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In ihrer Kapazität veränderbare Kondensatoranordnung Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine in ihrer Kapazität veränderbare, von der Außentemperatur
mindestens annähernd unabhängige Kondensatoranordnung mit einem möglichst wenig
temperaturabhängigen Verlustwinkel des festen Dielektrikums, bestehend aus der Zusammenschaltung
eines veränderbaren Kondensators mit einem weiteren Kondensator mit temperaturabhängiger
Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.
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Es ist an sich bekannt, Festkondensatoren und auch regelbare Kondensatoren
von der Umgebungstemperatur dadurch unabhängig zu machen, daß man zwei Kondensatoren
mit entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten zusammenschaltet.
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Es ist bei derartigen Kondensatoranordnungen bekannt, die Regelung
mechanisch, z. B. mit Hilfe eines Drehkondensators vorzunehmen. Hierbei wurde der
Einfluß der Umgebungstemperatur dadurch ausgeschaltet, daß man dem mechanisch regelbaren
Kondensator entweder einen Festkondensator mit entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten
des Dielektrikums oder einen weiteren mechanisch regelbaren Kondensator mit ebenfalls
entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten des Dielektrikums
zugeschaltet
hat. Derartige in ihrer Kapazität veränderbare Kondensatoranordnungen sind jedoch
wegen des mechanischen Veränderns der Kapazität nicht geeignet, um in selbständigen
Regeleinrichtungen oder Steuerschaltungen verwendet zu werden.
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Es ist auch schon bekannt, die Temperatur des Dielektrikums eines
Festkondensators durch Aufheizen in ein Gebiet zu verlegen, in welchem seine Dielektrizitätskonstante
von der Außentemperatur weitgehend unabhängig ist.
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Es ist weiterhin bekannt, die Kapazität eines Kondensators durch Heizen
zu variieren, während ein nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag vorsieht,
derartige Regelkondensatoren in einem Gefäß unterzubringen, damit der Einfluß der
Umgebungstemperatur ausgeschaltet wird. Bei diesem älteren Vorschlag erfolgt die
Kapazitätsänderung durch Erwärmen des in seiner Dielektrizitätskonstante temperaturabhängigen
Dielektrikums.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatoranordnung
zu schaffen, die in ihrer Kapazität veränderbar und von der Außentemperatur mindestens
annähernd unabhängig ist, wobei die Anwendung eines Schutzgefäßes nicht notwendig
ist. Damit bezieht sich die Erfindung auf eine in ihrer Kapazität veränderbare,
von der Außentemperatur mindestens annähernd unabhängige Kondensatoranordnung mit
einem möglichst wenig temperaturabhängigen Verlustwinkel des festen Dielektrikums,
bestehend aus der Zusammenschaltung eines veränderbaren Kondensators mit einem weiteren
Kondensator mit temperaturabhängiger Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß der veränderbare Kondensator ein Dielektrikum
mit großem Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante besitzt und sein
Dielektrikum gegenüber dem des weiteren Kondensators durch eine Heizvorrichtung
in veränderbarem Maße erwärmbar ist.
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Durch das erfindungsgemäße Beheizen wird eine Steuerung in dem Sinne
erzielt, daß sich eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Kondensatoren einstellt,
indem man z. B. nur den einen Kondensator beheizt oder indem man die Heizströme
beider Kondensatoren gegenläufig steuert. Die durch die Temperaturdifferenz einstellbaren
Kapazitätswerte sind im wesentlichen von der Umgebungstemperatur unabhängig.
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Es liegt auf der Hand, daß die Kapazitätsänderungen um so größer sind,
je größer der Temperaturkoeffizient der Kapazität ist. Ob durch die Temperaturdifferenz
die Gesamtkapazität der Kondensatoranordnung in zunehmendem oder abnehmendem Sinne
beeinflußt wird, ist unerheblich.
