DE892485C - Electric capacitor - Google Patents
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Description
Elektrischer Kondensator Bei :gegebenen äußeren Abmessungen und gegebener Dicke .des Dielektrikums ist der Kapazitätswert eines elektrischen Kondensators von der Größe der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums abhängig. Beim Aufbau von Kondensatoren strebt man daher die Verwendung von dielektrischen Stoffen hoher Dielektrizitätskonstanten an. Stoffe mit Beimengung von Titan.dioxyd, z. B. in Form von Rutil, :haben eine verhältnismäßig hohe resultierende Dielektrizitätskonstante, da die chemische Verbindung eine ganz besonders hohe Speicherfähigkeit für statische Elektrizitätsmengen aufweist.Electrical capacitor With: given external dimensions and given Thickness of the dielectric is the capacitance value of an electrical capacitor depends on the size of the dielectric constant of the dielectric. When building of capacitors, the use of dielectric materials is therefore sought Dielectric constant. Substances with admixture of titanium dioxide, e.g. B. in shape of rutile,: have a relatively high resulting dielectric constant, because the chemical compound has a particularly high storage capacity for static Has amounts of electricity.
Es sind bereits verschiedene Kondensatorausführungen bekanntgeworden, bei denen das als Dielektrikum dienende Material Beimengungen. von Titandioxyd aufweist. Die hohe Dielektrizitätskonstante von verschiedenen keramischen Dielektriken ist z. B. vorwiegend auf die Beimengungen von Titandioxyd zurückzuführen. Bisher werden die Keramikkondensatoren fast .ausschließlich. als feste Scheiben oder Röhrchen gebaut. Zur Erhöhung der Kapazität werden dabei scheibenförmige Einzelelemente parallel bzw. zur Erhöhung der Spannungsbelastbarkeit in Reihe geschaltet und als Stapelkondensatoren zu Einheiten zusammengefügt und gehaltert. Sowohl für die Scheiben als auch für die Röhrchenform liegt aber ,die geringste Wandstärke wenig unter r mm. Es lassen sich daher größere Kapazitäten selbst bei Parallelschaltung mehrerer Einzelelemente nur schwer herstellen. Es kommen aber in .der Praxis Fälle vor, in denen Kapazitäten von beispielsweise z MF benötigt werden, wobei die auftretende ,Spannung sehr niedrig, z. B. unter roo oder ro Volt, liegt, so daß die Wandstärke der keramischen Einzelelemente von etwa z mm bzw. deren Spannungsbelastbarkeit gar nicht ausgenutzt wird.Various capacitor designs have already become known, in which the material serving as a dielectric has admixtures. of titanium dioxide. The high dielectric constant of various ceramic dielectrics is z. B. mainly due to the admixtures of titanium dioxide. So far will be the ceramic capacitors almost exclusively. as solid discs or tubes built. To increase the capacity, disc-shaped individual elements are parallel or connected in series to increase the voltage load capacity and as stack capacitors assembled into units and held in place. Both for the discs and for the tubular shape is, however, the smallest wall thickness a little less than r mm. Leave it therefore larger capacities even with parallel connection several Difficult to manufacture individual elements. In practice, however, there are cases in which which capacities of, for example, z MF are required, with the occurring , Voltage very low, e.g. B. under roo or ro volts, so that the wall thickness of the individual ceramic elements of about z mm or even their stress resistance is not exploited.
Um auch für diesen Zweck die hohe Dielektrizitätskonstante des Titandioxydes ausnutzen zu können, hat man diese chemische Verbindung in Pulverform mit thermoplastischen Kunststoffen vermengt und eine Folie daraus 'hergestellt. Die Durchschlagsfestigkeit dieser sogenannten Rutilfolie, deren Dielektrizitätskonstante ungefähr q. bis 5 betrug, lag jedoch sehr niedrig. Andererseits war sie trotz der .geringen Rutilbeimengung sehr spröde. Die Folie konnte sich daher nicht in der Praxis durchsetzen.In order to also use the high dielectric constant of titanium dioxide for this purpose To be able to take advantage of this chemical compound in powder form with thermoplastic Plastics mixed and a film made from it. The dielectric strength this so-called rutile foil, whose dielectric constant is approximately q. until 5 was very low. On the other hand, it was despite the low addition of rutile very brittle. The film was therefore not able to establish itself in practice.
