DE3029807C2 - Keramischer Doppel-Durchführungskondensator mit hoher Durchschlagsfestigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Doppel-Durchführungskondensator mit hoher Durcrtschiagsfestigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein derartiger Kondensator dient insbesondere zur Verwendung in einem Störschutzfilter in einem Hochspannungs- oder Hochfrequenzgerät, wie etwa einem Mikrowellenofen, einem Rundfunksender oder einem Röntgensirahlgenerator. Bei einem im VHF- oder UHF-Band arbeitenden Hochfrequenz- und Mochieistungsgerät muß die der Netzleitung überlagerte Störung unterdrückt werden. Aus diesem Grund wird in die Netzleitung eines Geräts ein Störschutzfilter eingefügt, das in der Praxis ein Tiefpaßfilter ist

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird bereits an dieser Stelle zur Erläuterung des Ausgangspunktes der Erfindung auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. IA zeigt das Schaltbild eines Heizgeräts für einen Magnetron in einem Mikrowellenofen, bei dem in der Netzleitung ein Störschutzfilter eingefügt ist. Dabei bilden Kondensatoren G und Cz sowie Induktivitäten L\ und L₂ ein Störschutzfilter. Mit dem Bezugszeichen 100 ist ein leitendes Filtergehäuse, mit 102 das Magnetron. mit 104 das Heizgerät des Magnetrons 102 und mit 106 die Anode des Magnetrons 102 gekennzeichnet, wobei die Anode 106 geerdet ist. Die Kondensatoren O und Ci müssen eine hohe Durchschlagfestigkeit oder Durchschlagspannung bzw. Nennspannung haben, da beim Magnetron zwischen der Anode und dem Heizgerät eine hohe Betriebsspannung anliegt. Darüber hinaus müssen diese Kondensatoren ausgezeichnete Temperatureigenschaften aufweisen, da sie in dem Mikrowellenofen wiederholt auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden.

Derartige Kondensatoren sind üblicherweise Durchführungskondensatoren, wobei bei einem bekanntgewordenen Kondensator zur Verwendung in einem Störschutzfilter in einem Mikiowcllenofen zwei getrennte Kondensatoren oder ein Doppelkondensator mit zwei Kondensatoren in einem einzigen Gehäuse verwendet werden.

Fig. IB zeigt einen bekannten Doppel-Durchführungskondensator für ein Störschutzfilter, dessen Vorläufer in der japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 12 944/76 beschrieben ist. Fig. IC zeigt eine Querschnittsansicht des Kondensators nach Fig. IB und F i g. 1D eine Querschnittsansicht des Störschutzfilter, bei dem ein Doppelkondensator 200 nach den F i g. 1B t>o und IC verwendet wird.

Wie aus den Figuren zu ersehen ist, weist ein zylindrisch geformter Keramikkörper 1 mit einem elliptischen Umfang und zwei einander gegenüberstehende Stirnflächen ein Paar von Durchführungslöchern 2 und t>5 3 in der senkrechten Richtung zu den Stirnflächen des Keramikkörpers 1 auf. Auf der Stirnfläche der Oberseite des Keramikkörpers 1 sind ein Paar von getrennten Metull.si-hii-hU'ii zweier Heilige 4 und 5 mit entsprechenden Durchführungslöchern und auf der Stirnfläche der Unterseite des Keramikkörpers 1 eine durchgehende Metallschicht eines für die beiden anderen Beläge 4 und

5 gemeinsamen Gegenbelags 6 angebracht. Eine rechteckige, elektrisch leitende Grundplatte 7 weist einen flachen Teil Tc und einen erhabenen Teil 7 a auf. Der flache Teil 7c weist vier Löcher 7ί>1 bis 7o4 zum Befestigen des Doppel-Durchführungskondensators am Filtergehäuse auf. Der erhabene Teil 7a weist ein Paar von Durchführungslöchern 9 und 10, die den Durchführungslöchern 2 und 3 im Keramikkörper 1 entsprechen, sowie eine Vielzahl von kleinen Löchern Tb entlang seines Randabschnitts auf. Die kleinen Löcher Tb dienen zur Einführung eines Isoliermaterials, wie es im nachfolgenden beschrieben wird. Der gemeinsame Gegenbelag

6 ist auf dem erhabenen Tei) Ta der Grundplatte 7 so angebracht, daß die Durchführungslöcher 9 bzw. 10 mit den Durchführungslöchern 2 bzw. 3 zur Deckung kommen, und die Kleinen Löcher Tb sind außerhalb des Keramikkörpers 1 angeordnet. Ein Paar νί*ΐ stabförmigen Leitern 11 und 12 ist in den Durchführui.gslöchern 2 bzw. 3 sowie 9 bzw. 10 so eingefügt, daß die Leiter 11 und 12 den gemeinsamen Belag 6 (elektrisch) nicht berühren. Um die Isolation zwischen dem gemeinsamen Belag 6 u<id den Leitern 11 und 12 sicherzustellen, sind die Leiter 11 und 12 mit elastischen Kunststoffröhren (Isolierröhren) 15 bzw. 16 bedeckt. Ein Paar von kreisförmigen, elektrisch leitenden Scheiben 13 und 14 wird auf die oberen Abschnitte der Leiter 11 und 12 aufgesetzt und an die Leiter 11 und 12 sowie die Beläge 4 und 5 angelötet, um den elektrischen Kontakt zwischen den Leitern 11 und 12 und den Belägen 4 und S sicherzustellen. Diese Scheiben 13 und 14 weisen auch erhabene Teile auf, die entlang ihres Randabschnitts eine Vielzahl von kleinen Löchern 13a bzw. 14a aufweisen. Unterhalb der Grundplatte 7 ist eine hohle, einen elliptischen Zylinder bildende Kunststoffhülse 8 angeordnet, die die Leiter 11 und 12 mit den entsprechenden Isolierröhren 15 und 16 einschließt.

