinanderfolgen. Diese Kapazitätselemente sind jeweils zwischen dem Durchführungsleiter 110 und dem Masseleiter 102 gebildet. Das zweite Kondensatorelement 107 wird bei dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sich eine für hohe Frequenzbereiche gut geeignete Frequenzgangkennlinie ergibt. Zu diesem Zweck wird als dielektrisches Material zwischen dem Durchführungsleiter 110 und dem Masseleiter 102 beispielsweise Keramik, das unter dem Handelsnamen MICA bekannte Material oder Kunststoff material verwendet. Beim dargestellten Beispiel ist das dielektrische Material zylinderförmig, besteht aus Keramik und ist an der Innen- bzw. Außenfläche mit Elektrodenschichten versehen. Das erste bzw. dritte Kondensatorelement 108 bzw. 109 zeigen eine Frequenzgangkennlinie für tiefere Frequenzbereiche; diese Elemente sind koaxial zum zweiten Kondensatorelement 107 in Axialrichtung unmittelbar an dieses Kondensatorelement 107 anschließend angeordnet. Die für einen tieferen Frequenzbereich bestimmten Kondensatorelemente 108 und 109 können, um einen größeren Kapazitätswert bei kleinerer Baugröße des Kapazitätselements gewährleisten zu können, als dielektrisches Material einen elektrolytisch oxidierten Metallüberzug, Tantal oder halbleitendes Keramikmaterial enthalten.

Den Frequenzgang dieser ersten Ausführungsform der Erfindung gibt die Fig. 14 wieder:

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Die dielektrischen Materialien dieser Abschnitte sind als zylindrische dielektrische Keramikkörper geformt, wobei die Innen- und Außenflächen mit Elektrodenschichten versehen sind, so daß jeweils ein Kondensatorelement mit halbleitendem Keramikmaterial gebildet ist. Die auf der Innenfläche der Kondensatorelemente 108, 107 und 109 vorhandenen Elektrodenschichten sind elektrisch miteinander über den Innenleiter 110 verbunden. In ähnlicher Weise sind die auf den Außenflächen der zylindrischen dielektrischen Körper vorhandenen Elektrodenschichten elektrisch über den Masseleiter 102 verbunden. Die Endflächen des ersten und dritten Kondensatorelements bzw. 109 sind durch ein versiegelndes Kunststoffmaterial 111 bzw. 112 überdeckt.

Mit dem soweit beschriebenen Durchführungskondensator lassen sich Signale in einem sehr weiten Frequenzbereich, beispielsweise vom kHz-Bereich bis zum GHz-Bereich befriedigend durchführen, wenn die Materialien die Geometrie und die Anordnung der in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Kondensatorelemente richtig gewählt sind. Die drei Kondensatorelemente 107, 108 und 109 sind zwischen dem Durchführungsleiter 110 und dem Masseleiter 120 parallel geschaltet, wobei die Kondensatorelemente 108 und 109 ausreichend große Kapazitätswerte besitzen, die dem Durchführungskondensator auch in einem tieferen Frequenzbereich einen günstigen Frequenzgang verleihen, während der Kapazitätswert des Kondensatorelements 107 so gewählt ist, daß sich ein günstiger Frequenzgang in einem hohen Frequenzbereich zeigt, in dem die Kondensatorelemente 108 und 109 nicht mehr als Kondensator wirken. Insgesamt läßt sich, wie gesagt, mit diesem Aufbau ein Durchführungskondensator erreichen, der von niedrigen bis zu relativ hohen Frequenzen eine günstige Frequenzgangkennlinie aufweist.

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Bei dem in Fig. 6 ebenfalls in Schnittansicht dargestellten Durchführungskondensator sind die aus Fig. 5 bereits bekannten Einzelteile mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet. Der Leiter 102a entspricht im wesentlichen dem oben erläuterten Außenleiter 102 mit der Ausnahme, daß der Innendurchmesser im Bereich des Flanschs 103 verengt ist, so daß die Innenfläche dieses verengten Durchmesserabschnitts in Kontakt mit der äußeren Elektrodenschicht eines zylinderförmigen Kondensatorelements 113 aus Keramik steht. Die Kondensatorelemente 114 und 115 sind ähnlich aufgebaut, wie die Kondensatorelemente 108 und 109 bei der Ausführungsform nach Fig. 5, während die Kondensatorelemente 116 und 117 hinsichtlich ihrer Zusammensetzung dem Kondensatorelement 107 ebenfalls in Fig. 5 entsprechen. Wegen der Ergänzung dieser Ausführungsform um das Kondensatorelement 113 ergibt sich für diesen Durchführungskondensator ein in mancher Hinsicht günstigerer Frequenzgang.

