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Elektrischer Kondensator mit vorzugsweise keramischem Dielektrikum-Körper
Bei der Herstellung elektrischer Kondensatoren mit vorzugsweise keramischem Dielektrikum-Kö.rper,
auf dem Beläge aufgebracht sind, an die Anschlüsse, wie Lötösen od. dgl., angelötet
werden, ergeben sich Schwierigkeiten, durch die Forderung, daß die Anschlüsse auch
eine gute mechanische Festigkeit besitzen sollen. Um dies zu erreichen, wird z.
B. zunächst ein Silberbelag aufgetragen, an den dann die Anschlüsse mit Zinn angelötet
%verden. Da das heiße Zinn zum Teil das Silber mit auflöst, insbesondere wenn die
Erhitzung zu stark und/oder zu lange erfolgt, kann es geschehen, daß ein Teil der
Auflagefläche keine ausreichend feste mechanische Verbindung zur Oberfläche des
Dielektrikum-Körpers besitzt und das Ansch.lußstück, z.B. eineLötöse, leicht abgerissen
werden kann.
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Man muß daher dickere Belegschichten aufbringen, damit auch bei teilweiser
Auflösung oder schlechter Haftung an einzelnen Stellen die gewünschte Festigkeit
erhellten bleibt. Da man dickere Belegschichten nicht in einem einzigen Arbeitsgang
herstellen kann, geht man so vor, daß man den Silberbelag mehrmals übereinander
aufträgt und dann die Löturig vornimmt. Zum Beispiel bei einem Keramikkondensator
in Scheibenform, der beiderseits mit einem Belag versehen wird, wobei jeweils an
den Rändern Streifen von etwa i bis a mm Breite als Isolationsweg frei vom leitenden
Material gehalten werden sollen, muß dann auf jede Seite zweimal, im ganzen also
viermal, eine Silberemulsion, aufgetragen und danach jeweils durch Erhitzen das
Silber niedergeschlagen werden. Die Herstellung ist also sehr umständlich und daher
teuer.
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Diese Schwierigkeiten lassen sich zwar bei einem Kondensator mit rohrförmigem
Dielektrikum umgehen. Da der äußere An!schluß das Dialektrikumrohr umschließt und
der Innenansdhl.uß allseitig an der Wandung anliegen kann, wird hierbei die Silberschicht
und die verhältnismäßig
großflächige Lötstelle mechanisch kaum belastet.
Aber solche Rohrkondensatoren eignen, sich wegen ihrer gekrümmten Außenfläche nicht
zur Befestigung an ebenen, Montagewänden o:d. dgl. und auch nicht zur Anbringung
mehrerer Beläge (Mehrfachkondensator), weil das Aufbringen von Teilbelägen auf gekrümmte
Flächen erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Wenn man höhere Kapazitäten erzielen
will, muß man, da die Wandstärke nicht beliebig vermindert werden kann, den Durchmesser
und/oder die Länge eines Rohrkondensators vergrößern, wodurch das Einbauvolumen
in unzulässiger Weise steigt, die mechanische Stabilität abnimmt und die EigeninduIctivität
größer wird.
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Bei Rohrkondensatoren tritt aber insbesondere der Nachteil auf, daß
wegen der gekrümmten Beläge die Feldstärke am Innenbelag erheblich, z. B. zwei-
bis viermal, größer ist als bei einem Plattenkondensator mit einem Dielektrikum
gleicher Stärke, so da.ß fürgleiche Spannungsbelastung ein merklich dickeres Dielektrikum
verwendet werden muß und sich ein größeres Einbauvolumen ergibt.
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Manche Dielektrika haben nun die Eigenschaft, daß ihre Dielektri.zitätskonstante
mit zunehmender Feldstärke kleiner wird. Da in einem Rohrkondensator die Feldstärke
vom Außenbelag zum Innenbelag hin zunimmt, kann ein solches feldstärkeabhängiges-
Dielektrikumdann inhomogen werden. Es ist aber die Feldstärke in einem Dielektrikum
mit in parallelen Schichten ungleichmäßiger Dielektrizitätskonstante etwa umgekehrt
proportional der örtlichen Dielektrizitätskonstante; daraus ergibt sich, daß bei
einem Rohrkondensator, der ein solches feldstärkeabhängiges Dielekt.rikum besitzt
und mit einer !höheren als der zulässigen Spannung belastet wird, die Feldstärke
am Innenbelag nicht nur ,durch die höhere Gesamtspannung, sondern auch durch die
absinkende Diolektrizitätskonstante anwächst und so ein Durchschlag noch eher eintritt,
.als es bei -gleichbleibender Dielektrizitätskonstante bzw. bei homogenem Feld (Plattenkondensator)
der Fall wäre. Für Kondensatoren mixt einem Dielektrikum, dessen. Dielektrizitätskonstante
feldstärkeabhängig ist, ist also die Rohrform besonders ungünstig.