Ein Isoliermaterial 17, das beispielsweise Epoxydharz ist, bedeckt den Boden der Hülse 8 sowie den Außenumfang des Keramikkörpers 1, die Scheiben 13 und 14 und die Leiter 11 und 12, wie es aus F i g. 1C zu ersehen ist. Beiim Einspritzen des Isoliermaterials 17 lsi der Kor.densatorkörper von einer Abdeckung 18 bedeckt, und das Isoliermaterial wird vom Boden der Kunststoffhülse 8 aus eingespritzt. Das Isoliermaterial wird in den Kondensator durch die in der Grundplatte 7 vorgesehenen kleinen Löcher Tb sowie durch die in den Scheiben 13 und 14 vorgesehenen kleinen Löcher 13a bzw. 14a eingespritzt, so daß der Raum innerhalb der Abdeckung 18 mit dem isoliermaterial 17 aufgefüllt wird. Nachdem das so eingespritzte Isoliermaterial hart geworden ist, wird die Abdeckung 18 entfernt und der Doppelkondensator ist fertig. Die Isolation und der Schutz des Kondensators gegen Feuchtigkeit werden durch das eingespritzte Epoxydharz des Isoliermaterials sichergestellt.

Der bekannte Dcppelkondensator weist jedoch die folgenden Nachteile auf.

Der erste Nachteil besteht darin, daß die Lebensdauer eines derartigen Kondensators relativ kurz ist, wenn er in einem Mikrowellenofen verwendet wird. Diese relativ kurze Lebensdauer rührt von der im wesentlichen elliptischen Form des e:ngefii!lten Isolators 17 her. Wegen der Form des Isolators 17 wird die in ihm erzeugte mechanische Spannung nicht gleichmäßig verteilt Diese ungleichmäßige Spannung wird erzeugt, wenn das Iso-

liermaterial bei der Herstellung gekühlt und gehärtet und/oder wenn der Kondensator wiederholt im Mikrowellenofen erhitzt wird. Insbesondere im Falle eines Mikrowellenofens mit Dampfofen wird der Kondensator wiederholt einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Die durch die Temperaturänderung erzeugte ungleichmäßige Spannung im Isolator 17 bewirkt Spalte und/oder Risse zwischen dem Isolator 17 und den Kondensatorbauteilen (Grundplatte 7. Hülse 8 und/oder Leiter 11 und 12 usw.). Wenn Spalte und/oder Risse erzeugt werden, so wird die Durchschlagspannung vermindert.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Doppelkondensators besteht darin, daß eine besondere Gestaltung der Leiter 11 und 12, des Isolators 17 und der Hülse 8 aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Spannung im Isolator 17 erforderlich ist.

ÄüScrdcrr. muß der bekannte Dcppdkcndensalcr groß ausgebildet sein, um trotz der Ausbildung von Spalten und/oder Rissen die gewünschte Durchschlagspannung sicherzustellen.

Es wurde nun herausgefunden, daß die ungleichmäßige Verteilung der Spannung im Isolator von der im wesentlichen elliptischen Form des Isolators herrührt, wobei die elliptische Form wiederum durch den Doppelkondensaior bedingt ist. Bei einem einzelnen Kondensator ist der gesamte Körper kreisförmig und die Spannung im Körper ist gleichmäßig, so daß die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten.

Keramische Durchführungskondensatoren mit hoher Durchschlagsfestigkeit sind allgemein bekannt. In diesen Kondensatoren besitzen die jeweils das Dielektrikum bildenden Keramikkörper Durchführungslöcher, durch die stabförmige Leiter geführt sind.

So sind beispielsweise aus der DE-OS 22 38 594 Mehrfach-Durchführungskondensatoren bekannt hei denen jeweils der Keramikkörper ellipsenförmig ausgebildet ist und stabförmige Leiter aufnehmende Durchführungslöcher besitzt und bei denen getrennte Metallschichten der Beläge einer durchgehenden Metallschicht eines gemeinsamen Gegenbelags — durch das Keramikdielektrikum voneinander getrennt — gegenüberstehen. Weiterhin ist aus der DE-OS 28 29 809 ein Durchführungskondensator bekannt, bei dem der kapazitiv wirksame Teil von einem in eine Umhüllung eingegossenen Isoliermaterial (Epoxydharz) eingeschlossen ist

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, den oben beschriebenen keramischen Doppel-Durchführungskondensatot so zu verbessern, daß die ungleichmäßige Verteilung der mechanischen Spannung im Isolator infolge von insbesondere wiederholter Änderung der Umgebungstemperatur vermieden wird, so daß die Lebensdauer erhöht wird, und daß die Durchschlagfestigkeit bzw. Durchschlagspannung erhöht werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die mit der Erfindung erziehen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Temperaturänderungen in dem durch das eingespritzte Isoliermaterial gebildeten Isolator auftretende Spannungen und die dadurch bewirkten Schäden, wie Spalte und/oder Risse etwa zwischen dem Isolator und den Kondensatorbauteilen vermieden werden. Durch die Ausbildung der Verstrebungen wird der Doppel-Durchführungskondensator im wesentlichen in zwei unabhängige Kondensatoren und der eingespritzte Isolator auch in zwei Bereiche unterteilt Damit wird die Ausdehnung und Zusammenziehung des eingespritzten Isolators im mittleren Bereich (dem Bereich der Leiter) des einzelnen Kondensators vermindert.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Heizgeräts für ein Magnetron in einem Mikrowellenofen, bei dem ein Störschutzfilter mit einem Paar von Kondensatoren verwendet wird;

Fig. IB eine Fxplosionsansichi des bekannten Doppelkondensators:

Fig. IC eine Querschnittsansicht des bekannten Doppclkondensators;

Fig. ID eine Querschnittsansicht des Störschutzfiltersnach Fig. 1;

Fig. 2 eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines Doppelkondcnsators mit den Merkmalen der Erfindim*¹*