Ein anderer Versuch zur Ausnutzung der großen elektrischen Speicherfähigkeit von Rutil richtete sich darauf, diesen Stoff bei der Herstellung von Kondensatorpapier .dem Papierbrei beizumengen. Zur Erzielung einer höhenDielektrizitätskonstanten .des so ;gewonnenen Papierbandes ist jedoch ein sehr hoher Anteil von Rutil in der Papiermasse erforderlich, so daß ein derartiges Beigemenge von gewöhnlichen Papiermaschinen nicht verarbeitet werden kann.Another attempt to take advantage of the large electrical storage capacity of rutile focused on this substance in the manufacture of capacitor paper .Add to the paper pulp. To achieve a high dielectric constant Of the paper tape obtained in this way, however, a very high proportion of rutile is in the Paper pulp required, so that such an admixture of ordinary paper machines cannot be processed.
Mit Titandioxyd angereicherte emailleartige Massen, mit denen metallische Kondensatorfolien dünn überzogen werden, weisen den Nachteil einer hohen Sprödigkeit auf, die beim Wickeln oder Stapeln derartiger Folien zu Rissen und sonstigen Zerstörungen führt.Enamel-like masses enriched with titanium dioxide, with which metallic Capacitor foils are thinly coated, have the disadvantage of high brittleness on, which when winding or stacking such films to cracks and other destruction leads.
Eine gegenüber den bekannten Lösungsversuchen wesentlich vorteilhaftere Art der Herstellung von Wickel-, Falt- oder Stapelkondensatoren unter Verwendung solcher Dielektriken, die Stoffe mit hoherelektrischer Speicherfähigkeit enthalten, wird nach der Erfindung (darin gesehen, daß die dielektrischen Schichten weder als selbständige Folien ausgebildet noch .auf die metallischen Beläge aufgesintert werden, sondern daß sie aus einem pulverförmigen Stoff hoher Dielektrizitätskonstanten bestehen, der durch einen Zusatzstoff von bei ao° C zähplastischer Konsistenz und von hoher Haftfähigkeit an Metall gebunden ist. Als pulverförmigen Stoff von hoher elektrischer Speicherfähigkeit Ikann vorzugsweise das bereits erwähnte Titandioxyd verwendet werden. Ein geeigneter Bindungsstoff für dieses Pulver ist z. B. Ozokerit oder Chlornaphthalin oder ein ähnliches wachsartiges chemisches Produkt. Die in elektrischer Hinsicht verhältnismäßig günstigen Eigenschaften dieser Bindungsstoffe, wie geringe Feuchtigkeitsaufnahme, 'hohe Isolierfähigkeit, haben ihre Verwendung in der Kondensatortechnik als Verguß- undTränkungsmittel bereits üblich werden lassen: Die Herstellung eines Wickelkondensators unter Verwendung dieses zusammengesetzten dielektrischen Materials kann nun in verschiedener Weise erfolgen. So'werden etwa zwei Al:uminiurnbändei zunächst dadurchhaftfähig gemacht, daß ihre Oberfläche mit einer hauchdünnen Schicht der genannten wachsartigen Bindungsstoffe. überzogen wird. Beim Aufrollen dieser Bänder zu einem Wickel werden sie von beiden Seiten mit dem pulverförmigen Stoff von 'hoher Elektrizitätskonstante, z. B. mit Rutil, abgeblasen, so daß sich dann das Pulver an .der haftfähigen Oberfläche des Foiienbandes- absetzt. In ausreichender Dichte bildet die Pulverschicht auf der Oberfläche einen in jeder Hinsicht.zuverlässigen isolierenden Abstandshalter der Beläge. Kleine, noch vorhandene, nicht dicht belegte Stellen werden ausreichend durch den Bindungsstoff selbst isoliert. Den fertigen Wickel wird man zweckmäßig noch mit Füllmasse durchtränken und dabei vorzugsweis- Vakuum in Anwendung bringen. Die Anwendung ges Vakuums führt zu einer ausreichenden -Entlüftung ,des Kondensators, wodurch sowohl Feuchtigkeit als auch die Möglichkeit .des Entstehens von Sprühentladungen in dem Kondensator beseitigt werden. Der Trocknungs-und Tränkprozeß. ähnelt ganz dem, der für die üblichen Papierkondensatoren allgemein .angewendet wird.One that is much more advantageous than the known attempted solutions Type of manufacture of wound, folded or stacked capacitors using such dielectrics that contain substances with high electrical storage capacity, is seen according to the invention (in that the dielectric layers neither as independent foils are still being