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Weiter ist es vielfach erwünscht, den Kondensator mit einer isolierenden,
insbesondere auch feuchtigkeitsdichten Hülle zu umschließen; man hat zu diesem Zweck
einen Einbau in ein vorzugsweise keramisches Schutzrohr vorgenommen, jedoch ist
diese Maßnahme umständlich und teuer.
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Man erhält einen elektrischen Kondensator mit vorzugsweise keramischem
Dielektrikum, der die oben angegebenen' Nachteile nicht aufweist und universell
angewendet werden kann, wenn gemäß der Erfindung die Beläge an den Wandungen wenigstens
zweier den Dielektrikümkörper .dürehdringender rohrförmiger Hohlräume mit.insbesondere
etwa -rechteckigem Querschnitt angebracht sind und die Teile der Beläge, die einander
am engsten gegenüberliegen und somit am meisten zur Kapazität beitragen und, zwischen
denen sich die höchste Feldstärke ausbildet, praktisch eben und' parallel zueinander
verlaufen. Der -,vesentlichste Teil eines Kondensators nach der Erfindung .weist
somit die Eigenschaften eines Plattenkondensators auf mit einer gegenüber einem
Rohrkondensator erheblich höheren Spannungsbelastbarkeit. Um eine Zusammendirängung
der Feldlinien und damit eine erhöhte Durchschlags-,gefährdung an den Schmalseiten
der etwa rechteckigen Hohlräume zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Querschnitt
der Hohlräume etwas abzurunden und die Wandstärke dort etwas größer zu wählen als
gegenüber den Breitseiten.
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Nach der Erfindung erhält man also gewissermaßen einen Scheibenkondensator,
der in einer keramischen Schutzhülle angeordnet ist, wobei die Keramikteile aus
einem einzigen, vorzugsweise durch Strangpressen hergestellten Körper bestehen,
der durch eine Isolierschicht insbesondere an den Anschlüssen völlig feuchtigkeitsdicht
gemacht werden kann.
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Es ist zwar schon ein elektrischer Kondensator mit einem Dielektrikum
(in Form eines Mehrlochkörpers bekannt, der seiner ganzen Länge nach von an den
Wandungen mit leitendem Stoff bedeckten Bohrungen. durchsetzt ist. Man .hat solche
Kondensatoren, benutzt, um durch Steckanschlüsse an einer oder mehreren der Bohrungen
die Kapazität ändern zu können (Experimentierkondensator). Es wurde jedoch nicht
erkannt, daß bei -der Herstellung und praktischen Anwendung von Kondensatoren, wie
sie die Erfindung angibt, besondere Vorteile erzielt werden können, insbesondere
dann, wenn die durchlaufentden Hohlräume nicht runden, sondern etwa .redhtecki,gen
Querschnitt haben. Es nimmt nämlich das Vollumen der runden Hohlräume mit dem Quadrat
des Durclumessers zu, die Oberfläche ist aberr nur proportional dem Durchmesser,
während ma;n bei etwa rechteckigem Querschnitt eine nahezu proportionale Zunahme
des Volumens und auch -der Bel-'agoberfläche mit der Breite des Hdhsranmes - bei
gleichbleibender Höhe - erreichen kann., wobei gerade bei großen Kapazitäten und
höheren Betriebsspannungen merklich an Einbauraum gespart `werden kann und auch
die Einlötung von Anschlüssen (Lötfahnen) leichter möglich ist, weil die belägebragenden
Wandungen :dicht einander gegenüberliegen können und so in deren Zwischenraum die
Anschlüsse durch einen Löttropfen, der ringsum an den Wandungen haftet, befestigt
werden können.
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Es ist weiter bekannt, bei einem elektrischen Kondensator mit einem
Dielektrikum in Form eines Mehrlochkörpers den durchlaufenden Hohlräumen zum Teil
etwa quadratischen Querschnitt zu geben, mit ebenen, parallel laufenden Zwischenwänden.
Dabei, ist aber auch ein Teil der belägetragen.den Wandungen gebogen ausgeführt,
und alle. Wandungenhaberl :gleiche Dicke *und tragen so in etwa gleichem Maße zur
Kapazität-bei. Man hatte nicht erkannt, daß bei gleicher Durchschlagsfestigkeit
das Dielektrrikum zwischen parallel laufenden Belägen dünner seien - kann und gebogen:
e,
belägetragende Wandteile daher möglichst vermieden werden sollen.
