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Veränderlicher Kondensator, insbesondere Trimmerkondensator Die Erfindung
bezieht sich auf einen veränderlichen Kondensator, insbesondere Trimmerkondensator,
bei dem zwischen den beiden Belägen eine Platte aus Isoliermaterial verschiebbar
ist. Die Erfindung schafft insbesondere die Mittel, zu einer billigen Massenherstellung
von kleinen veränderlichen Kondensatoren, wie Trimmern, mit ausgezeichneten elektrischen
und mechanischen Eigenschaften zu gelangen, und zwar unter Vermeidung der den bekannten
Ausführungen anhaftenden Nachteile.
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In der britischen Patentschrift 454 845 sind veränderliche Kondensatoren
beschrieben, bei denen ein plattenförtniges Isolierstück in bezug auf wenigstens
einen der beiden Beläge beweglich ist. In einigen der in dieser Patentschrift angegebenen
,'£nsfülirungsformen ist ein Belag auf dem beweglichen plattenförmigen Isolierstück
und der andere auf einem fester, Träger aufgetragen. Die bewegliche Platte oder
der Träger oder aber beide können als Dielektrikum dienen. Ein geschliffener Halter
sorgt dafür, daß nur die gewünschten gegenseiti,gen Bewegungen des Trägers und des
Isolierstückes möglich sind. In weiteren in dererwähnten Patentschrift angegebenen
Ausführungsformen sind die beiden Beläge je auf einem festen Träger aufgetragen.
Diese Träger sind unter Zuhilfenahme von Hilfsunterteilen zu einem Ganzen vereinigt.
Zwischen den beiden Belägen kann eine Platte aus Isoliermaterial drehbar gelagert
sein, wodurch die Kapazität geändert wird. Diese Ausführungsformen haben alle den
_Nachteil, daß infolge der für die
Anfertigung der Unterteile geforderten
kleinen Toleranzen sehr genaue und daher kostspielige Schleifarbeit erforderlich
ist. Auch sind die Unterteile dünnwandig. Falls sie aus keramischein Material angefertigt
sind, das infolge der guten dielektrischen Eigenschaften allgemein hierfür verwendet
wird, sind sie also zerbrechlich. Die Verwendung von keratnischem Material bringt
noch andere Schwierigkeiten mit sich, Dünne Teile ziehen sich häufig bei der Anfertigung.
Infolge dieses Umstandes unddurchden auftretendenunregelmäßigen Schwund muß man
sich mit ziemlich großen Maßabweichungen zufrieden geben, was gerade infolge der
bei den oben beschriebenen Bauarten geforderten kleinen Toleranzen lange und kostspielige
Nachbearbeitungen bedingt.
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Die mechanische Stabilität von aus einer mehr als durchaus notwendigen
Zahl verschiedener Unterteile aufgebauten veränderlichen Kondensatoren ist trotz
der Oualität der Schleifarbeit für die meisten Anwendungen zu gering. Namentlich
ist es bedenklich, daß die beiden Beläge auf verschiedenen Trägern aufgetragen sind,
die mechanisch mittels Hilfsunterteile verbunden sind, woraus sich plötzliche, wenn
auch bisweilen geringe Kapazitätsänderungen ergeben. Bei einer bekannten Ausführungsform,
bei der die beiden Träger und der Verbindungsteil aus einem Stück angefertigt sind,
ist aber dieses Stück dünnwandig und infolge seiner besonderen Form schwer bearbeitbar
und zerbrechlich. Außerdem ist das zerbrechliche Isolierstück drehbar ausgebildet,
was bei der verlangten Präzision hohe Anforderungen an die Fassung der Welle stellt.