sintered onto the metallic coverings, but that they consist of a powdery substance with a high dielectric constant, by an additive with a viscous consistency at ao ° C and a high Adhesion is bound to metal. As a powdery substance of high electrical Storage capacity I can preferably use the already mentioned titanium dioxide will. A suitable binding substance for this powder is e.g. B. ozokerite or chloronaphthalene or a similar waxy chemical product. The ones in electrical terms relatively favorable properties of these binding materials, such as low moisture absorption, '' high insulation properties, are used in capacitor technology as potting and make impregnants already common: the manufacture of a wound capacitor Using this composite dielectric material can now be used in various Way to be done. Thus, for example, two aluminum straps initially become adhesive made that their surface with a wafer-thin layer of said waxy Binding fabrics. is covered. When these tapes are rolled up, they become a roll them from both sides with the powdery substance of 'high electricity constant, z. B. with rutile, blown off, so that then the powder on .der adhesive surface of the Foiienbandes- deposed. The powder layer forms in sufficient density the surface a reliable insulating spacer in every respect the toppings. Small, still existing, not densely occupied areas will be sufficient isolated by the binding fabric itself. The finished wrap becomes useful soak it with filling compound and preferably apply a vacuum. The application of a full vacuum leads to sufficient ventilation of the condenser, which creates both moisture and the possibility of spray discharges be eliminated in the condenser. The drying and soaking process. is very similar the one that is generally used for the usual paper capacitors.
Eine weitere Möglichkeit, einen Wickelkondensator unter Verwendung des vorgeschlagenen zusammengesetzten dielektrischen Materials herzustellen, besteht darin, den pulverförmigen Stoff hoher Dielektrizitätskonstanbe mit dem durch Erwärmung flüssig gemachten Bindungsstoff emulsionsartig zu mischen und dann dieses Material in pastenartiger. Konsistenz .auf die Folie aufzutragen. Diese Auftragung kann mit Vorteil etwa in der Weise geschehen, wie photochemische Emulsionsschichten auf Celluloid, Papier- oder Glar:-schichten aufgetragen werden.Another way to use a wound capacitor of the proposed composite dielectric material consists therein, the powdery substance of high dielectric constant with that by heating to mix liquefied binding material in an emulsion-like manner and then this material in pasty. Consistency. To be applied to the foil. This application can be done with Advantage happen in the way that photochemical emulsion layers on celluloid, Paper or Glar: layers can be applied.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des gleichmäßigen Aufbringens einer -dünnen dielektrischen Schicht aus dem zusammengesetzten .diel@ektrischen Material besteht darin, dieBänder durch,das wärme Emulsionsbad hindurchzuziehen. Bei dieser Methode ist es besonders wichtig, daß die homogene Zusammensetzung der Emulsion dauernd gewährleistet ist. Dies geschieht in an sich bekannter Weise .durch Rührwerke, die den pulverförmigen Stoff am Absetzen hindern und ihn indem flüssigen Bindungsstoff ständig irr gleichmäßiger Schwebe halten.Another advantageous possibility of even application a -thin dielectric layer made of the composite dielectric Material consists in pulling the ribbons through the warm emulsion bath. With this method it is particularly important that the homogeneous composition of the Emulsion is permanently guaranteed. This is done in a manner known per se Agitators that prevent the powdery substance from settling and keep it in liquid form Always keep the binding material in a steady state of suspension.
Ferner kann man die dielektrische Schicht nach Art .des Einfärbens von Druckmatrizen mittels Walzen auf den Folien aufbringen.Furthermore, the dielectric layer can be colored in the manner of of printing matrices onto the foils by means of rollers.