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Eine besonders günstige Raumausnutzung (geringes Einbauvolumen) wird
erreicht, wenn die Breite des Hohlraumes mehr als viermal so groß ist wie seine
Höhe, so daß der Hohlraum verhältnismäßig flach ist. Insbesondere wird man seine
Höhe nur so groß wählen, daß die Anschlüsse, wie Lötfahnen od. dgl., :noch leicht
e@ingefiihrt und durch einen den ganzen Hohliraumquerschnitt ausfüllenden und somit
abdichtenden Löttropfen befestigt werden können.
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Um zu vermeiden, daß an den Kanten des Hohlraumes Feldstärkeerhöhungen
auftreten und damit eine Verringerung der Durchschlagsfestigkeit erfolgt, sind die
Kanten des Hohlraumes, jedenfalls soweit auf :der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche
des Dielektrikums ein Gegenbelag angebracht ist, vorzugsweise abgerundet. Zum Beispiel
kann die Schmalseite des Hohlraumes etwa halbzylinderförmig ausgebildet sein, d.
b. daß der Radius der Abrundung der halben Höhe des Hohlraumes entspricht. Zweckmäßig
ist das Dielektrikum .an den Stellen, an denen wenigstens einer der Beläge eine
merklich gekrümmte Oberfläche hat, mehr als eineinhalb- bis dreimal so dick wie
an den Stellen, in deren Umgebung die Beläge praktisch eben und parallel zueinander
verlaufen. Eine Zusammendrängung der Feldlinien insbesondere an den Schmalseiten
der Hohlräume kann auch dadurch vermieden werden, daß nur solche Teile des Keramikkörpers
beiderseits mit Belägen versehen sind, deren Begrenzungsflächen praktisch eben und
parallel zueinander verlaufen.
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Der Keramikkörper für einen-Kondensator nach der Erfindung kann auf
einfache Weise mittels einer Strangpresse in größeren Längen hergestellt werden.
Man kann danach in an sich bekannter Weise das Auftragen der leitenden Beläge an
den Wandungen der Hohlräume durch Durchsaugen oder Durchdrücken einer :geeigneten,
z. B. metallhaltigen Flüssigkeit, insgesamt vornehmen und später den Strang auf
die erforderliche Länge der einzelnen Körper unterteilen, man kann aber auch die
Hohlräume zunächst einseitig isolierend verschließen und dann die .Beläge aufbringen
und vorzugsweise eine Anschlußfahne od. dgl. in der nicht geschlossenen Seite anbringen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Die Fig. i und 2 zeigen einen Keramikkondensator mach der Erfindung,
der eine völlig .isolierte Hülle besitzt. Einen Dielektrikum-Körper i durchdringen.
der Länge nach zwei rohrförmige Hohlräume 2 und 3 mit flachem, etwa rechteckigem
Querschnitt, deren, Wandungen leitende Beläge tragen, die durch vernstärkte Begrenzungslinien
in der Zeichnung .angedeutet sind. Auf einer Seite sind die Hohlräume 2 und 3 durch
isolierende Pfropfen 8 und g verschlossen, und an den anderen Enden sind Anschlußfahnen
6 und 7 angebracht dadurch, daß die Hohlräume an diesen Stellen durch Lötmaterial,
z. B. Lötzinn, gänzlich ausgefüllt sind, .so daß eine allseitige mechanische Abstützung
erfolgt und die Beläge @hinsichtlich ihrer Haftung auf der Keramikoberfläche praktisch
nicht beansprucht werden.
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Bei dem dargestellten Kondensator ist im wesentlichen das zwischen
den beiden. flachen Hohlräumen liegende Dielektrikum für die Kapazität wirksam.
Man kann .die Kapazität aber noch erhöhen, wenn man auch die Außenflächen mit einem
die Innenelektroden umschließenden leitenden Belag versidht, der vorzugsweise mit
einer Isolierschicht überdeckt ist und keinen leitenden Anschluß od. dgl.) besitzt.
Dieser Außenbelag liegt im elektrischen Feld beider Elektroden, -und es ergibt sich
eine Reihenschaltung von Teilkapazitäten, die zur Hauptkapazität parallel liegt.
