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Veränderlicher elektrischer Kondensator mit zwei aufeinander gleitend
beweglichen Teildielektriken aus keramischem Baustoff Veränderliche elektrische
Kondensatoren werden gewöhnlich als Luftplattendrehkondensatoren ausgebildet. Die
Nachteile dieser Kondensatoren bestehen darin, daß sie infolge der geringen Dielektrizitätskonstante
der Luft einen großen Raumbedarf erfordern und ferner infolge der Tatsache, daß
das umgebende Dielektrikum ebenfalls von Luft dargestellt wird, ein großes Streufeld
entsteht. Um diesen schädlichen Wirkungen zu begegnen, pflegt man die Kondensatoren
zu schirmen, wodurch der Raumbedarf weiter vergrößert wird und außerdem zusätzliche
Verluste hervorgerufen werden. Man hat versucht, diese Übelstände zu vermeiden und
veränderliche Kondensatoren aus festen Baustoffen, die eine größere Dielektrizitätskonstante
als Luft haben, entwickelt. Die Dielektrika dieser Kondensatoren bestehen aus dünnen
nachgiebigen Schichten aus Glimmer, Hartpapier od. dgl. Gewöhnlich wird der Aufbau
entsprechend dem der Luftdrehkondensatoren vorgenommen, indem entweder die als Dielektrikum
dienenden Stoffe am festen Plattensatz befestigt werden und wie beim Drehkondensator
der drehbare Plattensatz bewegt wird oder beide Metallplattensätze feststehen und
die als Dielektrikum dienenden
Schichten bewegt werden. Wenn die
Kondensatoren ohne besondere zusätzliche konstruktive Maßnahmen wie üblich in der
geschilderten Art ausgeführt sind, entstehen infolge der Nachgiebigkeit der Dielektrika
Luftzwischenräume zwischen den Belegungen und den Dieleltril;en.welche die erzielbare
Genauigkeit der Kapazität in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung schädlich
beeinflussen. Will man die Luftzwischenräume zwecks Erzielung einer den Luftkondensatoren
entsprechenden Güte beseitigen, so sind umständliche konstruktive -Maßnahmen erforderlich.
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Die geschilderten Nachteile können vermieden «-erden, indem statt
dünner nachgiebiger Schichten aus der Gruppe der bisher verwendeten oben angegebenen
Baustoffe das Dielektrikum aus formstarrem unnachgiebigem Baustoff von ausreichender
Stärke hergestellt wird. Eine einfache Form eines solchen Kondensators besteht aus
zwei aufeinandergleitenden Scheiben, sonst beliebiger Gestalt aus formstarrem Baustoff,
deren eine drehbar. deren andere fest angeordnet ist; ihre Gleitflächen sind durch
Schleifen,Polieren od. dgl. geglättet. Die Belegungen sind zur Vermeidung von Luftzwischenräumen
nach einem der bekannten Metallisierungsverfahren unmittelbar auf die Scheiben aufgetragen
dergestalt, daß die eine Belegung auf der Gleitfläche eines der Stücke und die andere
auf der diesen Gleitflächen abgekehrten Seite des anderen Stückes angebracht ist.
Die Belegungen nehmen nur Teile der betreffenden Oberflächen ein. Die Veränderung
der Kapazität erfolgt, indem durch Drehung der beweglichen Scheibe die Belegungen
in verschiedener Form zur Deckung gebracht werden. Durch entsprechende Ausbildung
der geometrischen Form der Belegungen lassen sich beliebige Kennlinien für die Abhängigkeit
der Kapazität vom Drehwinkel leicht herstellen. Zur Vermeidung störender Luftzwischenräume
sind die beiden Stücke mit einem ausreichenden Druck gegeneinander gepreßt. Die
Betätigungsachse wird vorteilhaft mit der drehbaren Scheibe starr verbunden und
von einem in der Bohrung der festen Scheibe angebrachten Lager aufgenommen. Mittels
einer passend ausgebildeten Federung wird ein Druck der drehbaren Scheibe auf die
Gleitfläche der festen hervorgerufen. Zur Erzielung einer sicheren Führung bzw.