Durch die Anwendung der Erfindung werden die erwähnten Nachteile beseitigt.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Beläge auf einem gemeinsamen Träger
aus gleichförinigem Material zu beiden Seiten eines in ihm angebrachten Schlitzes
aufgetragen, wobei die kleinste Materialdicke des Trägers größer als die Schlitzbreite
ist. Hierdurch kommen die Hilfsunterteile für die mechanische Verbindung der Träger
in Fortfall. Da vom Träger nur der Schlitz verwendet wird, wird nach dem Schleifen
des Schlitzes keine weitere Nachbehrbeitung erforderlich sein, auch nicht bei -Verwendung
von keramischem Material. Die Beläge werden nach einem der bekannten Verfahren aufgetragen,
z. B. durch Einbrennen.
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Der Träger besitzt vorzugsweise eine zylindrische Form und ist mit
einer axialen Bohrung versehen, -während die Schlitzfläche die Zylinderwelle enthält.
Die zylindrische Form läßt sich infolge der hohen Symmetrie am leichtesten anfertigen.
Hierdurch wird auch das Auftreten von ungleichmäßigen Spannungen im Material vermieden.
Die axiale Durchbohrung kann bei der ersten Formgebung angebracht werden. Sowohl
für diese Durchbohrung als auch für den Zylinderdurchmesser sind die Toleränzen
sehr weit, so daß die Nachbearbeitungen fortfallen.
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- Zwecks Erhaltung einer kleinen -Nullkapazität werden die
Beläge nicht auf der ganzen Oberfläche der Schlitzseiten aufgetragen. Wird die bewegbare
Platte, mittels welcher die Kapazität geregelt wird, derart verschoben, daß sie
sich zwischen den unbedeckten Teilen der Schlitzwandungen befindet, so besitzt die
Kapazität einen Mindestwert. Es laufen nun aber. noch elektrische Kraftlinien von
der Rückseite des einen Belags nach der Rückseite des anderen Belags völlig oder
teilweise durch den Träger hindurch. Die Durchbohrung verkleinert den völlig durch
den Träger hindurchgehenden Anteil.
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Um auch den über den Träger durch das Isolierstück hindurchgehenden
Anteil herabzusetzen, wird im Träger außerdem ein Querschlitz geschliffen, dessen
Fläche senkrecht zu der des Schlitzes steht, in der die Beläge angebracht sind,
und die Beläge werden nur auf -einer Seite des Querschlitzes aufgetragen, in der
Weise, daß in der Nullstellung die bewegliche Platte sich völlig auf der anderen
Seite des Ouerschlitzes befindet.
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Die mit Belägen bedeckten Teile der Schlitzwände grenzen nun infolge
des Vorhandenseins der axialen Durchbohrung und des Ouerschnittes an keiner Stelle
an keramisches Ma7terial. Dies verringert, wie vorstehend erörtert wurde, die Kapazität
zwischen den beiden Belägen. Aber auch ein anderer Vorteil wird hierdurch erreicht.
Beim Auftragen der Beläge sind nämlich keine Schablonen erforderlich, denn es besteht
keine Gefahr, daß die Beläge sich über eine größere Oberfläche als erwünscht ist,
erstrecken werden.
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Um die Toleranz-en nicht unnötig klein zu machen, ist die Stärke der
beweglichen Platte kleiner als die Schlitzweite. Es brauchen trotzdem keine Maßnahmen
getroffen zu werden, das Verschieben der Platte in der Breifenrichtung des Schlitzes
(senkrecht zu der Schlitzfläche) zu vermeiden, da bei solchen Verschiebungen die
'Kapazität sich nicht ändert. Die Platte wird vorzugsweise aus keramischem Material
mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und niedrigen Verlusten angefertigt. Dann
besitzen die Kapazitätsänderungen bei Verschiebung der Platte einen Höchstwert und
der Verlustwinkel des Kondensators ist gering.
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Träger kann ebenfalls aus keramischem Material angefertigt werden,
wofür dasselbe Material wie für die bewegliche Platte gewählt-werden kann. Wird
ein anderes keramisches Material verwendet, so ist es möglich, durch richtige Bemessung
und Materialwahl dein Temperaturkoeffizienten des Kondensators -einen bestimmten
Wert zu geben, z. B. gleich Null zu machen. Um die Nullkapazität klein zu halten,
kann der Träger aus keramischem Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante
angefertigt werden.
