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Elektrischer Kondensator mit vorzugsweise keramischem Dielektrikum-Körper
Bei der Herstellung elektrischer Kondensatoren mit vorzugsweise keramischem Dielektrikum-KÖrper,
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
werden. 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 Anschlußstück, z. B. eine Lötöse, leicht abgerissen
werden kann.
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Man muß daher dickere Belagschichten aufbringen, damit auch bei teilweiser
Auflösung oder schlechter Haftung an einzelnen Stellen die gewünschte Festigkeit
erhalten bleibt.
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Da man dickere Belagschichten nicht in einem einzigen Arbeitsgang
herstellen kann,, geht mann so vor, daß man den Silberbelag mehrmals übereinander
aufträgt und dann die Lötung vornimmt. Zum Beispiel bei einem Keramikkondensator
in Scheibenform, der beiderseits mit einem Belag versehen-wird, wobei jeweils an
den Rändern Streifen von etwa r bis 2 inm Breite als Isolationsweg frei
vom
leitenden Material gehalten werden sollen, muß dann, auf jede Seite 2mal, im ganzen
also4mad, eine S,ilberemud,snon 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 Anschluß das Dielektrikumrohr umschließt
und der Innenanschluß allseitig an der Wandung anliegen kann, werden 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 Montage-wänden od. 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 Eigeninduktivität
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. a- bis
4mal, größer ist als bei einem Plattenkondensator mit einem Dielektrikum gleicher
Stärke, so daß für gleiche 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 Dielektrizitätskonstante
mit zunehmender Feldstärke kleiner wird. Da in einem Rohrkondensator die Feldstärke
vom Außenbelag zum Innenbelag hin zunimmt, kann ein solches feldstärkeabhängiges
Dielektrikum dann 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 Dielektrikum besitzt
und mit einer höheren als der zulässigen Spannung belastet wird, die Feldstärke
am Innenbelag nicht durch die höhere Gesamtspannung, sondern auch durch die absinkende
Dielektrizitätskonstante anwächst und so ein Durchschlag noch eher eintritt, als
es bei gleichbleibender Dielektrizitätskonstante bzw. bei homogenem Feld (Plattenkondensator)
der Fall wäre. Für Kondensatoren mit einem Dielektrikum, dessen Dielektrizitätskonstante
feldstärkeabhängig ist, ist also die Rohrform besonders ungünstig.
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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 der Kondensator wenigstens eine ebene Außenfläche
besitzt und wenigstens ein Belag an den Wandungen eines den Dielektrikum-Körper
durchdringenden rohrförmigen Hohlraumes mit insbesondere etwa rechteckigem Querschnitt
angebracht und wenigstens ein anderer Belag auf der ebenen Außenfläche des Dielektrikum-Körpers
angeordnet ist, wobei 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 wesentlichste
Teil eines Kondensators nach der Erfindung weist somit die Eigenschaft eines Plattenkondensators
auf mit einer gegenüber einem Rohrkondensator erheblich höheren Spannungsbelastbarkeit.
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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 durchlaufenden
Hohlräume nicht runden, sondern etwa rechteckigen Querschnitt haben. Es nimmt nämlich
das Volumen der runden Hohlräume mit dem Quadrat des Durchmessers zu, die Oberfläche
ist aber nur proportional dem Durchmesser, während man bei etwa rechteckigem Querschnitt
eine nahezu proportionale Zunahme des Volumens und auch der Belagoberfläche mit
der Breite des Hohlraumes -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 belägeträgenden 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 belägetragenden Wandungen gebogen ausgeführt, und
alle Wandungen haben gleiche Dicke und tragen so in etwa gleichem Maße zur Kapazität
bei. Man hatte nicht erkannt, daß bei gleicher Durchschlagsfestigkeit das Dielektrikum
zwischen parallel laufenden Belägen dünner sein kann und gebogene, 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 4mal 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 eingeführt
und durch einen den ganzen Hohlraumquerschnitt 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, z. B.
kann die Schmalseite des Hohlraumes etwa halbzylinderförmig ausgebildet sein, d.
h. 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 1,5- bis 3mal 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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Fig. i und z zeigen in der Seitenansicht und in der Aufsicht einen
Dreifachkondensator nach der Erfindung mit einem Keramikkörper i, der einen rechteckigen
Querschnitt besitzt und in dem ein den Körper i in der Längsrichtung durchdringender
Hohlraum 2 mit ebenfalls flachem, etwa rechteckigem Querschnitt angebracht ist.
Der Hohlraum 2 ist ringsum mit einem leitenden Wandbelag, vorzugsweise aus Silber,
versehen, der durch eine Verstärkung der Begrenzungslinien des Hohlraumes angedeutet
und in den an einer Seite eine Anschlußfahne 3 eingelötet ist.