Außerdem verdient Erwähnung die Möglichkeit, die emulsionsartige dielektrische Schicht mittels einer Pumpe auf die Kondensatorfolie aufzuspritzen. Dabei kann mit Vorteil eine Pumpe Verwendung finden, deren Membran eine hochperiodische Bewegung ausführt und so mit dazu beiträgt, die Emulsion in ständiger Bewegung zu halten und ein Absetzen (des pulverförmigen Schwebestoffes zu verhindern. Beim Aufbringen dieser dielektrischen Schichten ist nun noch folgendes zu beachten: Die Pulverteilchen des Titandioxydes haben keine einheitliche Dielektrizitätskonstante. Diese ist bei Rutil z. B. in der einen Kristallisationsrichtung etwa 170 und in der anderen go, so daß bei. der wahllosen Aufbringung eines derartigen dielektrischen Stoffes nur mit einem Mittelwert gerechnet werden kann. Aus diesem Gründ ist es vorteilhaft, die Pulverteilchen zu richten. Dieses geschieht in der Weise, daß während des Aufbringens der Schicht ein elektrisches Feld von höher Stärke angelegt wird. Dabei stellt sich die Achse der einzelnen Rutilteilchen mit der höchsten Dielektrizitätskonstante in Richtung der Feldlinien. Bildet die Kondensatorfolie die eine Elektrode, an der das hohe elektrische Feld liegt, so sind die Teilchen bestrebt, sich mit der Achse ihrer höchsten Dielektrizitätskonstante senkrecht zur Folienoberfläche zu stellen.It is also worth mentioning the possibility of spraying the emulsion-like dielectric layer onto the capacitor film by means of a pump. A pump can be used with advantage, the membrane of which performs a highly periodic movement and thus helps to keep the emulsion in constant motion and to prevent the powdery suspended matter from settling. When applying these dielectric layers, the following must now be observed: The powder particles of titanium dioxide do not have a uniform dielectric constant: in the case of rutile, for example, it is around 170 in one direction of crystallization and in the other, so that if such a dielectric material is applied randomly, only an average value can be calculated from this It is generally advantageous to straighten the powder particles, which is done in such a way that an electric field of greater strength is applied while the layer is being applied Capacitor foil the one electr or where the high electric field is located, the particles strive to position themselves with the axis of their highest dielectric constant perpendicular to the surface of the film.
Um den Pulverteilchen die Ausrichtung ihrer Kristallisation.sachse mit der höchsten Dielektrizitätskonstante zu ermöglichen, muß dafür gesorgt werden, daß die Reibung der Teilchen an Odem sie umgebenden Medium während des Einwirkens des elektrischen Feldes möglichst gering ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, bei Auftragen der Schicht durch Bestäubung diese im Vakuum vorzunehmen und sinngemäß beim Auftragen der flüssigen Emulsionsschicht das Richtverfahren durchzuführen, solange der Bindungsstoff noch leicht fließend ist und demzufolge noch eine Ausrichtung der Teilchen zuläßt.The orientation of their crystallization axis around the powder particles with the highest dielectric constant, it must be ensured that that the friction of the particles against the medium surrounding them during the action of the electric field is as low as possible. To this end, it is proposed that when applying the layer by dusting, this must be carried out in a vacuum and analogously carry out the straightening process when applying the liquid emulsion layer, as long as the binding material is still easy to flow and therefore still has an alignment the particle allows.
Bekanntlich bilden die Kanten des metallischen Belagsbandes immer einen schwachen Punkt in gewickelten, gefalteten oder gestapelten Kondensatoren. Da das Band in der Regel sehr dünn ist und aus Streifen größerer Breite geschnitten wird, läßt sich .die Schärfe der Schnittkante nicht vermeiden. Besonders ungünstig ist es, wenn Schnittkante auf Schnittkante liegt. Zur Vermeidung dieser Lage wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die Beläge, falls sie gleich breit sind, um einige Millimeter seitlich gegeneinander zu verschieben, oder das eine Band einige Millimeter breiter zu wählen als das andere.It is known that the edges of the metallic covering strip always form a weak point in coiled, folded, or stacked capacitors. Because the tape is usually very thin and cut from strips of greater width the sharpness of the cut edge cannot be avoided. Particularly unfavorable it is when the cut edge lies on the cut edge. To avoid this situation will proposed according to the invention, the coverings, if they are the same width, to some To move millimeters laterally against each other, or one band a few millimeters to choose wider than the other.
