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Elektrischer Kondensator mit Luftdielektrikum und veränderbarem Temperaturkoeffizienten
der Kapazität Die Erfindung betrifft elektrische Kondensatoren mit Luftdielektrikum.
Bei derartigen Kondensatoren besteht eine Elektrode aus einer leitenden Platte,
die von einer zweiten, die andere Elektrode bildenden leitenden Platte isoliert
und von ihr durch einen das Dielektrikum bildenden Luftspalt getrennt ist. Die Platten
können von beliebiger geeigneter Form sein,; es können beispielsweise parallele
ebene Platten oder solche von annähernd konzentrischer zylindrischer oder teilweise
zylindrischer Gestalt verwendet werden. Im Falle der parallelen ebenen Platten besteht
eine Elektrode häufig aus einem Satz von in gegenseitigen Abständen angeordneten,
parallelen und miteinander verbundenen leitenden Platten, die einen zweiten Satz
von in gegenseitigen Abständen angeordneten, parallelen und miteinander verbundenen
leitenden Platten, die die zweite Elektrode bilden, überlappen und in die Zwischenräume
der letzteren eingreifen. In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff
»Elektrode« der Einfachheit halber jede beliebige der obenerwähnten Plattenformen,
soweit nicht aus dem Zusammenhang hervorgeht, däB eine bestimmte Plattenform gemeint
ist.
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Es ist möglich, einen Kondensator mit einem veränderbaren Temperaturkoeffizienten
der Kapazität zu schaffen, d. h. einen Kondensator, bei dem die Beziehung zwischen
der durch eine Temperaturänderung hervorgerufenen Kapazitätsänderung und einer gegebenen
Temperaturänderung veränderbar
ist. Ein solcher Kondensator umfaßt
ein temperaturempfindliches Element, das bei Temperaturänderungen eine erste Elektrode
gegenüber einer zweiten Elektrode bewegt, und eine Einstellvorrichtung, die es ermöglicht,
die zweite Elektrode gegenüber der ersten Elektrode zwischen einer äußersten Steliung,
bei der eine durch das temperaturempfindliche Element auf Grund einer Temperaturänderung
herbeigeführte Bewegung der ersten Elektrode die Kapazität vergrößert, und einer
anderen äußersten Stellung zu bewegen, bei der eine ähnliche durch das temperaturempfindliche
Element hervorgerufene Bewegung der ersten Elektrode die Kapazität verringert.
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Zwischen diesen äußersten Stellungen wird sich im allgemeinen eine
neutrale Stellung befinden, bei der eine ähnliche, durch das temperaturempfindliche
Element bewirkte Bewegung die Kapazität nicht wesentlich beeinflußt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der einen Elektrode
eine Drehbewegung und der anderen Elektrode eine lineare Bewegung erteilt wird,
wobei beide Bewegungen dergestalt sind, daß sie zwischen den Elektroden einen konstanten
Luftspalt aufrechterhalten. Auf diese Weise bleibt die Durchschlagspannung des Kondensators
bei allen Einstellungen die gleiche, was bei Kondensatoren, deren Temperaturkoeffizient
durch Ändern des Luftspaltes geändert wird, nicht der Fall ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verändert die durch das temperaturempfindliche
Element bewirkte Bewegung die wirksame Elektrodenfläche, es sei denn, man habe die
Einstellvorrichtung in -die neutrale Stellung gebracht.
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Das temperaturempfindliche Element wird zweckmäßig als Bimetallstreifen
ausgeführt, der auch zugleich dazu dienen kann, die durch ihn auf Grund von Temperaturänderungen
bewegte Elektrode zu unterstützen. Es liegt jedoch auf der Hand, daß man auch andere
Arten von temperaturempfindlichen Elementen, z. B. einen dehnbaren Balg oder ein
Federrohr betätigendes Thermometer, verwenden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbei-spielen näher erläutert.
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Fig. r zeigt im Grundriß einen gemäß der Erfindung ausgeführten Abgleichkondensator
mit flachen Elektroden, bei dem die Kapazität durch Ändern der überlappungsflächen
der Elektroden verändert wird; Fig.2 bis 4 zeigen schematisch die Elektroden des
in Fig. r dargestellten Kondensators in verschiedenen Einstellungen; Fig.5 ist eine
schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit Elektroden,
die Teilstücke von Zylindern darstellen., und Fig.6 zeigt schematisch ein weiteres
Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektroden Teilstücke von Zylindern darstellen.