Lagerung werden zweckmäßig die Scheiben an den betreffenden Stellen einseitig verstärkt,
so daß ringförmige Ansätze entstehen.
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Als Baustoff für das Dielektrikum hat man bereits keramische Stoffe
mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 50 und roo und geringem dielektrischem
Verlust vorgeschlagen. welche unter Verwendung von Titansäure oder Titansäure enthaltenden
Verbindungen aufgebaut sind.
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Bei der vorstehend geschilderten Ausführung macht sich der Nachteil
bemerkbar, daß bei fortschreitender Betriebsdauer die metallische Belegung auf den
Gleitflächen von der darüber gleitenden Scheibe abgerieben und die Gleitflächen
beider Scheiben dadurch in störender Weise mit Metallteilchen oberflächlich verunreinigt
werden.
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Diese Schwierigkeiten werden, wie bereits vorgeschlagen wurde, dadurch
beseitigt. daß das Dielektrikum selbst senkrecht zum Kraftlinienfluß in zwei Teildielektriken
aufgespalten wird und die metallischen Belegungen auf den einander abgekehrten Oberflächen
der Teildielektriken aufgebracht werden.
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Auch diese Bauform hat noch \achteile, sofern man verhältnismäßig
hohe Kapazitäten erreichen will. Die Herstellung dünner Scheiben als selbständige
Gebilde auf Grund der keramischen Herstellungsweise ist an sich schwierig und kann
in Richtung sehr geringer Schichtstärke nicht beliebig weit getrieben werden: die
für die Beseitigung von Lufteinschlüssen unvermeidliche Schleifbearbeitung und Anpressung
der Teildielektriken im Betrieb setzen deren Stärke, wenn die Teildielektriken nur
für sich zur Anwendung kommen, eine bestimmte lIindestgrenze, da zu dünne keramische
Scheiben entweder unter dem Schleifdruck bei der Herstellung oder unter dem Anpreßdruck
im Betrieb zu Bruch gehen. Infolgedessen ist es an sich ungünstig, von vornherein
durch die Verwendung eines Scheibenpaares mit der doppelten Schichtdicke rechnen
zu müssen.
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Dieser Nachteil wird nach der Erfindung vollständig dadurch überwunden,
daß die Teildielektriken mit ihren Belegungen und Anschlüssen auf Trägern aus formstarrem
Isolierstoff. z. B. mittels Kitt oder Glasur, befestigt sind. Das so entstehende
kräftige Gesamtgebilde läßt sich durch Schleifen in einfacher Weise bearbeiten,
wobei die als Dielektrikum dienende Scheibe weit unter die bisherige Mindestgrenze
bis zu sehr geringer Schichtdicke abgetragen werden kann.
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Dieser Aufbau ermöglicht noch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung.
wenn man für die Träger der Teildielektriken einen keramischen, vorzugsweise magnesiumsilikathaltigen
und geringverlustigen Stoff geringer bzw. mäßiger Dielektrizitätskonstante verwendet.
Allgemein ist die Stellung höchster Kapazität diejenige. in welcher die beiden Belegungen
sich möglichst weitgehend überdecken, die Stellung kleinster Kapazität dagegen diejenige,
in welcher die beiden Belegungen möglichst weitgehend einander abgekehrt sind. Meist
ist es dabei erwünscht.
daß die letztgenannte Stellung einen möglichst
kleinen Kapazitätswert aufweist, also die Anfangskapazität des veränderlichen Kondensators
so klein wie möglich gehalten wird. Bei den bisher geschilderten Anordnungen bleibt
jedoch ein schräg gerichtet durch das Dielektrikum verlaufendes elektrisches Feld
auch in dieser Anfangsstellung erhalten, durch welches die Anfangskapazität in unerwünschter
Weise bestimmt wird. Dieser Schwierigkeit kann man nur begegnen, indem man die Belegungen
so beschränkt, daß unter Verzicht auf größtmögliche Ausnutzung der zur Verfügung
stehenden Flächen Teile derselben unbelegt bleiben und in der Anfangsstellung den
Abstand zwischen den einander zugekehrten Grenzlinien der Belegungen in dem erforderlichen
Umfang vergrößern.