Fig. 3 eine Qucrschnittsansichl des Kondensators nach F i g. 2;

Fig.4A und 43 schematische Darstellungen zur Erläuterung der auf den Isolator ausgeübten mechanischen Spannungen, wenn keine Verstrebung vorgesehen ist;

Fig. 5 Kurvenschaubiidcr von Versuchsergebnissen zum Vergleich zwischen dem bekannten und dem Doppelkondft -Mtor mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig.6 eine Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Doppelkondcnsators mit den Merkmalender Erfindung;

F i g. 7 eine Querschnittsansich; des Doppclkondensators nach F i g. 6:

F i g. 8 eine Teilquerschnittsansicht des Kondensators nach Fig.6 zur Erläuterung der Wirkung dieses Kondensators;

F i g. 9 eine kurvenmäßige Darstellung von Versuchsergebnissen mit dem bekannten und dem Doppelkondensator nach F i g. 6;

F i g. IOA, 10B, 1OC und 10D den Aufbau einer dritten Ausführungsform, bei der der Schlitz des Keramikkörpers der kapazitiv wirksamen Anordnung verbessert ist;

Fig. 11A und 11B Darstellungen der Ergebnisse von Versuchen bezüglich des Schlitzaufbaus zwischen den beiden Belägen und der Durchbruchspannung beim Kondensator;

Fig. 12A und 12B eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Struktur der Leiter verbessert ist;

Fig. 13A eine Explosionsansicht eines Kondensators, bei dem die Leiter nach F i g. 12A und 12B Verwendung so finden;

Fig. 13B eine Querschnittsansicht des Kondensators nach Fig. 13A;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht des von der Isolierröhre umgebenen Leiters;
F i g. 15 eine veränderte Ausführung des Leiters;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht des Kondensators, bei dem der Leiter nach F i g. 15 Verwendung findet;

F i g. 17A und 17B weitere Ausführungen von Leitern und
bo F i g. 18A und 18B weitere Ausführungen von Leitern.

Bei allen Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet

Fig.2 zeigt den Aufbau einer ersten Ausführungsform eines keramischen Doppel-Durchführungskondcnsaiors, der entsprechend dem Kondensator nach den F i g. 1B und IC aufgebaut ist und der die Merkmale der Erfindung aufweist Fig.3 zeigt eine Qucrschnilisansicht des Kondensators nach F i g. 2.

Bei diesem Aufbau weist eine kapazitiv wirksame Anordnung den Keramikkörper !,das Paar von getrennten Belägen 4 und 5 scwie den gemeinsamen Gegenbelag 6 auf. Die erste Kapazität wird dabei durch den Keramikkörper I /wischen ilon Ηι·Ι;ίμι·π 4 uiul 6 inul «lic- /weile > kapa/nai Jiiivl» ilen ki'raiinkkorpiM" /u iwlu-n Jon He la^en ^s .iiul h gebildet. Der geiiiciiis<iine (.icgeubclcig 6 wird übe;· die Grundplatte 7 mit der Brdlcitung und die Beläge 4 und 5 über die Leiter 11 und 12 mit äußeren Schaltungen verbunden.

Die Kunststoffhülse 8 ist unterhalb der Grundplatte 7 so angeordnet, daß sie sowohl die Leiter 11 und 12 als auch die Isolierröhren 15 und 16 einschließt. Die Hülse 8 weist eine im wesentlichen elliptische Zylindergestalt mit einem Paar von parallelen Scitenwänden 8a und 8b und einem Paar von halbkreisförmigen Wänden Sd und 8e, die die Seitenwände miteinander verbinden, auf. Die Hülse S weist in ihrem oberen TpM als Verstrebung eine Brücke 8c auf, die sich im mittleren Bereich zwischen den beiden parallelen Seitenwänden 8a und Sb entlang der kleineren Ellipsenachse so erstreckt, daß sie den Querschnitt der Hülse 8 in zwei im wesentlichen kreisförmige Flächen unterteilt. Diese Brücke 8c ist ein wesentliches Merkmal des Doppelkondensators, wodurch der Querschnitt der Hülse 8 in zwei im wesentlichen kreisförmige Flächen unterteilt wird, während der Querschnitt der Hülse 8 in Fig. IB im wesentlichen elliptisch ist.

Wie in Versuchen herausgefunden wurde, weist ein mit d r Brücke 8c ausgestatteter Doppelkondensator ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Durchschlagspannung auf. Bekanntlich wird die in einem Isolator erzeugte elektrische Spannung gleichmäßig verteilt, wenn die Gestalt des Isolators kreisförmig ist. Bei dem Doppelkondensator nach F i g. 2 ist nun der durch die Brücke 8c getrennte Isolator 17 im wesentlichen kreisförmig.

Fig.4A und 4B zeigen die im Isolator 17 erzeugten mechanischen Spannungen, wenn keine Brücke 8c vorgesehen ist. Dabei sind mit durchgezogenen Linien die mechanischen Spannungen dargestellt, die sich bei einer Ausdehnung des Isolators ergeben, und mit gestrichelten Linien die mechanischen Spannungen, die sich beim Zusammenziehen des Isolators ergeben. Wenn keine Brücke 8c vorgesehen ist, so ist die Ausdehnung oder Zusammenziehung des Isolators 17 symmetrisch bezüglich der Achse A, die die Symmetrieachse des Doppelkondensators ist Damit ist die bei der Ausdehnung/Zusammenziehung des Isolators erzeugte Spannung an den Rändern C, C an der Innenseite des Durchführungslochs 2 des Keramikkörpers 1 verschieden von der an den Rändern D und D' an der Außenseite des Keramikkörpers 1 in der Nähe der Außenwand B. Es tritt nämlich bei jeder Expansion oder Kontraktion eine starke Randbeanspruchung an den Seiten C und C auf, die näher zur Symmetrieachse liegen, während die Randbeanspruchung am Rand D während der Expansion und am Rand D' während der Kontraktion gering ist Es treten daher im Abschnitt D, D', bei dem die Randbeanspruchung gering ist. Spalte und/oder Risse auf. wodurch der Doppelkondensator zerstört wird

Wenn andererseits die Kunststoffhülse 8 durch die Brücke 8c in zwei gleiche Bereiche aufgeteilt wird, so wird das Zentrum der Expansion/Kontraktion des Isolators 17 zum Zentrum einer jeden Fläche verschoben, das mit der Achse £der Löcher 2 bzw. 3 zusammenfällt, da der Abstand zwischen dem Zentrum E und den Rändern C. C bzw. D. D' gleich ist Daher wird die Spannung im Isolator 17 gleichmäßig verteilt.