Für den Fachmann ergibt sich aus der bisherigen Beschreibung, daß die Anzahl der Kondensatorelemente in Axialrichtung auf die jeweiligen Bedürfnisse angepaßt werden kann, wobei allgemein die Regel gilt, daß der Frequenzgang umso besser wird, je mehr einzelne Kondensatorelemente vorgesehen sind. Die Art, die Abmessungen, der Aufbau usw. der einzelnen Kondensatorelemente lassen sich im Hinblick auf bestimmte Anforderungen optimieren. Wesentlich ist, daß der Frequenzgang der einzelnen Kondensatorelemente so gewählt wird, daß nachteilige Effekte auf die Frequenz/Impedanz-Charakteristik der jeweiligen Kondensatorelemente bei einem erfindungsgemäßen Durchführungskondensator durch die Parallelschaltung anderer Kondensatorelemente kompensiert sind. Vorzugsweise jedoch werden die für niedrigere Frequenzbereiche bestimmten Kondensatorelemente am Eingang bzw. Ausgang des Durchführungs· kondensators angeordnet, während die für einen höheren Frequenzbereich dimensionierten Kondensatorelemente im Bereich

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der Mitte, also insbesondere im Bereich der Durchführungswand angeordnet werden. Um die Verlust- und eine Reaktanzkomponente am Kontakt zwischen den inneren Elektrodenschichten und den jeweiligen Kondensatorelementen zu vermindern, werden die inneren Elektrodenschichten der einzelnen Kondensatorelemente über den Durchführungsleiter auf einem vergleichsweise großen Flächenbereich galvanisch miteinander verbunden. Entsprechendes gilt für die äußeren Elektrodenschichten der einzelnen Kondensatorelemente. Aus dem gleichen Grund werden die inneren und äußeren Elektrodenschichten der einzelnen Kondensatorelemente vorzugsweise so angeordnet, daß sie miteinander fluchten und unmittelbar aneinander anschließen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Art der Befestigung des gesamten Durchführungskondensators an einer Leiterplatte eines Chassis nicht auf die dargestellte Fixierungsart beschränkt ist.

Fig. 7 zeigt die Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung:

Der in dieser Figur dargestellte Durchführungskondensator ähnelt jenem der Fig. 1 bis 3, insbesondere hinsichtlich des inneren Schichtaufbaus. Aus diesem Grund sind die aus der Beschreibung der Fig. 1 bis 3 bekannten Elemente mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet und es wird nachfolgend nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen .

Wesentlich im Sinne der Erfindung ist bei dem Durchführungskondensator nach Fig. 7, daß die dielektrische Schicht 21 in Axialrichtung abschnittweise unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweist im Vergleich zu dem Kondensator der Fig. 1 bis 3, bei dem ein dielektrisches Material mit einheitlicher Dielektrizitätskonstantenverteilung über die ganze Axiallänge des Kondensators vorgesehen ist.

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Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das dielektrische Material bei der Fig. 7 in der oberen Hälfte aus Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante, während in der unteren Hälfte ein Keramikmaterial mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante verwendet ist. Damit wird der Kapazitätswert des oberen Teils größer als der des entsprechenden Kondensatorelements in der unteren Hälfte, unabhängig von der Konfiguration und Anordnung der Fläche der einander gegenüberstehenden Elektrodenplatten, mit der Folge, daß eine abgestufte Kapazitätsverteilung über die axiale Länge des Durchführungskondensators erreicht wird. Der Frequenzgang zeichnet sich durch einen breiten, flachen Abschnitt aus, wie die Fig. 14 erkennen läßt, bei der auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Dämpfungswerte aufgetragen sind.Die in der graphischen Darstellung gestrichelt angegebenen Kennlinien geben den Frequenzgang jeweils eines Abschnitts wieder, während die ausgezogene Kurve den Frequenzgang des gesamten Durchführungskondensators veranschaulicht. Dieser Durchführungskondensator läßt sich also gut als Filter verwenden und der ausnutzbare Frequenzbereich läßt sich im Bedarfsfall auch verbreitern.

