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Veränderlicher elektrischer Kondensator Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist ein veränderlicher Kondensator, der eine derartige Anordnung der festen
und der beweglichen Platten aufweist, daß während der ganzen Dauer der Bewegung
der beweglichen Platten gegenüber den festen Platten oder während eines Teiles dieser
Bewegung gleichzeitig eine Vergrößerung der überdeckten Fläche innerhalb eines Teilbereichs
der beweglichen Platten eine Verringerung im anderen Teilbereich entspricht, derart,
daß die auf diese Weise sich ergebende Änderung der Größe der überdeckten Flächen
von der Differenz zwischen ihrer Vergrößerung und Verringerung bestimmt ist. Durch
dieses Mittel wird es möglich, die Veränderung der Kapazität auf außerordentlich
kleine Werte zu reduzieren, wie solche unbedingt erforderlich sind zur Aussonderung
sehr kurzer Wellen.
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Bei den normalen Kondensatoren muß beim Empfangen sehr kurzer Wellen
(unter ioo m Wellenlänge) die Drehbewegung des Kondensators zur Abstimmung des Schwingungskreises
derartig gering sein, daß sie von Hand mit genügender Genauigkeit gar nicht auszuführen
ist. Vielmehr führt bei der Betätigung der gewöhnlichen Kondensatoren schon die
geringste Bewegung des beweglichen Teiles eine so große Veränderung in der Kapazität
und damit in der Wellenlänge herbei, daß eine feine Einstellung des Schwingungskreises
und ein selektiver Empfang unmöglich ist.
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Dies sei an einem normalen Kondensator erläutert, der in einen Schwingungskreis
zum Empfang von 25 bis ioo m langen Wellen, d. 1i. von Wellen von 12 ooo bis 3 ooo
Kilohertz eingebaut ist. Angenommen, der Drehsektorbeträgt i 8o°, so istderKreisbei
etwa,2o ° auf die Frequenz von 12 ooo Kilohertz und bei i 8o° auf 3 ooo Kilohertz
abgestimmt. Angenommen, es handelt sich um einen modernen Kondensator mit linearer
Veränderung der Frequenz, so ergibt sich bei einer Drehung um 16o° eine Gesamtvariation
von 9 ooo Kilohertz, d. h. über 56 Kilohertz pro Grad. , Bei einem normalen Kondensator
von etwa i o cm Durchmesser entsprechen einer Drehung um i° o,37 mm Umfangslänge,
so daß eine Verschiebung des Zeigers um 1/1" mm eine Veränderung in der Frequenz
des Stromkreises um 6,.4 Kilohertz hervorbringt.
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Beim Empfangen kurzer Wellen genügt bei den üblichen Empfangsapparaten
eine Differenz von 2 bis 3 Kilohertz (also auf dem Kreisumfang des Kondensators
viel weniger als 1/2o mm), um das Zeichen unhörbar zumachen, woraus hervorgeht,
wie außerordentlich fein die Einstellung sein muß.
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Außer diesem Unterscheidungsmerkmal
haben die Kondensatoren
gemäß der Erfindung gegenüber den bisherigen den Vorzug, den ganzen Drehkreissektor
(gewöhnlich i 8o') zur Einteilung .der Wellen- oder Frequenzkapazität ausnutzen
zu können. Man erhält auf diese Weise die Möglichkeit einer regelmäßigen Differenzierung,
wodurch die in den Schwingungskreisen befindlichen Kondensatoren direkt in Meter
und Kilozyklen eingeteilt werden können, ohne daß eine genaue Eichung Punkt für
Punkt nötig würde. Man vermeidet auf diese Weise den Gebrauch der bisher unentbehrlichen
Eichtabelle. Dies alles wird erreicht, ohne daß darum die Herstellung der neuen
Kondensatoren wesentlich schwieriger oder teurer würde.
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Aus diesen Gründen sind die neuen Kondensatoren nicht nur unentbehrlich
für die Einstellung auf sehr kurze Wellen, sondern erweisen sich gegenüber den gewöhnlichen
Kondensatoren auch für normale Wellen vorteilhaft, insofern sie das Herausfinden
der Wellen leichter und genauer machen.