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Das Dielektrikum des beschriebenen Kondensators besteht teilweise
aus Luft und teilweise aus Isoliermaterial. Um den Verlustwinkel noch kleiner zu
machen als auf diese Weise erreichbar ist, können die beiden Seitenflächen der verschiebbaren
Platte leitend gemacht und leitend miteinander verbunden werden, wobei daiiii nur
die Luft als Dielektrikum dient. Werden
nun die Toleranzen für die
Schlitzweite und die Plattenstärke kleiner gewählt, so kann der Unterschied zwischen
der Schlitzweite und der Plattenstärke kleiner -emacht werden, wodurch eine größere
Kapazitaitsänderung möglich wird. Selbstverständlich müssen bei dieser Ausführungsform
bauliche -Maßnahmen getroffen sein, um zu bewirken, daß die bewegliche Platte stets
an einer der Schlitzwände anliegt, da sonst Kurzschluß der Beläge auftreten könnte.
Zur Vermeidung eines solchen Kurzschlusses können die Beläge der Platte mit einer
dünnen Isolierschicht bedeckt werden.
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Es ist vorteilhaft, auch die Beläge auf den Schlitzwänden des Trägers
mit einer Isolierschicht züi bedecken. Einerseits wird hierdurch die obenerwähnte
Kurzschlußgefahr noch kleiner gemacht und andererseits wird auf diese Weise die
durch (las Schieben der beweglichen Platte verursachte Abnutzung der Beläge auf
den Schlitzwänden vermieden.
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Bei einem solchen Kondensator können vorteilhaft die Platte und der
Träger aus keramischern M 2 aterial mit einem sehr kleinen Ausdehnungskoeffizienten
angeferti-t sein. Hierdurch wird ein Kondensator mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten
erhalten. Die Anwendung solcher Materialien, die -im allgemeinen große dielektrische
Verluste herbeiführen, ist hier möglich, da nur Luft und Ouarz als Dielektrikuin
auftreten, so daß der Verlu7twinkül gering bleibt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i zeigt schaubildlich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
veränderlichen Kondensators; Fig. 2 ist die Vorderansicht dieses Kondensators (in
Richtung a von Fig. i gesehen); F4,-- 3 ist eine Draufsicht; Fig.
4 und 5 sind Querschnitte des veränderlichen Kondensators über die Flächen,
deren Querschnitt mit der Zeiclinungsfläche in Fig. 2 mit 111-III bzw. IV-IV bezeichnet
ist; Fi-. 6 und 7 zei-en schaubildlich bzw. im Ouerschnitt eine weitere
Ausführungsform.
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In Fig. i ist im keramischen Körper i, der mit einer axialen Durchbohrung
:2 versehen ist, ein Schlitz 3 eingeschliffen. Ein Ouerschlitz 4 ist senkrecht
zum Schlitz 3 eingeschliffen (s. Fig. i und 2). Die Seitenwände des Schlitzes
3 sind, insoweit sie sich unterhalb des Querschlitzes 4 befinden, mit leitenden
Belägen 5 und 6 (s. Fig.:2) versehen. Letztere sind mit zwei
Stromzuführungen 7 bzw. 8
verbunden, die in Flucht miteinander liegen.
Hierdurch bleibt die gegenseitige Induktion und die Nullkapazität gering. Zwischen
den beiden Belägen e, 3 und 6 im Schlitz 3 ist ein plattenförmiges
Isolierstück 9 auf- und abschiebbar. je größer der zwischen den Belägen
5 und 6 befindliche Teil dieser Platte ist, um so größer ist die Kapazität.
Das Isolierstück c) wird von einer Feder io festgehalten, welche einer Rille ii
des Trä-ers i liegt. Die Nullkapazität, d. h. die Kapazität zwischen den
Belägen 5 und 6, wenn das Isolierstück 9 sich völlig oberhalb
des Querschnittes 4 befindet, in der in Fig. :2 gestrichelt und mit 12 bezeichneten
Stellung, ist dadurch klein gemacht, daß die Durchbohrung :2 und der Ouerschnitt
4 angebracht sind und die Breite des Schlitzes 3
(s. Fig. 5) groß ist.