Wird bei der Ausführungsform nach Fig. 7 die Dielektrizitätskonstante des keramischen Materials 21 in kleineren Abschnitten,im Grenzfall also differentiell verändert, so läßt sich noch eine wesentlich breitere Verteilung der Frequenzgangkennlinie erreichen. Die Fig. 15 verdeutlicht ein Beispiel für einen Durchführungskondensator der in Fig. 7 gezeigten Art, bei dem eine relativ feine Abstufung der Dielektrizitätskonstante über die axiale Länge des Durchführungskondensators vorgesehen ist. Die gestrichelten Kurven zeigen jeweils den Frequenzgang für ein einzelnes Kodensatorelement, während die ausgezogene Kurve wiederum den Gesamtfrequenzgang des Durchführungskondensators

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wiedergibt. Ersichtlicherweise ist das durchgelassene Frequenzband wesentlich breiter als bei der graphischen Darstellung der Fig. 14, die/auf die Verwendung von nur zwei unterschiedlichen dielektrischen Materialien im Inneren des Durchführungskondensators bezieht.

Bei den soweit beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden Frequenzgänge mit einem relativ flachen Dachbereich erzielt. Es lassen sich jedoch auch Frequenzgänge mit zwei Maxima und einem dazwischen liegenden relativen Minumum erzielen, wenn die Verteilung der Dielektrizitätskonstante in der dielektrischen Schicht 21 entsprechend gewählt wird; ein Beispiel für einen solchen Frequenzgang zeigt die Fig. 16.

Die Fig. 8 veranschaulicht den Innenaufbau einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ersichtlicherweise ähnelt der dargestellte Durchführungskondensator dem der Fig. 7 mit dem Unterschied, daß die differentielle oder mindestens abgestufte Verteilung der Kapazitätswerte der einzelnen Kondensatorelemente in Axialrichtung durch Änderung der Abstände zwischen jeweils benachbarten Elektrodenplatten 22 und 23 erreicht wird. Auch mit dieser Ausgestaltungsform der Erfindung lassen sich unterschiedliche Frequenzgänge erreichen, wie sie beispielshalber unter Bezug auf die Fig. 14 bis 16 erläutert worden sind.

Die Fig. 9 zeigt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung mit einem Kondensatorteil 2 mit kissenartiger Kapazitätsverteilung. Der Kondensatorteil 2 ist so gestaltet, daß der Durchmesser von der Position der Masseanschlußplatte 3 aus zunimmt, wodurch auch der Kapazitätswert der einzelnen Kondensatorelemente mit dem Abstand

von der Platte 3 aus ansteigt. Die Außenelektrode 25

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ist demgemäß in halber Schnittansicht V-förmig gestaltet oder weist, anders ausgedrückt, als Rotationskörper die Form eines Doppelkonus auf. Ein aus die Elektrode 25 angepaßter ringförmiger Leiter 5 stellt die Verbindung zum Masseanschluß 3 her.

Bei der dargestellten Ausführungsform ändern sich die einander gegenüberstehenden Flächenbereiche der inneren Elektrodenplatten 22 und 23, so daß die jeweiligen Kondensatorelemente mit zunehmendem Abstand vom Masseleiter 3 aus ansteigen. Andererseits wächst auch die induktive Komponente jedes Kondensatorelements mit zunehmendem Abstand vom Masseleiter 3. Es ergibt sich damit ein Durchführungskondensator ,der eine Kombination aus kleinen Kapazitätswerten und kleinen Induktivitätswerten mit relativ großen Kapazitäts-und relativ großen Induktivitätswerten darstellt. Im Prinzip erhält man für diese Ausführungsform einen Frequenzgang, wie bei Fig. 15.