Eine weitere Möglichkeit zur Beseitigung der Gefahr des Durchdringens der Bandkante besteht nach der Erfindung darin, .daß in den Wickel oder Stapel metallische Kondensatorfolien gelegt werden, ,die in der Weise doppelt gefaltet sind, daß sich zwei ihrer ursprünglich sich einander gegenüberliegenden Randkanten stoßen und daß zwischen diesen Folien nicht gefaltete metallische Folien liegen, die beiderseits über die Falzränder der gefalteten Folien hinausragen. Auf diese Weise liegen nur die abgerundeten Falzkanten im Bereich des im Stapel oder Wickel vorhandenen Druckes, mit dem die einzelnen Folien aufeinandergepreßt sind.Another way to eliminate the risk of penetration According to the invention, the edge of the tape consists in .that metallic in the roll or stack Capacitor foils are placed, which are folded twice in such a way that two of their originally opposite marginal edges butt and that between these foils lie unfolded metallic foils on both sides protrude beyond the folded edges of the folded foils. That way just lie the rounded fold edges in the area of the print in the stack or roll, with which the individual foils are pressed together.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit zur Beseitigung der Gefahr des Durchdringens der scharfen Schnittkante der Bänder besteht darin, daß einer der metallischen Kondensatorbeläge in der Weise einfach gefaltet wird, daß zwei seiner ursprünglichen Randkanten aneinanderliegen und diese gefaltete Kondensatorfolie so in den Stapel-oder Wickelverband. eingefügt wird, daß die Endkanten herausragen, wobei vorzugsweise in der Folienfalte elektrische Anschlußfähnen eingeführt sind.Another possibility according to the invention for eliminating the danger of the penetration of the sharp cut edge of the ribbons is that one of the metallic capacitor coverings is simply folded in such a way that two its original marginal edges lie against one another and this folded capacitor film so in the stacking bandage or bandage. is inserted so that the end edges protrude, electrical connection lugs are preferably inserted in the foil fold.
Zur Erläuterung der in der letztgenannten Weise aufgebauten Wickel- oder Stapelkondensatoren dient die Darstellung von einigen Kondensatorfolien im Schnitt.To explain the winding constructed in the last-mentioned way or stacked capacitors is used to represent some capacitor foils in the Cut.
Die metallische Kondensatorfolie i nach Abb. i liegt zwischen den Kondensatorbelägen 2 und 3. Die Folie i ist auf ihrer einen Oberfläche mit einer zusammenhängenden Emulsionsschicht aus dem vorgeschlagenen zusammengesetzten dielektrischen Material bedeckt, daraufhin in der Weise doppelt gefaltet worden, daß die bedeckte Oberfläche außen liegt und die ursprünglichen Randkanten q. und 5 sich stoßen und mitten im Stapel liegen. An dieser Stelle wird :die Schärfe der Randkanten unwirksam und kann somit nicht mehr die Gefahr des Durchdringens der Schnittkante durch die dielektrische Schicht auslösen.The metallic capacitor foil i according to Fig. I lies between the Capacitor layers 2 and 3. The film i is on its one surface with a coherent emulsion layer from the proposed composite dielectric Material covered, then double-folded in such a way that it covered Surface is on the outside and the original marginal edges q. and 5 butt each other and are in the middle of the pile. At this point: the sharpness of the edges becomes ineffective and can therefore no longer run the risk of the cut edge penetrating through the trigger dielectric layer.
Die Schnittzeichnung der Abb. 2 zeigt die Abwandlung, daß die Elektrode i, die in der beschriebenen Weise doppelt gefaltet ist, eine blanke Oberfläche hat, während .die Kondensatorbeläge z und 3 allseitig mit der Dielektrikumsemulsion bedeckt sind.The sectional drawing of Fig. 2 shows the modification that the electrode i, which is folded twice in the manner described, has a bare surface, while .the capacitor layers z and 3 are covered on all sides with the dielectric emulsion are.