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Um den Regelbereich neben der Wahl des Temperaturkoeffizienten möglichst
groß zu gestalten, ist es weiterhin zweckmäßig, die Beheizung auf möglichst hohe
Wärmegrade auszudehnen, wozu aber die Wahl temperaturbeständiger Belegungen und
Dielektrika erforderlich ist. Auch soll der Verlustwinkel der Kapazität möglichst
klein und temperaturunabhängig sein. Außerdem besteht bei einer derartigen Regelkondensatoranordnung
die Forderung, daß die bei irgendeiner Temperaturdifferenz erzielten Kapazitätswerte
auch genauestens reproduzierbar sind.
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Es zeigte sich nun, daß keramische Stoffe, die bekanntlich sehr temperaturbeständig
sind, auch eindeutige Beziehungen zwischen der regelnden und der geregelten Größe
ergeben, so daß eine gute Reproduzierbarkeit gewährleistet ist. Die Vergrößerung
des Verlustwinkels bei Temperaturerhöhung bleibt dabei in einem weiten Temperaturbereich
innerhalb enger Grenzen. Bedient man sich dabei weiterhin solcher Keramiken, die
einen geeigneten hohen Anteil an Titandioxyd oder ähnlichen Stoffen enthalten, so
ist gleichzeitig ein großer, in diesem Fall negativer Temperaturkoeffizient der
Kapazität gegeben, der Kapazitätsänderungen bis ungefähr äo/o zuläßt, wobei die
Temperaturänderung des Kondensators in der Größenordnung von etwa 1000 C
liegt.
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Die Beheizung des Kondensators kann auf irgendeine Art erfolgen. Zweckmäßigerweise
wählt man eine elektrische Beheizung mittels einer Heizwicklung oder einer Widerstandsschicht,
die unmittelbar auf den Kondensator aufgetragen sein kann.
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Um einen Kurzschluß der Drahtwindungen bzw. der Widerstandsschicht
zu vermeiden, falls das Heizelement unmittelbar auf einer Belegung angeordnet wird,
wird zwischen dieser und dem Heizelement eine elektrisch isolierende, einen möglichst
geringen Wärmewiderstand aufweisende Zwischenlage oder Schicht vorgesehen, die beispielsweise
aus einem Glimmerplättchen, Isolierlack oder Ölseide od. dgl. bestehen kann.
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Sollte in manchen Fällen eine elektrische Entkopplung zwischen dem
Kondensator und dem Heizkreis erwünscht sein, so ordnet man, da die beiden zusammenarbeitenden
Teile nur thermisch miteinander verbunden sein müssen, noch eine Abschirmbelegung
an, die mit Nullpotential in Verbindung gebracht wird. Unter Umständen kann sogar
eine Belegung des Kondensators die Rolle der Abschirmbelegung mitübernehmen, indem
man sie so in die Schaltung einschaltet, daß sie mit Nullpotential in Verbindung
steht. Besonders vorteilhaft läßt sich dies bei keramischen Röhrchenkondensatoren,
die auf der Innenoberfläche einen und auf der Außenoberfläche den anderen Belag
tragen, durchführen, weil der Außenbelag den Innenbelag vollkommen abschirmt. Ein
derartiges Ausführungsbeispiel für den nach der Erfindung zu beheizenden Kondensator
ist in der@Zeichnung in den Fig, z und 2 dargestellt. Der parallel oder in Reihe
geschaltete zweite Kondensator ist in den Figuren nicht abgebildet.