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Diesem Mangel ist nun nach weiterer Erfindung in der Weise abzuhelfen,
daß die das wirksame Teildielektrikum bildenden Stücke nur einen etwa der zugehörigen
Belegung entsprechenden Umfang haben und in entsprechende Aussparungen der Träger
eingelassen sind. Die abzuschleifende Fläche setzt sich nun zu einem Teil aus dem
wesentlich als Dielektrikum wirkenden Stück mit hoher Dielektrizitätskonstante und
dem daneben angrenzenden Ansatz des Trägers mit geringer Dielektrizitätskonstante
zusammen. Es entsteht durch den Schliff eine ebene Fläche; die zum Teil durch die
Oberfläche des Stückes mit hoher Dielektrizitätskonstante, zum Teil durch die des
Trägers mit geringer Dielektrizitätskonstante gebildet wird. In der Stellung kleinster
Kapazität verlaufen die Feldlinien nunmehr im wesentlichen nicht durch den Stoff
hoher Dielektrizitätskonstante, sondern durch den Stoff niedriger Dielektrizitätskonstante.
Die Anfangskapazität wird somit auf den gewünschten niedrigen Wert herabgedrückt,
ohne daß dadurch die Höchstkapazität des Kondensators merklich gemindert wird. Noch
vollständiger erreicht man das Ziel der Herabsetzung der Anfangskapazität, wenn
die das wirksame Teildielektrikum bildenden Stücke in der Art im Umfang beschränkt
sind, daß sie, in der Stellung kleinster Kapazität nicht unmittelbar aneinander
grenzen, sondern durch den Trägerwerkstoff mit geringer Dielektrizitätskonstante
getrennt sind. Gegebenenfalls kann auch ein Luftspalt zu diesem Zweck vorgesehen
werden.
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Drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung zeigt die
Zeichnung.
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In Abb. t ist im Schnitt die bewegliche Scheibe eines Kondensators
dargestellt, bei welchem die als Teildielektrikum dienende Scheibe a nach
Aufbringen der Belegung b
auf einen keramischen Träger c aufglasiert oder
aufgekittet ist. Bei diesem Gebilde läßt sich die Scheibe a auf sehr geringe Schichtdicke
abschleifen.
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der beweglichen Scheibe eines
Kondensators, bei welchem die das Teildielektrikum bildende Scheibe d nur als Teil
der gesamten Gleitfläche etwa vom Umfang der zugehörigen Belegung f ausgebildet
und der Träger e mit einer entsprechenden Aussparung versehen ist. Das aus
zwei verschiedenen Stoffen zusammengesetzte Gebilde ist durch einen über die Oberflächen
beider Stücke ausgedehnten Schleifvorgang geebnet und geglättet.
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Abb. 3 zeigt schematisch- im Schnitt einen Kondensator, bei welchem
die in ihrem Umfang beschränkten Belegungen g in der Anfangsstellung nicht unmittelbar
aneinandergrenzen, in der Stellung niedrigsten Kapazitätswertes. Die die Teildielektriken
bildenden Platten lt hoher Dielektrizitätskonstante sind nach Aufbringen
der metallischen Belegungen g in Aussparungen der beiden Tragstücke i aus einem
Stoff niedriger Dielektrizitätskonstante befestigt und dann mit den Tragstücken
zusammen auf den Gleitflächen durch Schleifen geglättet sowie auf die gewünschte
geringe Schichtstärke gebracht. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß bei der Stellung
niedrigsten Kapazitätswertes sämtliche elektrischen Feldlinien in ihrem Verlauf
durch ein Medium niedriger Dielektrizitätskonstante hindurchführen.
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Die Grundsätze der Erfindung sind nicht auf scheibenförmige Dielektriken
beschränkt, vielmehr kann der veränderliche Kondensator unter sinngemäßer Abwandlung
derselben auch in beliebiger geometrischer, beispielsweise zylindrischer Gestalt
ausgeführt werden.