Die Höhe der Brücke 8c über den Rand der Hülse 8 wird entsprechend dem Material des Isolators 17 und der I liilse 8 gewühlt.

WiMiIi ili-r Kolnlor 17 ims Γρο\\ι! uiul ilu· I lilhi· H it ns N\liMI IM. (1:1% llll'lll ill! I |lil\\ll illllciltlM. \>\ IvIiIlC Hl lli'ki'

8i' si) gesMlU'i, dtiU sie um ihrem oberen Teil ubei die Hülse 8 hinaussteht, wodurch sich ausgezeichnete Eigenschaften beim Wärmezyklustest ergeben.

Wenn der Isolator 17 aus Epoxyd ist und die Hülse 8 aus Polybutylenterephthalat, das nicht an Epoxyd anhaftet, so zeigt ein Versuch, daß die Höhe der Brücke 8c einen Wärmezyklustest nicht beeinflußt.

Fig.5 zeigt Kurven zur Erläuterung der Wirkung, wobei die Kurve L\ bei dem bekannten Doppelkondensator ohne Brücke und die Kurve /.j beim Doppelkondensator mit Brücke 8c erhalten wurde. Dabei ist auf der Abszisse die Wiederholungsfrequenz eines Wärme-/ Abkühlungs-Zyk'us und auf der Ordinate das Verhältnis der guten Prüflinge zur Gesamtzahl der Prüflinge aufgetragen. Die Bedingungen beim Versuch nach F i g. 5 waren die folgenden: Die Temperatur wurde während drei Stunden von — 30⁰C bis +120° C und umgekehrt verändert, und der gesamte Zyklus bei diesen Änderungen wurde als ein Wärmezyklus gezählt; eine Wechselspannung von 12 kV (von Spitze zu Spitze) wurde bei jedem fünften Zyklus während 5 Sekunden an die Kondensatoren angelegt. Wenn der Kondensator kurzgeschlossen ist, so wird dieser als nicht mehr funktionsfähig angesehen. Aus F i g. 5 ist zu ersehen, daß der bekannte Kondensator bei 50 Wärmezyklen betriebsunfähig wird, während der Kondensator mit Brücke 8c nach 130 Wärmezyklen immer noch betriebsfähig ist.

Anhand von Fig.6 und 7 wird nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Dabei weist der Doppelkondensator ein Gehäuse 19 auf, das zur Befestigung des Doppelkondensators und des Isolators 17 dient Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 wird die Abdeckung 18 nach dem Aushärten des Isolators 17 entfernt, während das Gehäuse 19 in F i g. 6 und 7 nicht entfernt wird. Selbstverständlich dient das Gehäuse 19 als Abdeckung beim Einspritzen des Isolators 17.

Das Gehäuse 19 weist eine hohle zylindrische Außenwand 19c/ auf, die eine im wesentlichen elliptische Form zur Befestigung des elliptischen Doppelkondensators aufweist. Im oberen Teil der Außenwand 19c/ ist eine flache Platte 19a mit einem Paar von Längslöchern 19f> vorgesehen. Dieses Paar von Längslöchern 19i> nimmt die Leiter 11 und 12 auf. Der obere Abschnitt der Leiter 11 und 12 ist entsprechend flach ausgebildet, wie es aus F i g. 6 zu ersehen ist, so daß dieser Abschnitt durch die Löcher 196 hindurchgeht. Außerdem erstreckt sich als Verstrebung eine Brücke 19c zwischen den parallelen Wänden I !Wi. 19θ2 der Außenwand 19din der Mitte der flachen Abdeckung 19a, wie es aus F i g. 7 zu ersehen ist

Bei der Herstellung des Doppelkondensators bedeckt das Gehäuse 19 den Kondensator, und der Isolator wird in das Gehäuse 19 eingespritzt Dieser Vorgang ist gleich wie beim Kondensator nach F i g. 2. Während die Abdeckung 18 in F i g. 2 nach dem Aushärten des Isolators 17 entfernt wird, wird das Gehäuse 19 nicht entfernt und damit wird die Brücke 19c ein Bestandteil des Kondensators.

Durch diese Brücke 19c wird der den Kondensatorkörper umgebende Isolator 17 in zwei im wesentlichen kreisförmige Abschnitte unterteilt Obwohl der Isolator 17 selbst elliptisch ist werden damit die durch die Tem-

peraturänderung des Isolators erzeugten Spannungen aufgrund des Vorhandenseins der Brücke 19c gleichmäßig verteilt. Da die in den F i g. 6 und 7 dargestellte Ausführungsform zwei Brücken 8c und 19c, nämlich im unteren und oberen Bereich des Kondensators aufweist, werden die Spannungen des Isolators 17 noch gleichmäßiger verteilt als bei der Ausführungsform nach F i g. 2. Außerdem hat die Ausführungsform nach Fig.6 und 7 den Vorteil, daß die Herstellung des Kondensators vereinfacht wird, da der Herstellungsschritt zum Entfernen der Abdeckung 18 nicht erforderlich ist.