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Durch den Kondensator nach der Erfindung wird nicht allein eine bedeutend
feinere Abstimmung erreicht, sondern auch eine Vergrößerung des Empfangssektors
herbeigeführt. So kann man z. B. bei einer Ausführungsform nach Abb. 3 den Winkel
ip zu cgo° annehmen und den Winkel p mit 270° und das Profil so berechnen, daß die
Frequenz z. B. von einem Minimum von io ooo für o° auf ein Maximum von 12 ooo Kilohertz
für 270' geht. Es ergibt sich auf diese Weise bei einer Drehung um 235 mm
Umfangslänge eine Frequenzänderung von 2 ooo Kiloliertz und entsprechend bei einer
Drehung um o, r mm eine Frequenzänderung von 0,85 Kiloliertz statt 6,4 Kilohertz
im vorgenannten Falle. , Die Kondensatoren, welche den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bilden, bestehen ebenso wie die übrigen veränderlichen Kondensatoren aus
zwei verschiedenen Sätzen von Metallflächen, welche diebeidenparallelen, abwechselnd
einander gegenüberstehenden bzw. durch eine beliebige Isolierung getrennten Plattensätze
des Kondensators bilden. Einer der beiden Sätze ist gegenüber dem andern in der
Weise beweglich, daß während der Bewegung die einander überdeckenden Oberflächen
vergrößert oder verkleinert werden und damit auch die Kapazität des Apparates.
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Bei den Kondensatoren gemäß der Erfindung wird etwas mehr Material
verbraucht als bei den bekannten Kondensatoren, jedoch ist dies belanglos, da der
größere Materialverbrauch nur die beweglichen Platten, welche durch Ausschneiden
aus dünnen Blechen gewonnen werden, betrifft. Der Preis dieser Blechplatten stellt
aber nur einen minimalen Bruchteil der gesamten Herstellungskosten des Kondensators
dar. Die Vergrößerung der Herstellungskosten ist infolgedessen so gering, daß sie
gar, nicht ins Gewicht fällt, während demgegenüber die in dem vorhergehenden Absatz
dargelegten Vorteile, welche durch den Erfindungsgedanken herbeigeführt werden,
so groß sind, daß sie die unwesentlichen Nachteile, die in einer unwesentlichen
Steigerung des Herstellungspreises bestehen, bei weitem überwiegen.
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Es sei noch erwähnt, daß bei' gleichem Volumen die Kondensatoren eine
höhere Maximalkapazität als die bekannten Kondensatoren, mit deren Hilfe sich eine
lineare Änderung der Frequenz erzielen läßt, besitzen.
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Die Anfangskapazität bei den Kondensatoren gemäß der Erfindung ist
wesentlich größer als bei den bekannten Kondensatoren. Diese größere Anfangskapazität
bedeutet jedoch keinen Nachteil, sondern einen Vorteil. Man braucht sich nur klarzumachen,
daß die Kapazität »Null« der Frequenz »Unendlich« des Stromkreises entspricht, welche
keinerlei praktische Bedeutung hat. Ferner stellt die Anfangskapazität einen Faktor
dar, welcher, wie aus der neuesten Fachliteratur hervorgeht, alle Kondensatorberechnungen
stört, da sie sich nicht genau berechnen läßt. Tatsache ist infolgedessen, daß wegen
der Schwierigkeit, diese Anfangskapazität zu bewerten, alle normalen. Kondensatoren
erst von 2o° oder 30° ab brauchbar zu werden beginnen, weil eben innerhalb der ersten
2o bis 3o° die Kapazitätsänderung keinem bekannten Gesetz folgt. Der wirksame Variationssektor
ist infolgedesen auf 16o° bis r5o° eingeschränkt.
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Bei den Kondensatoren gemäß der Erfindung wird die Anfangskapazität
durch einander von Anfang an gegenüberstehende Flächen bestimmt, so daß sie berechnet
und gegebenenfalls auch kompensiert werden kann. Es folgt daraus die Tatsache, daß
bei diesen Kondensatoren der ganze Änderungsbereich von der Nullstellung bis zum
Maximum ausgenutzt werden kann und daß es ohne weiteres erreicht werden kann, daß
die Kapazitätsänderung innerhalb des ganzen Sektors genau einem vorher festgelegten
Gesetz entspricht, eben weil die Tatsache, daß bei allen Stellungen der beweglichen
Teile sich gegenüberstehende Flächen vorhanden sind, es gestattet, die Wirkung derjenigen
Kapazität zu kompensieren, welche nicht durch einander gegenüberstehende Flächen
bedingt ist, und zwar geschieht dies mittels geeigneter Korrekturen der gegenüberstehenden
Flächen. Die gleichen Formeln, die zur Bestimmung des Profils-dienen, gestatten,
auch
eine genaue Kompensierung der fremden Kapazität durchzuführen. Dies aber bedeutet
einen bedeutenden Fortschritt gegenüber den bisherigen Kondensatoren, mit denen
ein so präzises Arbeiten, wie es mit Hilfe der Kondensatoren gemäß der Erfindung
erreicht wird, nicht herbeigeführt werden konnte.