Die Fig. 10 zeigt die Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Kondensatorteil 2 weist einen verkleinerten Durchmesserabschnitt, etwa im Mittenbereich auf, der zwischen zwei koaxial und unmittelbar anschließend ausgerichteten Abschnitten mit größerem Durchmesser angeordnet ist. Der Kapazitätswert der einzelnen Kondensatorelemente ist im Bereich des verkleinerten Durchmessers entsprechend klein, während für die beiden außen liegenden Abschnitte mit größerem Durchmesser ein entsprechend größerer Kapazitätswert maßgeblich ist. Der ausgesparte Abschnitt der Außenelektrode 25 im Bereich des verkleinerten Durchmessers ist mit einem ringförmigen Leiter 5 ausgefüllt, der die Verbindung zum Masseleiter herstellt.

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Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Fläche der einander gegenüberstehenden Elektrodenplatten 22 und 23 im Bereich der Abschnitte mit größerem Durchmesser entsprechend groß, so daß auch die Kapazitätswerte größer sind, während sich für den verjüngten Bereich entsprechend kleinere Plattenflächenberexche gegenüberstehen. Da wiederum der kleinere Kapazitätswert in der Nähe des Masseanschlusses 3 liegt, während die größeren Kapazitätswerte am Eingang und Ausgang des Durchführungskondensator liegen, ergibt sich ein Frequenzgang,der je nach der Anzahl der Kondensatorelemente entweder der graphischen Darstellung der Fig. 14 oder 15 entspricht.

Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig.11 ist ein Kondensatorabschnitt mit größerem Durchmesser auf einer Seite des Chassis bzw. des Masseanschlusses 3 vorgesehen. Für manche Anwendungsfalle,insbesondere auch für die Herstellung,kann dies im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 10 von Vorteil sein, da der Leiter 5 nicht benötigt wird und die Außenelektrode 25 unmittelbar mit dem Masseanschluß 3 verbunden werden kann. Auch mit dieser Ausführungsform läßt sich eine verbreiterte Durchlaßcharakteristik erzielen, deren Frequenzgang bei dem dargestellten Beispiel der Fig. 14 entspricht.

Die Ausführungsform nach Fig. 12 stellt eine Abwandlung des aus Fig. 9 bekannten Prinzips dar. In diesem Fall entspricht die Form des Kondensatorteils einem einfachen Konus. Der Masseanschluß 3 ist direkt mit der Außenelektrode 25 verbunden. Es wird ein ähnlicher Frequenzgang erzielt, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 9.

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Die Ausführungsform nach Fig. 12 ist jedoch insofern von besonderem Interesse als sich hier besonders günstig eine andere Kapazitätsverteilung der einzelnen Kondensatorelemente und damit ein völlig anderer Frequenzgang erreichen läßt. Vom Masseleiter 3 aus nehmen die Kapazitätswerte der einzelnen Kondensatorelemente zum entfernt liegenden Ende zu ab. Da wie oben erläutert, die Induktivitätswerte mit zunehmenden Abstand vom Masseanschluß 3 insbesondere an der Außenelektrode 25 zunehmen, ergibt sich durch die Kombination mit abnehmenden Werten der einzelnen Kondensatorelemente bei geeigneter Wahl des Steigungswinkels, daß das Produkt aus jeweiligem Induktivitätswert und jeweiligem Kapazitätswert für jedes Kondensatorelement als Konstante festgelegt werden kann. Damit läßt sich eine Frequenzdurchlaßkennlxnie mit relativ hohen Dämpfungswerten in einem relativ schmalen Frequenzband erreichen; dies gilt insbesondere für einen vergleichsweise hohen Frequenzbereich.

Die Fig. 17 verdeutlicht den Vergleich des Frequenzgangs eines Durchführungskondensators nach den fig. 1 bis 3 (gestrichelte Kurve) und des Frequenzgangs des Durchführungskondensators nach Fig. 12. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich also besonders dort, wo eine relativ hohe Dämpfung in einem relativ schmalen Frequenzbereich erwünscht ist.

Die Fig. 13 zeigt als Vollschnittdarstellung eine Ausführungsform eines Durchführungskondensators mit dem ein ähnlicher Frequenzgang erreicht wird, wie bei dem Durchführungskondensator nach Fig, 12. Bei dieser Ausführungsform ist der Masseanschluß 3 etwa in der Mitte des Kondensatorteils 2 angeordnet und die Kapazitätsverteilung

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nimmt zu den beiden Enden zu ab. Der Frequenzgang dieses Durchführungskondensators ist ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 12.