Vorzugsweise ist der lineare Ausdehnungskoeffizient a\ des Isolators 17 größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient A₂ des Außengehäuses 19 und/oder der Hülse 8. Natürlich sind das Gehäuse 19 und die Hülse 8 nicht brennbar. Ein Beispiel für das Material des Gehäuses 19 und die Hülse 8 ist ein elastisches Epoxydharz oder Polyglykolepoxyd. Der Koeffizient ai dieser Werkstoffe ist relativ grüß und iiegt etwa bei 9,3 · 10- V" C. Ein Beispiel für den Werkstoff des Isolators 17 ist Polybutylenterephthalat oder Polyäthylen-Terephthalat, bei dem der lineare Expansionskoeffizient txi im Bereich von 23 ■ 10-VC bis 2,5 ■ 10-VC liegt. Damit ist die Bedingung«t > A₂ erfüllt.

Wenn die oben genannte Bedingung zwischen ec\ und «2 erfüllt ist, ist die Ausdehnung des Gehäuses 19, wie es durch den Pfeil Fin F i g. 8 dargestellt ist, bei einer Erhöhung der Temperatur kleiner als die Ausdehnung des Isolators 17, die durch den Pfeil C in F i g. 8 dargestellt ist. Damit wird die Ausdehnung des Isolators 17 durch das Gehäuse 19 unterdrückt und damit eine Spannung f erzeugt, durch die der Isolator 17 auf die Oberfläche des Keramikkörpers 1 gedrückt wird. Damit wird die Ausbildung von Spalten und/oder Rissen auf der Oberfläche des Keramikkörpers 1 verhindert, und die Betriebseigenschaften des Kondensators werden für hohe Spannungen beträchtlich verbessert. Wenn andererseits die Beziehung zwischen «ι und λ₂ umgekehrt wird, so dehnt sich das Gehäuse 19 mehr aus als der Isolator 17 und es werden damit Spalte und/oder Risse auf der Oberfläche des Keramikkörpers 1 erzeugt, woilurch die Hochspannungseigenschaften des Xondensators verschlechtert werden.

Fig.9 zeigt die Kurven der Hochspannungseigenschaften des Kondensators (L\) mit λ, > A₇ und des bekannten Kondensators (L₂), bei dem λ, kleiner als λ₂ ist. Die anderen Versuchsbedingungisn bei Fig.9 sind gleich wie bei F i g. 5. In F i g. 9 ist auf der Abszisse der WSrmezyklus und auf der Ordinate das Fehlerverhältnis der Kondensatorprüflinge aufgetragen. Wie aus F i g. 9 zu ersehen ist. wird der bekannte Kondensator praktisch bei 100 Wärmezyklen fehlerhaft, wie es in der Kurve Lj dargestellt ist, während der Kondensator mit <*i > *2 nach 100 WIrmezyklen n<:«h relativ wirkungsvoll ist.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft den Spalt zwischen den Belägen 4 und 5 und wird anhand der Fig. I0A, 1OB, 10C, IOD. 11A und 11B beschrieben. Der Spalt zwischen den Belägen 4 und 5 muß möglichst klein sein, um eine hohe Durchschlagspannung zwischen dem Belag 4 (oder Ji) und dem gemeinsamen Gegenbelag 6 zu erhalten. Die Durchschlagspannung zwischen den Belägen 4 und !5 muß jedoch größer sein als ein vorbestimmter Wert, d:i eine hohe Spannung zwischen den Belägen 4 und 5 anliegt, wenn der Kondensator in einem Störschutzfilter verwende; wird, wie es in Fig. IA dargestellt ist Dahetr muß der Spalt zwischen den Belägen 4 und 5 so beschaffen sein, daß sowohl die Durchschlagspannung zwischen den Belägen 4 und 5 als auch die /wischen dem Belag 4 (oder 5) und dem gemeinsamen Gegenbelag 6 größer sind als der vorbestimmte Wert.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, weist der Kondensator einen Schlitz im Keramikkörper 1 zwischen den Belägen 4 und 5 auf. Die Gestalt und die Größe dieses Schlitzes werden bestimmt durch die maximalen Durchschlagspannungen.

Fi g. IOA zeigt eine Draufsicht auf den keramischen Körper 1 mit den Belägen 4 und 5. Fig. IOB eine zu Fig. 10A senkrechte Querschnittsansicht und Fig. IOC den mit einem Kreis A umgebenen Teil in Fig. 1OB in vergrößerter Darstellung. Dabei ist ein Längsschlitz g\ zwischen den Belägen 4 und 5 im Keramikkörper 1 vorgesehen. Die Gestalt des Schlitzes g\ ist im Querschnitt im wesentlichen rechteckig, wobei die Breite j im oberen Teil des Schlitzes größer ist als die Breite d\m unterer. Tci! des Schützes. Die gesamte Tiefe des Schützes ist b und die Tiefe des breiteren Teils des Schlitzes ist c, wie es aus F i g. 1 OB zu ersehen ist.

Wie aus Fig. IOC zu ersehen ist, ist der Winkel λ zwischen der Oberfläche der Beläge 4 bzw. 5 und dem Schlitz ^i gleich oder kleiner als 90°. Bei diesem Winkel wird die Konzentration und/oder die Streuung des elektrischen Felds am Rand der Beläge 4 und 5 minimiert.

Darüber hinaus werden die Abmessungen a. b. cund d des Schlitzes g\ so bestimmt, daß die Durchschlagspannung maximal wird. Fig. IIA zeigt die Ergebnisse bezüglich der Breite a und die Durchschlagspannung zwischen dem Belag 4 (oder 5) und dem gemeinsamen Gegenbelag 6 des Kondensators, wobei b = 0,8 mm. c = OJ mm, d - (a — OJ) mm betragen und die Gestalt und die Dicke des Keramikkörpers 1 vorbestimmt sind.