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Auf einer Außenfläche des Körpers i sind drei getrennte Beläge 4 mit
aufgelöteten Anschlußfahnen 5 angebracht, die gegenüber dem Innenbelag an der Wandung
des Hohlraumes 2 drei Kondensatoren bilden.
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Da die Beläge 4 und der Innenbelag eben ausgebildet sind und parallel
zueinander liegen, entspricht der Verlauf des elektrischen Feldes bei angelegter
Spannung etwa dem von Scheibenkondensatoren mit einer gegenüber Rohrkondensatoren
beträchtlich höheren Spannungs-Belastbarkeit. An die mechanische Festigkeit des
Innenbelages brauchen jedoch keine hohen Anforderungen gestellt zu werden, da die
Lötöse mittels eines den Hohlraumquerschnitt ausfüllenden und daher allseitig abgestützten
Löttropfens befestigt ist. Dies bringt zusammen mit der Möglichkeit, den Hohlraumbelag
durch Hindurchsaugen einer Metallisierungs-Flüssigkeit od. dgl. aufzutragen, insbesondere
bei einem solchen Mehrfachkondensator so erhebliche Vereinfachungen bei der Fertigung
mit sich, daß die Nachteile durch die elektrisch praktisch ungenutzte Keramik auf
der dem Belag 4 gegenüberliegenden Außenseite des Keramikkörpers i aufgewogen werden.
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Im übrigen ist es natürlich möglich, Beläge auch auf beiden Außenflächen
des Körpers i anzubringen und z. B. einen Doppel- oder Vierfachkondensator herzustellen,
bei dem auf beiden Seiten je ein oder zwei Beläge angeordnet sind. Man kann sogar
die gesamte Mantelfläche einschließlich der schmalen Längsseiten mit einem Belag
überziehen und erhält ,einen einzigen Kon@denisator, der etwa einem plattgedrückten
Rohrkondensator ähnlich ist; da aber die Beläge etwa eben sind und parallel zueinander
verlaufen und der Hohlraum flach ist, ergeben sich die oben bereits erwähnten Vorteile
eines Kondensators nach der Erfindung gegenüber einem Rohrkondensator mit rundem
Querschnitt.
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Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen, in Seiten.an,siohten und in derAufsicht,
teilweise imSchnitt, ein.enKondensator nach der Erfindung, der sich zur Befestigung
an einer Montageplatte od. dgl. eignet. Der rechteckige Keramikkörper 8 ist hier
mit zwei längs durchlaufenden, etwa rechteckigenHohlräumen g und io versehen, deren
Wandungen mit Belägen überzogen sind, wie in Fig. 3 und 4 durch verstärkte Begrenzungslinien
angedeutet ist. In der Mitte des Körpers 8 ist eine den Dielektrikum-Körper etwa
senkrecht zu den ebenen Außenflächen durchdringende Öffnung angebracht, durch die
eine.Schraube ii hindurchgeführt ist, mit deren Hilfe der Kon.densator an einer
leitenden, vorzugsweise metallischen Montageplatte 12 unter Verwendung einer Mutter
13 und einer Unterlegscheibe 14 befestigt ist. Die Unterseite des Körpers 8 trägt
einen leitenden Belag 15, der sich in bekannter Weise auch in die Befestigungsöffnung
hinein erstreckt; da diese den Belag 15 tragende Fläche als Auflagefläche dient,
ist der Belag 15 mit der üblicherweise geerdeten Montageplatte 12 leitend verbunden.
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An den Enden der Hohlräume 9 und io sind Anschlußfahnen 16 durch Ausfüllen
eines Teiles des Hohlraumes mit Lötmaterial 17 elektrisch und mechanisch befestigt.
An beiden Lötfahnen ergibt sich eine Kapazität gegenüber dem Belag 15, die dadurch
erhöht ist, daß die Hohlräume 9 und io unsymmetrisch unterhalb der Mitte des Keramikkörpers
8 nahe an der den Belag 15 tragenden Oberfläche angeordnet sind; die dickere Wandung
an der Oberseite des Körpers 8 dient vorzugsweise dazu, dem Kondensator größere
mechanische
Festigkeit zu geben. Natürlich können, insbesondere
wenn kleine Kapazitäten erwünscht sind, die Hohlräume auch mehr in der Mitte der
Dicke des Keramikkörpers 8 angeordnet sein oder in der oberen Hälfte. Auch läßt
sich die Außenfläche des Körpers 8 ganz mit einem leitenden Belag überziehen, so
daß eine höhere Kapazität erzielt wird. Man kann auch einen der Hohlräume g oder
fo weglassen und den Keramikkörper entsprechend schmaler ausbilden, wodurch sich
ein Kondensator kleinerer Kapazität mit unsymmetrischer Ausbildung ergibt. Auch
können die Anschlußfahnen 16 bei der Fabrikation oder nachträglich verbunden sein,
so daß der Kondensator nur ein Kapazitätselement erhält.