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Der in Fig. r gezeigte Kondensator umfaßt ein flaches Unterteil ro
aus keramischem :Material mit einem leitenden Klotz r r an einem Ende, der mit einer
Anschlußfahne r2 verbunden ist und als starre Unterstützung für einen Bimetallstreifen
13 dient, der das temperaturempfindliche Element bildet.
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In der Nähe des anderen Endes des keramischen Unterteils befindet
sich ein drehbarer Zapfen 14, dessen oberes Ende geschlitzt ist, um einen Schraubenzieher
aufnehmen zu können, und dessen unteres Ende mit einer weiteren Anschlußfahne 15
elektrisch verbunden ist. Der Zapfen 14 trägt mehrere halbkreisförmige Platten 16,
die eine Elektrode bilden.
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Ein an dem freien Ende des Bimetallstreifens 13 angebrachtes Halteteil
17 trägt mehrere annähernd hufeisenförmige parallele Platten 18, die die
andere Elektrode bilden.
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Die Platten 16 sind mit der Fahne 15 verbunden, während die Platten
18 an. der Anschlußfahne 12 liegen. Zwischen den Platten 16 und 18 befinden sich
jeweils Luftspalte konstanter Dicke.
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Durch Drehen des Zapfens 14 lassen sich die Platten 16 gegenüber den
Platten 18 verdrehen. Andererseits können sich die Platten 18 in Richtung des Pfeiles
rg linear bewegen, wenn der Bimetallstreifen 13 Temperaturänderungen ausgesetzt
wird.
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Die Arbeitsweise des Kondensators wird nunmehr an Hand der Fig.2 bis
4 beschrieben. Bei jeder dieser Figuren wird angenommen, daß die Platten 18 infolge
einer Temperaturänderung gegenüber der durch die strichpunktierte Linie angedeuteten
neutralen Achse nach links verschoben worden sind.
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Fig. 2 zeigt die neutrale Einstellung der Platten 16. Bei dieser Stellung
der Platten 16 wird die in den Figuren durch Schattierung angedeutete Überlappungsfläche
zwischen den Elektroden nicht wesentlich verändert, wenn die Platten 18 gegenüber
der neutralen Stellung nach rechts oder links verschoben werden. Dreht man jedoch
die Platten 16 in die eine äußerste Stellung (Fig. 3), führt eine Bewegung der Platten
18 aus der neutralen Stellung nach links zu einer erheblichen Verringerung der Überdeckungsfläche,
während eine Bewegung der Platten 18 nach rechts die überdeckungsfläche entsprechend
vergrößert. Wenn man dagegen die Platten 16 in die andere äußerste Stellung dreht
(Fig. 4), ergibt sich bei einer Bewegung der Platten 18 nach links eine erhebliche
Vergrößerung der Überdeckung und damit auch der Kondensatorkapazität, während eine
Bewegung der Platten 18 nach rechts die überlappungsfläche verkleinert. Auf diese
Weise läßt sich das Ausmaß und das Vorzeichen der Änderung der Kondensatorkapazität
auf Grund einer gegebenen Temperaturänderung in der gewünschten Weise verändern,
indem man die Platten 16 in eine geeignete Stellung zwischen den beiden in den Fig.3
und 4 wiedergegebenen äußersten Stellungen bringt.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Kondensator besitzen die Elektroden
die Form von Teilstücken von Zylindern. Eine Elektrode wird durch eine gebogene
Platte 2o an der Außenfläche eines auf einer
Achse 21 befestigten
drehbaren .segmentförmigen Klotzes gebildet, während die andere Elektrode in Form
von zwei halbzylindrischen Schalen 22 und 23 auf bzw. in einem Hohlzylinder 24 angeordnet
ist. Um die Darstellung deutlicher zu machen, ist die Elektrode 2o in F ig. 5 aus
dem Zylinder herausgenommen; in der Praxis liegt sie jedoch innerhalb des Zylinders,
und die Achse 2 1 liegt gleichachsig mit der Zylinderachse. Der Zylinder 24 kann
durch ein temperaturempfindliches Element 26 in Richtung des Pfeiles 25 seitlich
verschoben werden. Die Elektrode 2o läßt sich durch Drehen der Achse 21 in beliebiger
geeigneter Weise verstellen. Nimmt man an, daß sich die Elektrode 2o innerhalb des
Zylinders befindet, und zwar in der in Fig. 5 gezeigten Stellung, überdeckt diese
Elektrode nur die Elektrode 22. Bei einer durch eine Temperatursteigerung hervorgerufenen
Bewegung des Zylinders 24. nach rechts wird infolgedessen die überdeckungsfläche
und damit auch die Kapazität verkleinert. Nimmt man nunmehr an, daß die Elektrode
2o die in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angedeutete umgekehrte Lage einnimmt.