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Die Oberflächen der beiden Plattensätze können verschieden geformt
sein, die wichtigsten Ausbildungsmöglichkeiten sind die folgenden: a) koaxiale zylindrische
Flächen, von denen die eine sich gegenüber der andern entweder durch Drehung um
die gemeinsame Achse oder durch Längsverschiebung an derselben bewegt; b) ebene
parallele Flächen, von denen sich die eine gegenüber der andern durch Drehung um
eine auf beiden Flächen senkrechte Achse bewegt; c) ebene parallele Flächen, von
denen sich die eine gegenüber der andern durch geradlinige Verschiebung in der eigenen
Ebene bewegt.
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Die Form der einander gegenüberstehenden hlächen wird dabei je nach
den Zwecken, die man mit dein veränderlichen Kondensator erreichen will, verschieden
sein.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele einige
Formen beweglicher und fester Oberbächen von Kondensatoren gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch dargestellt, wobei sich die Fig. i, 3, 5, j und 9 auf Kondensatoren
mit Drehung und die Fig. z, d., ti, 8 und io auf solche mit Längsverschiebung der
beweglichen Flächen beziehen.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, besteht das Hauptmerkmal dieser
neuen veränderlichen Kondensatoren darin, daß eine der beiden Plattensätze eine
größere Winkelöffnung oder in der Richtung der Verschiebung eine größere Länge hat
als die andere, woraus hervorgeht, daß bei einer Bewegung des einen Plattensatzes
die Veränderung der von den verschieden geformten Plattensätzen zur Deckung gebrachten
Flächenteile von der .Differenz der Winkelöffnungen bzw. von der Differenz der Längen
abhängt, insofern als bei jeder Bewegung gleichzeitig mit der Überdeckung neuer
Flächenteile andere bisher überdeckte aus dieser Lage heraustreten.
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Mittels dieses Prinzips ist es möglich, die Veränderung der überdeckten
Fläche und somit der elektrischen Kapazität, die einer bestimmten Bewegung des einen
Plattensatzes gegenüber dem andern entspricht, beliebig groß oder klein zu erhalten.
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Die neuen Kondensatoren unterscheiden sich von den bisherigen dadurch,
daß bei diesen letzteren jede Bewegung des einen Plattensatzes gegen die andere
nur entweder eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung der überdeckten Fläche bewirkt,
während bei den Kondensatoren gemäß der Erfindung gleichzeitig eine Vergrößerung
in einem Teil der beweglichen Platten eine Verringerung der überdeckten Fläche im
anderen Teil entspricht.
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Die Gesamtveränderung der Kapazität, d. h. das Verhältnis zwischen
dem erreichbaren Maximum und Minimum derselben, ist bei allen Kondensatoren ungefähr
gleich und stets beträchtlich, da sie theoretisch unendlich ist (die Kapazität variiert
von o bis oo ), während sie sich praktisch etwa zwischen 15 und ?o bewegt.
Bei den neuen Kondensatoren kann diese Gesamtvariation jeden beliebigen Wert zwischen
einem Minimum von wenig über i bis zu einem Maximum, welches praktisch dein mit
den bisherigen Kondensatoren erreichten nicht nachsteht, besitzen.
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Das hier dargestellte Prinzip kann auch zusammen mit dem bisherigen
Prinzip der alleinigen Vergrößerung oder Verringerung der überdeckten Fläche angewendet
werden. Wenn z. B. der Drehungswinkel oder die Verschiebung der beweglichen Armatur
größer ist als die Differenz zwischen den Winkelöffnungen bzw. den Längen der Armaturen,
so wird man auf eine kürzere oder längere Strecke nur eine Vergrößerung bzw. eine
Verkleinerung der überdeckten Fläche erzielen. Diese Anordnung kann zur Erreichung
größerer Veränderung der Kapazität ausgenutzt werden.
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Unter den verschiedenen Anwendungsformen des erläuterten Differentialprinzips
läßt sich die in Fig. i dargestellte in besonders einfacher und praktischer Weise
durchführen, indem man dem einen Plattensatz, z. B. dem festen a, die Form eines
Kreisringstücks gibt, dessen innerer Kreisbogen einen Radius r-1 besitzt, der mindestens
so groß sein muß, daß die Isolierung des anderen Plattensatzes h, welche auf die
Drehachse o montiert ist, gesichert wird, während der Radius R, des äußeren Kreisbogens
größer ist als der größte Radius R. des anderen Plattensatzes. Dieser besitzt eine
Winkelöffnung (p + yr und dreht sich um die Drehungsachse o. Sein Profil ist so
bestimmt, daß die Veränderung der überdeckten Fläche dem gewünschten mathematischen
Ausdruck entspricht. Falls der Drehungswinkel yp größer ist als p, wie es in Fig.
i der Fall ist, so erweist es sich als praktisch, das Profil in drei oder mehr Teile
zu teilen, welche alle, evtl. mit Ausnahme eines Teils, die Winkelöffnung rp haben;
falls ?p kein Mehrfaches von
99 ist, wird der letzte
Teil die restliche Winkelöffnung haben, deren es zur Bildung von (p -j- 7p bedarf.