Die Erfindung läßt sich noch in anderer Hinsicht abwandeln. Beispielsweise kann eine stufenweise sich ändernde Kapazxtätsverteilung anstelle einer kontinuierlichen Änderung, wie etwa bei der Ausführungsform nach Fig. 12,vorgesehen sein.Der Kondensatorteil kann auch polygonal gestaltet sein, anstelle der im Querschnitt kreisrunden Ausführungsform der obigen Beschreibungen.

Um bei den Ausführungsformen nach Fig. 12 und 13 eine abnehmende Kapazxtätsverteilung vom Masseanschluß 3 gegen das oder die äußeren Enden zu erreichen, wurde eine Verjüngung des Außenleiters und damit eine Verkleinerung der einander jeweils gegenüberstehenden Flächenelektroden gewählt. Dabei wird nicht nur der Kapazitätswert jedes Kondensatorelements verkleinert, sondern es wird auch eine Verkleinerung der induktiven Komponente jedes Kondensatorelements erreicht. Die inhärente induktive Komponente eines Koaxialleiters läßt sich mit der folgenden Gleichung erfassen:

L = 2 log.

,-7

X 10 C^H/^m] /

worin mit L die inhärente induktive Komponente, mit R1 der Außendurchmesser des zentralen Deiters und mit R2 der Außendurchmesser des Außenleiters bezeichnet sind. Wird der Außendurchmesser R2 des Außenleiters entsprechend der abnehmenden Kapazxtätsverteilung kleiner, so nimmt auch der induktive Wert L des entsprechenden Kapazitätselements ab, mit der Folge, daß die zugeordnete Resonanzfrequenz ansteigt.

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Um eine Kapazitätsverteilung mit abnehmender Tendenz vom Masseleiter aus,zum entfernten Ende zu erreichen, kann auch das dielektrische Material so gewählt werden, daß die Dielektrizitätskonstante vom Masseanschluß zum entfernten Ende zu abnimmt. Zu diesem Zweck kann eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten jeweils eine für ein Kondensatorelement aus unterschiedlichen Materialien mit vom Masseanschluß aus abnehmender Dielektrizitätskonstante verwendet werden. Dazu alternativ können die Abstände zwischen jeweils einander gegenüberstehenden Elektrodenplatten 22 und 23 vom Masseanschluß zum entfernten Ende zu allmählich verkleinert werden. In diesem Fall braucht der Kondensatorteil 2 nicht konisch gestaltet zu sein.

Die Resonanzfrequenzkennlinien der Fig. 14 bis 17 wurden oben in Verbindung mit den einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Der Frequenzgang der Fig. 14 läßt sich insbesondere mit den Ausführungsformen nach den Fig. 5, 7, 8, 10 und 11 erreichen. Der Frequenzgang der Fig. 15 kann gut mit der Ausführungsform nach Fig. 6, mit Abwandlungen der Ausführungsformen nach den Fig. 7 und 8, sowie mit den Ausführungsformen nach den Fig. 9, 12 und 13 erreicht werden. Die Resonanzfrequenzkennlinie der Fig. 16 läßt sich mit den Durchführungskondensatoren der Fig. 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 erreichen. Die Resonanzfrequenzkennlinie der Fig. 17 kann mit Abwandlungen der Ausführungsformen der Fig. 7 und 8 sowie mit den Durchführungskondensatoren der Fig. 12 und 13 erzielt werden.

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Claims

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraf3o 4 Siekerwall 7

Murata FP-O778

Mü/hm 7. April 1978

Murata Manufacturing Company, Limited 26-10, Tenj in 2-chome,
Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu, Japan

Durchführungskondensator

Prioritäten: 7. April 1977, Japan, No. 43807/1977 24. Juni 1977, Japan, No. 83994/1977 2. Dezember 1977, Japan, No. 162507/1977

PATENTANSPRÜCHE

MJ Durchführungskondensator mit einem Durchführungsleiter und einem diesen umgebenden Außenleiter, gekennzeichnet durch

- eine mit dem Außenleiter (25) und dem Durchführungsleiter (1) wirkungsmäßig verbundene Vorrichtung zur Erzeugung einer Kapazitätsverteilung in Axialrichtung des Durchführungsleiters und

- eine mit der KapazitätsVerteilungsvorrichtung wirkungsmäßig gekoppelte Einrichtung zur differentiell oder abschnittweise unterschiedlichen Verteilung der Kapazitätswerte in Axialrichtung des Durchführungsleiters.