Die Schnittzeichnung der Abb.3 zeigt die einfach gefaltete Kondensatorfolie i und die gleichfalls nur einfach gefaltete, mit dielektrischer Schicht bedeckte Kondensatorfolie 2. Die ursprünglichen Randkanten der Folien liegen aneinander, und .die Folien sind in der Weise gegeneinander versetzt, daß diese Randkanten beiderseitig aus dem Wickel-oder Stapelverband herausragen. Die blanken Innenflächen der gefalteten Folie 2 .ermöglichen in einfacher Weise den elektrischen Anschluß dieses Belages .dadurch, daß eine dünne Anschlußfahne 3 in die Kondensatorfolie eingeführt ist.The sectional drawing in Fig. 3 shows the simply folded capacitor film i and the one that is also simply folded and covered with a dielectric layer Capacitor foil 2. The original edges of the foils are against each other, and .the foils are offset from one another in such a way that these marginal edges are on both sides protrude from the wrap or stacking bandage. The bare inner surfaces of the folded Foil 2. Enable the electrical connection of this covering in a simple manner .by the fact that a thin terminal lug 3 is inserted into the capacitor film.
Allgemein ist zu den vorgeschlagenen Kondensatorausführungen noch zu sagen, daß es grundsätzlich genügt, wenn nur die Folienflächenteile, die sich im Wickel- oder Stapelverband einander berühren, mit der dielektrischen Schicht bedeckt sind. Die nur teilweise Bedeckung,der Kondensatorfolien gewinnt Bedeutung für den Aufbau von Kondensatoren, in denen eine hohe Verlustleistung in Folge von. Hochfrequenzbelastung eintritt. Solche Kondensatoren entwickeln im Betrieb viel Wärme und müssen daher zur Vermeidung einer Zerstörung mit ausreichender Wärmeableitung versehen werden.General is still to the proposed capacitor designs to say that it is basically sufficient if only the foil surface parts that are touch each other in the wound or stacked association with the dielectric layer are covered. The only partial coverage of the capacitor foils is gaining in importance for the construction of capacitors in which a high power loss as a result of. High frequency exposure occurs. Such capacitors develop a lot during operation Heat and must therefore with sufficient heat dissipation to avoid destruction be provided.
Solche Wickelkondensatoren z. B. werden vorteilhafter so gebaut, daß nur ein Teil, z. B. die Hälfte der Belagsbänder, mit dielektrischer Schicht bedeckt ist. Diese Bänder werden .dann aufgewickelt, wobei .die blanken, nicht bedeckten Flächen seitlich aus dem Wickel ;herausragen. Der herausragende Teil der Beläge kann dann in an sich bekannter Weise wechselseitig umgeschlagen werden, so daß die umgeschlagenen Enden auf den flachgedrückten Wickel gelegt werden können. Der umgeschlagene Teil eignet sich vorteilhaft zum elektrischen Anschluß des Wickels, da hier als Zuführung eine beigelegte Fahne größeren Querschnittes verwendet werden kann, die auch eine gute Wärmeableitung herbeiführt. In .dieser Weise hergestellte Flachwickel sind vorteilhaft in gestapelterForm zwischen Klammervorrichtungen zu verwenden.Such wound capacitors z. B. are advantageously built so that only a part, e.g. B. half of the covering strips, covered with a dielectric layer is. These tapes are then wound up, leaving the bare ones uncovered Areas protruding from the side of the wrap. The outstanding part of the rubbers can then be turned over in a manner known per se, so that the folded ends can be placed on the flattened winding. The overturned Part is advantageous for the electrical connection of the coil, as here as Feed an enclosed Larger cross-section flag used which also leads to good heat dissipation. Manufactured in this way Flat wraps are advantageous in stacked form between clamping devices use.
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL4759D DE892485C (en) | 1942-02-06 | 1942-02-06 | Electric capacitor |
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DEL4759D DE892485C (en) | 1942-02-06 | 1942-02-06 | Electric capacitor |
Publications (1)
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DE892485C true DE892485C (en) | 1953-10-08 |
Family
ID=7256615
Family Applications (1)
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DEL4759D Expired DE892485C (en) | 1942-02-06 | 1942-02-06 | Electric capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE892485C (en) |
-
1942
- 1942-02-06 DE DEL4759D patent/DE892485C/en not_active Expired
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