Auf der Ordinate von Fig. IIA ist die Durchschlagspannung der Wechselspannung in kV aufgetragen. Die Versuche wurden durchgeführt bei a — 0.5 mm, a - 1,0 mm und a - 1.5 mm, und jeder Versuch wurde mit 20 Prüflingen durchgeführt. Die Durchschlagspan-

nung bei jedem Prüfling wurde in F i g. 11A eingezeichnet. Daraus ist zu ersehen, daß die Durchfhlagspannung des Kondensators mit abnehmender Breite a größer wird. Da die Breite a möglichst klein sein soll, wird sie vorzugsweise mit 0,5 mm gewählt

F i g. 11B zeigt einen weiteren Versuch, bei dem die gesamte Umfangslänge L - (a + 2b + d) des Schlitzes g\ als Parameter verwendet wird und die Durchschlagspannung zwischen dem Belag 4 und dem Belag 5 für die Umfangslängcn von 1,0 mm, 2,0 mm und 3.0 mm unter-

sucht wird. Hierbei ist festzustellen, daß die Durchschlagspannung um so größer ist. je größer die Umfangslänge L ist. Wenn die Umfangslänge größer als 2,0 mm ist, so Iiegt die Durchschlagspannung über 10 kV, was der maximalen Betriebsspannung eines handelsüblichen Mikrowellenofens entspricht Wenn die Umfangslänge L zwischen 2 mm und 3 mm und die Breite a 0,5 mm sind, so liegt die Tiefe b im Bereich zwischen 0,5 mm und 1 mm, wobei a = d angenommen wird Wenn andererseits die Tiefe b gleich 0,5 mm und die Umfangslänge L kleiner als 3.0 mm ist so muß die Breite a gleich 1,0 mm sein, wodurch sich auch die ausreichende Durchschlagspannung ergibt wie es aus F i g. 1 i A zu ersehen ist
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die

es bevorzugte Größe des Schlitzes g\ hinsichtlich ihrer Breite a und ihrer Tiefe b im Bereich zwischen 0,5 mm und 1.0 mm liegt. Bei dieser Größe des Schlitzes Iiegt die Durchschlagspannung zwischen dem oberen Belag 4

Il

und/oder 5 und dom gemeinsame» Gcgcnbelug 6 Über t>(! kV und die Durchschlagspannung /wischen den obc- -cn Belagen <* und 5 über 10 kV.

Fig. IOD zeigt eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. IOC, und das wesentliche Merkmal besteht darin, daß der Boden des Schlitzes g\ kreisförmig ist. Wenn die jeweiligen Längen der einzelnen Abschnitte des Schlitzes g\ so bestimmt werden, wie es in F i g. IOD dargestellt ist, so weist der Kondensator eine ausreichende Durchschlagspannung auf. Die Ausführungsform nach Fig. IOD hat den Vorteil, daß durch den kreisförmigen Boden (Radius R — 0,5 mm) der in den Kondensator eingespritzte Isolator 17 den Schlitz g\ vollständig auffüllt und damit die Durchschlagspannungseigenschaften verbessert werden.

Bei einer Ausführungsform des Doppelkondensators ist der Hauptbestandteil des Keramikkörpers t Bariumlitanät mit der relativen Dielektrizitätskonstante e = 6ÖÖÖ, wobei der größere Durchmesser, der kleinere Durchmesser bzw. die Dicke des Keramikkörpers 1 24 mm, 12 mm bzw. 9 mm betragen, während die Breite bzw. Tiefe des Schlitzes g\ 0,9 mm bzw. 0,8 mm betragen. Bei dieser Größe des Doppelkondensators beträgt die Kapazität 600 pF (tan δ = 0,7%), ist der Isolationswiderstand zwischen den Belägen 2 ■ 10*> ΜΩ und die Durchschlagspannung liegt bei 40 kV Wechselspannung (von Spitze zu Spitze).

In einer vierten Ausfuhrungsform zeigen die F i g. 12A und 12B eine verändert!· Ausführung der stabfo/migen Leiter 11 und 12. Ein veränderter Leiter IM weist eine dünne leitende Platte (beispielsweise eine Aluminiumplatte) mit einem Endabschnitt \\A-a, der ein Loch h zur Aufnahme eines äußeren Anschlußdrahtes aufweist, einen verlängerten linearen Abschnitt IM- b\ und IM-62, der sich unterhalb des Endabschnitts lM-a so erstreckt, daß der erste Abschnitt IM-bi genau unterhalb des Endabschnitts HAs angeordnet ist, sowie einen Flansch IM-c auf, der zwischen dem Endabschnitt und dem verlängerten linearen Abschnitt vorgesehen isL Der Flansch IM-c dient als Stoppglied, das die Innenfläche der Platte 19a des Gehäuses 19 berührt. Der verlängerte lineare Abschnitt ist entlang einer Längsmittellinie ο so gefaltet, daß die zwei Abschnitte 11/4-&I und MA-bi miteinander geschichtet werden. Daher ist der Querschnitt des verlängerten linearen Abschnitts fast rechteckig, wie es aus F i g. 12B zu ersehen ist.

Fig. 13A zeigt einen auseinandergenommencn Kondensator, bei dem die Leiter IM und \2A nach den Fig. 12A und 12B verwendet werden, während Fig. 13B eine Querschnittsansicht des Kondensators zeigt Das wesentliche Merkmal des Kondensators nach Fig. 13A und 13B sind die rechteckigen Leiter IM und 12Λ, während die anderen Teile des Kondensators nach F i g. 13A und 13B gleich sind wie in den F i g. 6 und 7.