Ohne an der Ausbildung der innenliegenden Hauptelemente und -am Dielektrikum etwas
zu ändern, kann man so Kondensatoren mit in gewissem Bereich ver:sehiedenen Kapazitätswerten
erhalten, indem man den zusätzlichen Außenbelag größer oder kleiner wählt, ihn also
nur auf einem Teil der Mantelfläche des Kondensators anbringt. Man kann diesen Umstand
auch zum Abgleich (Herabsetzung .des Toleranzbereiches) benutzen, wobei es besonders
günstig ist, daß der Außenbelag nur bei einem Teil der Gesamtkapazität wirksam ist
und daher Änderungen der Fläche dieses Belages auch nur zu einem Teil die Gesamtkapazität
beeinflussen. Die Anforderung an die Genauigkeit der Abmessungen des Außenbelages
.sind infolgedessen hinsichtlich des Kapazitätsabgleiches nicht sehr hoch und schon
mit einfachen Mitteln bei der Herstellung zu erfüllen. Da der Außenbelag nicht mit
einer Anschlußfahne versehen zu werden braucht, kann seine Aufbringung in einfacher
Weise erfolgen, und er braucht keine besonders hohe mechanische Festigkeit aufzuweisen.
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Um auch für die durch den Außenbelag gebildeten Teilkondensatoren
die günstigsten Werte für die Spannungsbelastbarkeit zu erhalten, empfiehlt es sich,
wenigstens einen. Teil der Außenfläche des Kondensators eben und vorzugsweise parallel
zur Oberseite des benachbarten, rechteckigen Hohlraumes auszubilden. Dabei kann
die Keramikhülle nach außen dünner sein als zwischen den Belägen der Hohlräume,
weil ja auch nur ein entsprechender Teil der Gesamtspannung zwischen Außenbelag
und Innenbelägen auftritt.
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Eine ebene Außenfläche ermöglicht auch eine einfache und feste Halterung
eines Kondensators nach der Erfindung.
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Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen, einen Kondensator nach der Erfindung,
der mit einer Fassung für eine Röhre, insbesondere eine Miniaturrähre oder einem
Transistor od. dgl. kombiniert ist (»kombinierte Einzelteile«). Der Keramikkörper
ii enthält dabei drei parallel zueinander verlaufende flache Hohlräume 12, die mit
Innenbelägen. und Anschlußfahnen 13 versehen sind und von denen die beiden
äußerem gegenüber dem in der Mitte angeordneten Hohlraum. Kondensatoren bilden.
Weiter
enthält der Körper i i -drei durchlaufende Hohlräume 14 mit etwa rundem Querschnitt.
An deren oberem Rand sind klaammerarfige Metallteile 15 angebracht, die mit einer
federnden Klaue 16 in die Hohlräume 14 hineingreifen und mit abgebogenen Streifen
17 auf der Außenfläche des Körpers aufliegen. Eine Anschlußfahne i8 ermöglicht den
elektrischen Anschluß, z. B. durch Anklemmen oder Anlöten. Die MetaaLlteile 15 sind
auf verhältnismäßig kleine metallisierte Flächen der Keramikoberfläche aufgelötet.
Infolge des Umstandes, d@aß sie mit den Klauen 16 und den abgebogenen Streifen 17
einen: Teil. des Keramikkörpers i i umfassen, sind sie gut gehalten und die metallisierten
Flächen werden mechanisch nur wenig in Anspruch genommen.
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An :einer Außenseite des Kemannikkörpers i i isst ein Belag i9 .aufgebracht,
der mit Anschlüssen 2o versehen ist und aus. solchem Material besteht, daß zwischen
den Fahnen 2o ein Ohlnscher Widerstand auftritt (sogenannter »:aufgedruckter« Widerstand).
An der Oberseite des Kondensators können z. B. die Sockelstifte einer Miniaturröhre
.oder eines Transistors od. dgl. in die Öffnungen. 14 hineingesteckt werden, woben
die federnden: Klauen 16 alis. Kontaktaabnehmer dienen ,und die Zuleitungen für
die Röhre an die Fahnen 18 angeschlossen werden können. Ein solcher Kondensator,
der mit anderen Einzelteilen kombiniert ist, ergibt ein praktisches Teilelement
zum Aufbau von raumsparrenden Schaltungsanordnungen.
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Kondensatoren nach der Erfindung haben auch eine merklich kleinere
Eigeninduktivität und höhere Eigenresonanz als: bekannte Ausführungsformen und eignen
sich daher besonders für Frequenzen über etwa io MHz.
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Da Kondensatoren nach der Erfindung wenigstens eine etwa ebene Außenfläche
besitzen, kann mang solche Kondensatoren dort automatisch mit den erforderlichen.
Kennzeichnungen (Angabe des Kapazitätswertes, der Prüfspannung usw.) versehen, was
bei Röhrchenkondensatoren, die eine gekrümmte Außenfläche aufweisen, praktisch nicht
möglich ist. Eine ebene Außenfläche ermöglicht, wie die Ausführungsbeispiele erkennen
lassen., eine einfache und feste Halterung.