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Dasselbe Resultat kann in vielen Fällen auch erhalten werden, wenn
man dem beweglichen Plattensatz b ein kontinuierliches Profil mit einem veränderlichen
Sektor 5 gibt, wie z. B. aus Fig. 3 ersichtlich.
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Beim veränderlichen Kondensator,'welcher bei sonst gleichem Prinzip
die verschiedene LYberdeckung durch geradlinige Verschiebung erreicht, ergeben sich
beispielsweise Anordnungen, wie in Fig. :2 und d dargestellt, welche den Lösungen
nach Fig. i und 3 entsprechen.
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In diesen Kondensatoren mit geradliniger Verschiebung werden die den
Kreisringstücken der Drehkondensatoren entsprechenden Teile durch Rechtecke dargestellt,
d. h. durch Flächen von konstanter Breite c; die längere Seite des Rechtecks steht
senkrecht zur Bewegungsrichtung. Den spiralähnlichen Sektoren entsprechen dagegen
Oberflächenstücke von verschiedener Breite, deren Grundseiten ebenfalls senkrecht
zur Bewegungsrichtung stehen.
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Die Höhe dieser Flächenstücke in der Bewegungsrichtung ist mit 1a
bzw. mit k bezeichnet, L ist die Gesamtlänge der beweglichen Platten, d.
h. k-lt; h ist zugleich die Höhe der festen Platten im Bewegungssinn, und
k ist die Längenausdehnung dieser Bewegung: Wenn lz größer ist als lt, wie
in Fig. a, so wird die größere Fläche b gewöhnlich aus mehreren Flächenstücken
bestehen, welche die Höhe lt haben, außer der letzten, welche, falls k kein Mehrfaches
von lt ist, die restliche Höhe besitzt, die nötig ist, um 1-k zu bilden, wie aus
Fig. z ersichtlich. In vielen Fällen wird man den Platten b ein kontinuierliches
Profil geben können, wie es in Fig. q. angegeben ist. Falls man bei einer gegebenen
Gesamtgröße des Kondensators, z. B. eines Drehkondensators, p kleiner hält als yp,
so erzielt man eine größere Zone der Veränderlichkeit der Kapazität, aber eine geringere
Maximalkapazität. Macht man dagegen 99 größer als V, so erhält man im Gegenteil
eine enger begrenzte Veränderungsmöglichkeit, aber eine größere Maximalkapazität.
Macht man jedoch (stets für etwa gleiche Gesamtgröße) (p und yj ungefähr gleich
groß (z. B. (p und y gleich i 8o° oder nahe an iSo°), so erzielt man zugleich eine
weite Veränderungsmöglichkeit und eine hohe Maximalkapazität. Gleiches gilt für
den Kondensator mit geradliniger Verschiebung, wobei (p und yt durch die Längen
h
und k ersetzt werden.
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Schließlich läßt sich .der Umfang der Drehung oder Längsverschiebung
so vergrößern, daß von einem gewissen Werte dieser Bewegung an der Kondensator nicht
mehr als Differenzkondensator, sondern nuralsgewöhnlicher veränderlicher Kondensator
wirkt. Die Fig. 5, ;, g sowie 6, g und io stellen jeweils drei einfache Ausführungsbeispiele
solcher Differenzenkondensatoren dar, und zwar sind die ersteren Drehkondensatoren,
die letzteren Kondensatoren mit Längsverschiebung. In diesen Beispielen ist (p -
y - i$o° bzw. 1-k1.
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Die beiden hier besprochenen Typen fester Plattensätze, nämlich Kreisausschnitte
und Rechtecke, sind nicht die einzigen für Differ enzenkondensatoren verwendbaren
Typen, da sich dieselben Resultate auch noch mit anderen Formen erzielen lassen.
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Folgendes sind die wichtigsten unter den vielen veränderlichen Kondensatoren,
welche das besprochene Erfindungsprinzip verwerten: Differenzenkondensator mit gleichmäßiger
(normaler oder- höchst reduzierter) Veränderung der Kapazität; _ Differenzenkondensator
mit gleichmäßiger Veränderung der Welle; Differenzenkondensator mit gleichmäßiger
Veränderung der Frequenz; Differenzenkondensator mit prozentual beider erreichbare
Veränderung der- Kapazität Welle oder Frequenz: In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft
sein, einem veränderlichen Differenzenkondensator einen-festen Kondensator beizufügen,
derart, daß die mit der Kombination beider erreichbare Veränderung der Kapazität
einem bestimmten mathematischen Gesetze gehorcht, um z. B. eine gleichmäßige oder
eine prozentual gleichmäßige Veränderung der Kapazität, der Welle oder Frequenz
zu erzielen.