Der Einfachheit halber sind in Fig. 13A die Isolierröhren 15 und 16, die die Leiter IM und 12Λ umgeben, nicht dargestellt

Die Leiter nach Fig. 12A und 12B haben die im nachfolgenden aufgezählten Vorteile.

a) Der Leiter kann durch einen einzigen Prägevorgang hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten für einen Leiter vermindert werden.

b) Die Lage eines Endabschnitts wird bei der Hersteilung sehr genau eingehalten, da dieser Endabschnitt einstückig mit dem verlängerten linearen Abschnitt ausgebildet ist wodurch die Verbindung mil einer äußeren Schaltung sehr zuverlässig hergestellt werden kann.

c) Die Isolierröhren 15 und 16 können die Leiter leicht umschließen, da der verlängerte Abschnitt der Leiter rechteckig ausgebildet und ein Spalt f zwischen dem Leiter und der Isolierröhre vorgesehen ist, wie es aus Fig. 14 zu ersehen ist. Aus dieser Figur ist auch zu ersehen, daß die Ränder α', b', c', d' des verlängerten Abschnitts des Leiters die Innenfläche der Isolierröhre berühren. Da die Kontaktfläche zwischen dem Leiter und der Isolierröhre wegen der Spalte g klein ist, ist die Reibung zwischen Leiter und Röhre minimal, so daß der Leiter leicht mit der Isolierröhre umgeben werden kann. Darüber hinaus können die Spalte g die im Isolator 17 erzeugten Spannungen absorbieren.
Fi g. 15 zeigt eine weitere Ausführung des veränderten Leiters WA. Der Leiter IM nach Fig. 15 weist ebenfalls die dünne leitende Piaiic mii dem Endabschnitt 1M -a mit dem Loch h zur Aufnahme eines äußeren AnschluGdrahtes auf, sowie die verlängerten linearen Abschnitte \\A-b\ und WA-bi, die sich unterhalb des Endabschnitts IM-a so erstrecken, daß der erste Abschnitt \\A-b\ genau unterhalb des Endabschnitts IM-a angeordnet ist. Am Fuß des Endabschnitts IM-a ist zwischen diesem und dem verlängerten linearen Abschnitt der erste Flansch 1M-c vorgesehen, während ein zweiter Flansch WA-ddiesem ersten Flansch 1M-C gegenüberliegt. Zwischen den beiden Flanschen wird auf beiden Seiten des Endabschnitts ein Paar von Schlitzen IM-e gebildet. Die Breite d" dieser Schlitze ist fast gleich wie die Dicke der oberen Platte 19a des Gehäuses 19. Die Ränder des zweiten Flansches IM-dsind abgeschrägt, wie es aus F i g. 15 zu ersehen ist. Der verlängerte lineare Abschnitt ist entlang der Längsmittellinie ο so gefaltet, daß die zwei Abschnitte \\A-b\ und MA-bi übcreinandergeschichtet sind, !m Vergleich zu F i g, !2A weist also der Leiter nach F i g. 15 zusätzlich den Schlitz IM-e zwischen den beiden Flanschen auf. Der Schlitz und/oder die Flansche erleichtern die Halterung des Gehäuses 19. Da das Gehäuse 19 von den Schlitzen der Leiter, die in der Mitte des Kondensators angeordnet sind, getragen wird, wird die Expansion und Kci?">traktion des Gehäuses 19 und des Isolators 17 bezüglich der Kondensatormitte symmetrisch, so daß die Expansion und Kontraktion im Mittenbereich klein ist und keine Spalte und Risse im Mittenbereich des Isolators erzeugt werden.

Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines Kondensators, bei dem die Leiter IM nach F i g. 15 verwendet werden. Daraus ist zu ersehen, daß das Gehäuse 19 des Kondensators in dem an den Leitern IM vorgesehenen Schlitzen 1 M-e gehalten wird. Wenn das Gehäuse 19 über den Kondensator gestülpt wird, so greift das Gehäuse 19 über die abgeschrägten Seiten auf den Schlitzen der Leiter in die Schlitze ein.

Fig. 17A zeigt eine weitere Ausführung des veränderten Leiters nach Fig. 15. Dabei ist ein Paar von Schlitzen 20 vorgesehen, und zwar ohne die Ausbildung von Flanschen. Eine andere Ausführung des veränderten Leiters nach F i g. 15 ist in F i g. 17B dargestellt, bei dem ein Paar von halbkreisförmigen Vorsprüngen 20a am unteren Teil des Endabschnitts IM-a anstelle des Flanschpaares nach Fig. 15 vorgesehen ist wobei zwiri5 sehen den Vorsprängen 20a ein Schlitz gebildet wird. Die Fig. 18A und 18B zeigen eine weitere Ausführung des veränderten Leiters nach F i g. 15. Dabei ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 21 und 22 auf der Oberfläche

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des Endabschnitts WA-a vorgesehen. Diese Vorsprünge 21 und 22 sind auf zwei getrennten parallelen Linien ausgerichtet, wie es in den Figuren dargestellt ist. Zwischen diesen beiden Linien wird ein Schlitz d'" gebildet, und diese Vorsprünge halten das Gehäuse 19 zwischen 5 den Schützen. Diese Vorsprünge sind auf beiden Oberflächen des Endabschnitts 1 \A-a vorgesehen.

Die Ausführung der veränderten Leiter nach F i g. 15 in den Fig. 17A, 17B sowie 18A und 18B haben die gleichen Vorteile wie der Leiter nach Fig. 12A sowie io den zusätzlichen Vorteil, daß das Gehäuse in der Mitte des Kondensators festgehalten wird.