überdeckt sie die Elektrode 23. Bei dieser Stellung bewirkt die gleiche Bewegung
des Zylinders 24 nach rechts, daß sich die überdeckungsfläche und damit auch die
Kapazität vergrößert. Bei allen Stellungen zwischen den in Fig.5 dargestellten überdeckt
die Elektrode 2o einen Teil der Elektrode 22 und einen Teil der Elektrode 23, so
daß die Winkelstellung der Achse 21 bestimmt, ob sich die Kapazität des Kondensators
bei einer gegebenen linearen Bewegung des Zylinders 2.4 vergrößert oder verkleinert.
Außerdem bestimmt die Winkelstellung der Achse 2i die Größe dieser Kapazitätsänderung.
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Statt die Anordnung so zu treffen, daß Temperaturänderungen eine lineare
Bewegung des Zylinders 24. bewirken und daß die Elektrode 2o durch die Einstellvorrichtung
verdreht wird, wäre es auch möglich, diese Vorgänge umzukehren, d. h. dafür zu sorgen,
daß Temperaturänderungen eine lineare Bewegung der Elektrode 2o herbeiführen und
daß der Zylinder 2.4 verdreht wird, um die Einstellung zu bewirken.
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Eine weitere Möglichkeit ist in F ig. 6 dargestellt, wonach eine durch
eine Achse 28 unterstützte Elektrode 27 bei Temperaturänderungen beispielsweise
durch eine Bimetallspirale 29 gedreht wird. Die andere Elektrode ist in Form von
zwei halbzylindrischen Flächen 30 und 31 in bzw. auf einem Zylinder 32 ausgebildet,
wobei der Zylinder 32 in axialer Richtung durch eine Einstellv orrichtung 33 bewegt
werden kann. Auch in diesem Fall wurde die Elektrode 27 außerhalb des Zylinders
gezeichnet, um die Darstellung deutlicher zu machen. Nimmt man an, daß die Elektrode
27 in der in Fig. 6 gezeigten Stellung in den Zylinder eingesetzt ist, vergrößert
eine teilweise Drehung der Elektrode gegenüber dem Zylinder ihre Deckungsfläche
mit einer der Elektroden 30 und 31 und verkleinert ihre Deckungsfläche mit
der anderen der beiden Elektroden um den gleichen Betrag, so daß sich die Gesamtdeckungsfläche
nicht verändert und die Kapazität konstant bleibt. Be-Nvegt man dagegen den Zylinder
32 nach links, wird die Änderung der Deckungsfläche mit der Elektrode 31 größer
als die Änderung der Deckungsfläche mit der Elektrode 30; hierdurch ergibt sich
eine Änderung der Kapazität, und Vorzeichen und Größe dieser Änderung sind bestimmt
durch Verstellrichtung und Verstellwinkel der Elektrode 27.
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Für gemäß der Erfindung ausgeführte Kondensatoren gibt es zahlreiche
Verwendungsmöglichkeiten bei elektrischen Einrichtungen, bei denen technisch bedeutsame
Temperaturänderungen auftreten können, beispielsweise bei elektrischen Einrichtungen
für Flugzeuge. Sie lassen sich ferner bei elektrischen Anzeige- oder Regelgeräten
verwenden, um Temperaturänderungen, anzuzeigen oder um technische Prozesse in Abhängigkeit
von der Temperatur zu steuern bzw. zu regeln.