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2. Durchführungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kapazitätsverteilungsvorrichtung eine mit dem Durchführungsleiter (1) verbundene Innenelektrode (24, 22) und eine mit dem Außenleiter (25) verbundene Außenelektrode (23) und ein zwischen der Innenelektrode und der Außenelektrode angeordnetes dielektrisches Material (21) umfaßt.
3. Durchführungskondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials in Axialrichtung des Durchführungsleiters abschnittweise unterschiedlich ist.
4. Durchführungskondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur differentiellen Verteilung der Kapazitätswerte der Abstand zwischen der Außenelektrode und der Innenelektrode in Axialrichtung des Durchführungsleiters (1) differentiell verändert ist.
5. Durchführungskondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur differentiellen Änderung der Kapazitätswerte die einander gegenüberstehenden Flächenbereiche der Innenelektrode (22) und der Außenelektrode (23) in Axialrichtung des Durchführungsleiters abschnittweise unterschiedlich sind.
6. Durchführungskondensator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen am Außenleiter (25) festgelegten Masseanschlußpunkt (3).

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7. Durchführungskondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Kapazitätswerte in Axialrichtung des Durchführungsleiters so gewählt ist, daß das Produkt aus dem Kapazitätswert einer bestimmten Stelle und dem Induktivitätswert zwischen dem Masseanschlußpunkt und der bestimmten Stelle eine Konstante ist.
8. Durchführungskondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsverteilung in Axialrichtung des Durchführungsleiters so gewählt ist, daß das Produkt aus dem Kapazitätswert für eine bestimmte Stelle und dem Induktivitätswert zwischen dem Masseanschlußpunkt und der bestimmten Stelle in Axialrichtung des Durchführungsleiters unterschiedlich ist.
9. Durchführungskondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenelektrode eine Mehrzahl von Innenelektrodenplatten (22) umfaßt, die mit dem Durchführungsleiter in Axialrichtung im Abstand aufeinander folgend verbunden sind und si.ch senkrecht zum Durchführungsleiter erstrecken, und daß die Außenelektrode eine Mehrzahl von Außenelektrodenplatten (23) umfaßt, die senkrecht zum Durchführungsleiter stehen und mit dem Außenleiter in Axialrichtung des Durchführungsleiters im Abstand aufeinanderfolgend so verbunden sind, daß die Innenelektrodenplatten unter Einhaltung eines festgelegten Abstands jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei Außenelektrodenplatten hineinragen und daß das dielektrische Material (21) in den Raum zwischen den Innenelektrodenplatten und den Außenelektrodenplatten eingebracht ist.

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10. Durchführungskondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zur differentiellen Verteilung der Kapazitätswerte die dielektrische Konstante des zwischen die Mehrzahl von Innenelektrodenplatten und Außenelektrodenplatten eingebrachten dielektrischen Materials in Axialrichtung des Durchführungsleiters abschnittweise unterschiedlich ist.
11. Durchführungskondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zur differentiellen Änderung der Kapazitätswerte der Abstand zwischen jeweils einem Paar von benachbarten Innen- und Außenelektrodenplatten in Axialrichtung des Durchführungsleiters abschnittweise unterschiedlich ist.
12. Durchführungskondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zur differentiellen Verteilung der Kapazitätswerte die Flächenbereiche jeweils eines Paares von einander gegenüberstehenden Innen- und Außenelektroden in Axialrichtung des Durchführungsleiters abschnittweise unterschiedlich sind.
13. Durchführungskondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Kapazitätsverteilung so gewählt ist, daß das Produkt aus dem Kapazitätswert für eine bestimmte Stelle und den Induktivitätswert zwischen dem Masseanschlußpunkt (3) und der gegebenen Stelle konstant ist.
14. Durchführungskondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Kapazitätsverteilung in Axialrichtung des Durchführungsleiters so gewählt ist, daß das Produkt aus dem Kapazitätswert für eine bestimmte Stelle und dem Induktivitätswert zwischen dem Masseanschlußpunkt (3) und der bestimmten Stelle in Axialrichtung des Durchführungsleiters unterschiedlich ist.

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