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Man kann einen solchen Kondensator nach der Erfindung auch als Durchführungskondensator
geringster Induktivität verwenden, wenn man zur Befestigung eine Schraube mit Mittelbohrung
oder einen Hohlniet od. dgl. verwendet und den Anschlußdraht dann durch diese öffnung
im Befestigungsorgan hindurchführt.
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Die Fig.6, 7 und 8 zeigen einen Kondensator nach der Erfindung, der
mit einer einfachen Halterung zur Schränklappenbefestigung versehen ist. Der Keramikkörper
18 hat rechteckigen Querschnitt und ist mit einem durchlaufenden, flachen belägetragenden
Hohlraum 26 versehen, in den eine Anschlußfahne i9 eingelötet ist. Auf der Außenfläche
sind Beläge 2o und 21 - die als verstärkte Begrenzungslinien dargestellt sind und
die gegebenenfalls auch die Mantelfläche zusammenhängend umschließen können - angebracht.
Der Kondensator ist mit seinen Belägen 2o und 2i an abgewinkelte, streifenförmige
Teile 2,2 und 23 eines Blechhalters 24 angelötet, der nach Art der Schränklappenbefestigung
in einem Schlitz einer Montageplatte 25 angebracht ist. Falls es erforderlich ist,
kann mit der Halterung 24 noch eine Lötverbindung hergestellt werden. Ein solcher
Kondensator nach der Erfindung eignet sich insbesondere dort, wo nur wenig Fläche
an der Montageplatte zur Verfügung gestellt werden kann, während in der Höhenausdehnung
weniger Beschränkung besteht.
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Die Fig. 9 und fo zeigen in der Aufsicht, in der Seitenansicht und
teilweise im Schnitt einen weiteren Kondensator nach der Erfindung, der sich zur
Anbringung an einer Montageplatte oder als Durchführungskondensator eignet. Der
Dielektrikum-Körper 3 i hat hierbei die Form einer dicken, runden Scheibe, in der
acht etwa kreisförmig angeordnete, zur Achse der Scheibe parallel laufende flache
Hohlräume 32 angebracht sind. Diese Hohlräume ,32 sind an ihren Wandungen mit leitenden
Belägen versehen (durch verstärkte Begrenzungslinien angedeutet), die durch ein
spinnenähnliches Metallstück 33 miteinander verbunden sind. Dessen Arme ragen in
die Hohlräume hinein und sind dort durch den ganzen Querschnitt ausfüllende Löttropfen
angeschlossen und befestigt. Das Metallstück 33 trägt ebensowie derDielektrikum-Körper3i
in derMitte eine öffnung, durch die eine Schraube 34 hindurchgesteckt ist, mit deren
Hilfe der Kondensator an einer Montageplatte 35 befestigt ist. Die. Schraube 34
trägt eine Mittelbohrung 36, durch die ein Zuleitungsdraht hindurchgeführt werden
kann. Der nicht geerdete (»heiße«) Belag 37 des Kondensators ist auf der Mantelfläche
des Dielektrikum-Körpers 31 angebracht; als Anschluß dient dafür ein darübergewickeltcr
und aufgelöteter Draht 38, der in Verbindungsdrähte 39 ausläuft. Da der Draht 38
den Körper 3 i umspannt, wird die Lötverbindung zwischen dem Belag 37 und dem Draht
38 mechanisch nur gering belastet, und besonders sorgfältige Metallisierung der
Belagfläche 37 und exakte Löteng zwischen den Drähten 38 und dem Belag 37 sind nicht
erforderlich.
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Durch die Anordnungen der Beläge der Hohlräume 32 gegenüber dem auf
der Mantelfläche mit großem Durchmesser aufgebrachten Außenbelag 37 werden auch
bei dieser Ausführungsform die bei bekannten Rohrkondensatoren auftretenden Feldzusammendrängungen
am Innenbelag vermieden. Da die Schmalseiten der Hohlräume 32 eng nebeneinander
liegen, tritt selbst an diesen Stellen keine störende Feldstärkeerhöhung und damit
verstärkte Durchschlagsgefahr auf. Gegebenenfalls können die Breitseiten der Hohlräume
32 ähnlich dem Belag 37 schwach gekrümmt sein.
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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 fo MHz.
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Da Kondensatoren nach der Erfindung wenigstens eine etwa ebene Außenfläche
besitzen, kann man solche Kondensatoren dort automatisch mit den erforderlichen
Kennzeichnungen (Angabe des Kapazitätswertes, der Prüfspannung usw.) versehen, was
bei Röhirohienkondensato.ren, die eine gekrümmte Außenfläche . aufweisen, praktisch
nicht möglich ist. Eine ebene Außenfläche ermöglicht, wie die Ausführungsbeispiele
erkennen lassen, eine einfache und feste Halterung.