Hierzu Ί5 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator mit hoher Durchschlagsfestigkeit, bestehend aus

— einer rechteckigen, elektrisch leitenden Grundplatte mit einem flachen, sich über ihren gesamten Umfang erstreckenden Randbereich, der eine Mehrzahl von zur Befestigung des Kondensators an einer äußeren Vorrichtung dienenden Löchern aufweist, und mit einem darüber erhabenen, im wesentlichen einen elliptischen Umfang aufweisenden flachen, mittleren Bereich, der ein Paar von größeren Durchführungslöehern sowie eine Vielzahl von kleinen Löchern in seinem geschlossenen Randabschnitt um die größeren Durchführungslöcher herum aufweist,

— einer kapazitiv wirksamen Anordnung mit einem dps Kondensatordielektrikum bildenden Keramikkörper, der im wesentlichen zylindrisch geformt ist, einen elliptischen Umfang besitzt und zwei einander gegenüberstehende, im wesentlichen ebene Stirnflächen aufweist, mit einem Paar von getrennten Metallschichten zweier Beläge, die an der einen Stirnfläche des Keramikkörpers angebracht sind, und mit einer an der zweiten Stirnfläche des Keramikkörpers angeordneten durchgehenden Metallschicht eines für die beiden anderen !Beläge gemeinsamen jo Gegenbt.dgs, bei der der Keramikkörper und die Metallschichten ein "aar von senkrecht durch die Stirnflächen des Keramikkörper verlaufende Durchführungslöe!'<*.r aufweisen, von denen jeweils eines durch eine der beiden Me- a tallschichten der ersten Stirnfläche verläuft, und wobei die kapazitiv wirksame Anordnung mit ihrer Metallschicht der zweiten Stirnfläche des Keramikkörpers auf dem erhabenen Bereich der elektrisch leitenden Grundplatte aufliegend innerhalb der Randlinie der kleinen Löcher im geschlossenen Randabschnitt angeordnet ist,

— einem Paar von kreisförmigen elektrisch leitenden Scheiben, jeweils mit einem geschlossenen Randbereich, mit einem dagegen erhabenen, mittleren Bereich und mit einem axialen Durchführungsloch, die jeweils auf einer der getrennten Metallschichten der ersten Stirnfläche des Keramikkörpers angeordnet sind.

— einem Paar von stabförmigen Leitern, die jeweils ein Durchführungsloch der elektrisch leitenden Grundplatte, eines der kapazitiv wirksamen Anordnung und das von einer der beiden kreisförmigen Scheiben, mit denen sie elektrisch leitend verbunden sind, durchdringen,

— einem Paar von die stabförmigen Leiter derartig bedeckenden Isolierröhren, daß diese Leiter die Metallschicht des gemeinsamen Gegenbelags und die elektrisch leitende Grundplatte nicht berühren, · bo

— einer hohlen Kunststoffhülse mit im wesentlichen elliptisch geformten Querschnitt, die an der der kapazitiv wirksamen Anordnung abgewandten Seite der elektrisch leitenden Grundplatte angeordnet ist und die hier mit Isolierröh- b·; rcn versehenen stabförmigen Leiter beabstandet umgibt, und

— einem in die Kunststoffhülse und die Durchführungslöcher der kapazitiv wirksamen Anordnung eingespritzten Isoliermaterial, das auch die kapazitiv wirksame Anordnung einschließt,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Schaden infolge von durch Temperaturänderungen in dem durch das eingespritzte Isoliermaterial gebildeten Isolator auftretenden ungleichmäßigen mechanischei; Spannungen Verstrebungen (8c. 19c) oder Schlitze (g,.g, UA-e, 20) vorgesehen sind.

2. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülse (8) als Verstrebung eine Brücke (8c) aufweist, die sich über ein Paar von im wesentlichen parallelen Seitenwänden (8a, Sb) der Kunststoffhülse (8) erstreckt und den Querschnitt der Kunststoffhülse (8) in zwei im wesentlichen kreisförmige Flächen unterteilt

3. Keramischer Doppel-Durchführungskondensaior nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein die kapazitiv wirksame Anordnung einschließendes Gehäuse (19) mit einer einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweisenden Außenwand (19<# einer oben an der Außenwand (19c/) angeordneten flachen Platte (19a,) und als Verstrebung eine Brücke (19ς) aufweist, die innerhalb der flachen Platte (\9a)angeordnet ist und die im wesentlichen parallel verlaufenden Teile der Außenwand (19r/J so überspannt, daß sie den Querschnitt des Gehäuses (19) in zwei im wesentlichen kreisförmige Flächen unterteilt, wobei das Gehäuse (19) mit dem Isolator (17) aufgefüllt ist.

4. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung des Gehäuses (19) kleiner ist als der des Isoliermaterials (17).

5. Keramischer Doppel-Durchfiihrungskondensator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Keramikkörper (1) zwischen dem Paar von getrennten Metallschichten (4,5) ein die parallelen Seilen des Keramikkörpers (1) überspannender Schlitz (g\) vorgesehen ist, dessen Breite und Tiefe im Bereich von 0,5 bis 1.0 mm liegt.

6. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Schlitzes (g\) kreisförmig gekrümmt ist.

7. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der stabförmigen Leiter (UA 12A> als dünne leitende Platte ausgebildet ist, die einen Endabschnitt (IM—a, \2A~a), der oberhalb der flachen Platte (19a; des Gehäuses (19) angeordnet ist. sowie einen längeren linearen Abschnitt (\\A-b, \2A-b) aufweist, der einstückig mit dem F.ndabschnitt (M Aa, \2A-a) ausgebildet is: und sich nach unten durch den Keramikkörper (1) und die Kunststoffhülse (8) erstreckt, wobei die Leiter(1IA \2A)\m längeren linearen Abschnitt an einer Seite gefaltet sind.

8. Keramischer Doppel-Durchführungskondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der stabförmigcn Lcitcr(llA>cin Flanschpaar (MAd; MAc) aufweist, das sandwichariig einen Schiit/. (1 \A-c) zwischen dem F.ndabsehnitt (ΜΛ-ιι) und dem längeren linearen Abschnitt (MAb) c'm-

. schließt, und daß der Schiit/ (I M-cJdic flache Platte

(iehäuses (19) trä_};!.

9. Keramischer Doppei-Durchführungskondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Leiter (1 \A) eine Vielzahl von Vorsprüngen (20a; 21,22) auf einem Paar von parallelen Linien auf der Oberfläche des Endabschnitts (ilA-a) so aufweisen, daß ein Schlitz (20) zwischen den parallelen Linien der Vorsprünge (20a; 21,22) gebildet ist.

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