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Ist der Kondensator nicht auf Mindestkapazität eingestellt, so dient
das Isolierstück 9 als Dielektrikum. Dieses wird vorzugsweise aus keramischem
Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und niedrigen Verlusten angeferti
Igt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Schlitzweite i mm, die Dicke der
verschiebbaren Platte o,98o mm, die Oberfläche jeder der Beläge 0,75 cm-'
und die dielektrische Konstante des Materials der verschiebbaren Platte 12,5. Die
Mindestkapazität ist dann o,6 cm und die Höchstkapazität 6 cm. Nimmt man
in diesem Fall für die verschiebbare Platte ein Material, dessen dielektrische Konstante
ioo ist, so wird die Höchstkapazität 2o cm. Der keramische Körper i besitzt eine
zylindrische Form mit einem Durchmesser von iq mm, die axiale Durchbohrung hat einen
Durchmesser von 3 mm.
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,Das Isolierstück 9 kann auch beiderseits mit leitenden Belägen
bedeckt werden, welche leitend verbunden werden. Darauf können diese Beläge, wie
auch die Beläge 5 und 6, auf den Seit--nwänden des Schlitzes mit einer
dünnen Isolierschicht, z. B. aufgedampftem Quarz, bedeckt werden. Auf diese Weise
ergibt sijh ein Kondensator, bei dem mir Luft und die dünne Quarzschicht als Dielektrikum
dienen. Dies hat den Vorteil eines geringen Verlustwinkels und einer großen Kapazitätsänderung.
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In Fig. 6 ist in der oberen Hälfte des zylindrischen Trägers
:2o, der mit einer axialen Durchbollrung 22 versehen ist, ein Schlitz ?-i vorgesehen,
dessen Fläche die Zylinderwelle enthält. Fig. 7 ist ein Querschnitt, dessen
Fläche in Fig. 6 mit der der Platte 23 übereinstimmt. Die beiden einander
zugekehrten Schlitzwände sind, insoweit sie oberhalb der LinieF-G in Fig.
7 liegen, mit einem leitenden Belag bedeckt. Im Schlitz 21 kann eine Platte
23 verschoben werden. Diese Platte ist an einer Führungsstange 24 befestigt,
welche sich in der axialen Durchbohrurig :22 bewegen kann. Die Platte
23 wird dadurch verschoben, daß die Führungsstange 2-t beispielsweise von
einem nicht dargestellten Schraubenmecbanismus angetrieben wird. Die Beläge erstrecken
sich hier allerdings über die Wand der axialen Durchbohrung hinaus, um die zur linken
und zur rechten Seite der Durchbohrung liegenden Teile elektrisch miteinander zu
verbinden. Die Zuführungen werden wie bei der vorherigen Ausführungsform angebracht
und sind in Fig. 6 mit --,5 und 26
angedeutet. In der Nullstellung
befindet die Platte 23 sich völlig unterhalb der LinieF-G. Die Kapazität
zwischen den beiden Belägen besitzt ihren Höchstwert, wenn die Platte
23 sich in der oberen Stellung befindet.
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Nach der Erfindung angefertigte Kondensatoren zeichnen sich durch
große Festigkeit, Stabilität und geringe Verluste aus. Infolge der geringen
Zahl
der Bearbeitungen und der Vermeidung von Bauarten, bei denen Teile genau ineinanderpassen
müssen, ist eine billige Massenherstellung möglich. Durch die Wahl des Materials
und der Abmessungen sind der Temperaturkoeffizient, die Kapazitätsänderung und die
Mindestkapazität innerhalb weiter Grenzen regelbar. Die Erfindung bietet insbesondere
Vorteile bei Anwendung auf Trimmerkondensatoren von geringen Abmessungen, wie sie
in der Radiotechnik bei sehr hohen Frequenzen verwendet werden.