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In Fig. r ist eine Ansicht und in Fig. 2 der Schnitt eines solchen
röhrchenförmigen Regelkondensators gezeigt. Das rohrförmige keramische Dielektrikum
a, zweckmäßigerweise mit hohem Titandioxydgehalt, trägt auf der Innenoberfläche
die Belegung b und auf der Außenoberfläche die Belegung c, von denen jede mit der
zugehörigen
Anschlußklappe, d, e in Verbindung steht. Um
den rohrförmigen Kondensatorkörper a ist nun unter Zwischenschaltung der elektrisch
isolierenden Lage f aus Glimmer oder Isolierlack die Heizwicklung g aufgewickelt,
die in den Anschlüssen h, i endet, welche ebenso wie die Stromzuführungen
k, L zu
den Belegungen des Kondensators auf einer isolierenden Trägerplatte
r, beispielsweise aus einer verlustarmen Keramik, festgenietet sind. Schickt man
nun einen Heizstrom durch den Heizkörper g, so erwärmt dieser den Kondensator und
ruft dadurch eine Kapazitätsänderung hervor. Die Zeitkonstante für die Einstellung
des Kondensators auf den neuen Heizwert betrug bei den untersuchten Kondensatoren
0,5 bis i Minute.
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Es ist nun möglich, diese Zeitkonstante durch Wahl anderer Baustoffe
oder durch andere Anordnungen der zusammenarbeitenden Teile in weitem Maße zu verändern,
so daß auch dieser Wert dem jeweiligen Verwendungszweck gut a.ngepaßt werden. kann.
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Eine Möglichkeit, die Zeitkonstante des Kondensators zu ändern, besteht
darin, den Kondensator aus möglichst kleinen Einzelelementen mit großer Wärmeableitung
durch Oberfläche und/oder Halterung, die parallel geschaltet werden, herzustellen
und jedes einzelne Element mit einer selbständigen Heizung zu versehen. Dadurch
wird eine schnellere Durchwärmung bzw. Abkühlung der einzelnen Einheiten erreicht
und somit eine schnellere Einstellung des Kapazitätswertes bei der betreffenden
Heizleistung erzielt.
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Als Material für den zweiten Kondensator kann ebenfalls Keramik gewählt
werden.
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Bringt man zwei Kondensatoren mit gleichem Temperaturkoeffizienten
in einer Schaltung (z. B. Brückenschaltung) an, so lösen die durch die Umgebungstemperatur
bewirkten gleichartigen Kapazitätsänderungen keine Wirkungen aus. Die Heizung aber
wirkt nur auf den einen Kondensator (oder auf beide in entgegengesetztem Sinne)
und steuert auf diese Weise die gewünschten Wirkungen (z. B. den Brückenabgleich).
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In Fig. 3 und 4 ist in Seitenansicht und Aufsicht ein anderes Ausführungsbeispiel
des gemäß der Erfindung zu beheizenden Kondensators dargestellt, welches aus zwei
Kondensatorplatten m, 7a mit den Belegungen besteht. Zwischen den Kondensatorplatten
m, n ist das Heizelement o vorgesehen, das beide Platten beheizt. Die Haltebolzen
p, q dienen gleichzeitig als Stromleiter zur Parallelschaltung der beiden
Platten.
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Zur Verbesserung der elektrischen Trennung von Kondensator und Heizkörper
kann die Wärmeübertragung auch über einen größeren Zwischenraum durch Strahlung
erfolgen.
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Die Kondensatoranordnung nach der Erfindung ist überall dort anwendbar,
wo verhältnismäßig kleine Verstimmungen in einfacher Weise elektrisch gesteuert
werden sollen, wie es z. B. bei Sendern und Empfängern der drahtlosen Nachrichtentechnik
mit automatischer Frequenzregelung oder bei deren Fernabstimmung der Fall ist. Auch
zur automatisehen Scharfabstimmung bei Sendern und Empfängern, zur Bandbreitenregelung
bei Brückenfiltern u. dgl. ist die Anordnung gemäß der Erfindung anwendbar. Schließlich
kann sie auch in einer Wechselstrombrücke benutzt werden, die für einen Thermostaten
großer Genauigkeit verwendet wird.
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DieAnordnung gemäß derErfindungkann.jedoch auch bei jeder anderen
Schaltanordnung oder Einrichtung, bei der die Regelung durch verhältnismäßig keine
Änderungen einer Kapazitätsgröße vorgenommen wird, benutzt werden.