DEP0026458DA - Kondensatoranordnung, bestehend aus zwei oder mehreren elektrisch parallel geschalteten Kondensatoren - Google Patents

Description

Es ist eine Anzahl von Dielektrika bekannt, unter anderem Werkstoffe auf Basis von Titanaten mit Perowskistruktur, die, wenn auch in je einem sehr beschränkten Temepraturbereich, eine hohe Dielektrizitätskonstante haben, die 3000 oder mehr betragen kann.

Die Kurven, die für diese Stoffe die Beziehung zwischen der Dielektrizitätskonstante (epsilon) und der Temperatur T darstellen, weisen einen ausgeprägten Höchstwert auf und haben beiderseits dieses Höchstwertes einen verhältnismäßig steilen Verlauf. Die Temperatur, bei der dieser Höchstwert auftritt, ist von der Art des Stoffes abhängig; für Bariumtitanat z.B. liegt diese bei etwa 127°C; für Strontiumtitanat dagegen liegt dieser Höchstwert in der Nähe des absoluten Nullpunktes.

Es ist bereits bekannt, dass aus zwei solcher Stoffen ein Mischkristall erzeugt werden kann, der ähnlich wie die ihn zusammensetzenden Stoffe bei einer bestimmten Temperatur ein scharfes und hohes Maximum von (epsilon) aufweist. Die Temperatur, bei der dieses Maximum auftritt, liegt zwischen den Temperaturen, bei denen für die den Mischkristall zusammensetzenden Stoffe dieses Maximum liegt und ist von dem Verhältnis dieser Stoffe im Mischkristall abhängig. Durch Änderung des Verhältnisses kann sich eine Verschiebung des Maximums von (epsilon) ergeben.

Dort, wo eine starke Kapazitätsabhängigkeit von der Temperatur unerwünscht ist, hat man sich damit begnügen müssen, Kondensatoren mit einem Dielektrikum der vorstehend erwähnten Art in einem Temperaturbereich unterhalb der Temperatur zu verwenden, bei der das Maximum von (epsilon) des Dielektrikums auftritt, weil hier die meisten dieser Stoffe einen nur verhältnismäßig wenig mit der Temperatur veränderlichen (epsilon)-Wert haben, der, obgleich wesentlich niedriger wie der Maximalwert, höher als für andere bekannte Dielektrika ist.

Die Erfindung hat den Zweck, den extrem hohen Wert (epsilon) zu benutzen und sucht den kleinen Temperaturbereich, in dem dieser auftritt, zu vergrößern.

Gemäß der Erfindung sind bei einer Kondensatoranordnung bestehend aus zwei oder mehreren elektrisch parallel geschalteten Kondensatoren, wenigstens zwei von ihnen mit einem verschiedenen Dielektrikum versehen, dessen Dielektrizitätskonstante als Funktion der Temperatur ein ausgeprägtes Maximum aufweisen, das bei einer verschiedenen Temperatur liegt.

Es ist bekannt, durch Parallelschalten von zwei oder mehr Kondensatoren, eine Kombination herzustellen, die in bestimmten Hinsichten günstigere Eigenschaften aufweist, als ein einziger der in der Kombination verwendeten Kondensatoren. Es wurde z.B. vorgeschlagen, durch Parallelschaltung zweier Kondensatoren, deren einer einen negativen und deren anderer einen positiven Temepraturkoeffizienten der Kapazität besitzt, eine Kombination zu bilden, deren Kapazität einen kleineren Temperaturkoeffizienten hat, als die eine der parallel geschalteten Kondensatoren. Bei den bekannten Kombinationen werden jedoch bisher keine Kondensatoren verwendet, deren Dielektrikum ein hohes Maximum der Dielektrizitätskonstante hat. Es hat sich überraschenderweise ergeben, dass bei der Anwendung einer Kombination von Kondensatoren mit einem solchen Dielektrikum, der extrem hohe Wert der Dielektrizitätskonstante ausgenutzt werden kann; dies wurde bisher nur für Kondensatoren, die auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten werden, für möglich gehalten.

Durch Verwendung von Dielektrika, deren Scheitel in der (epsilon)-T-Kurve bei verschiedenen Temperaturen liegen, kann erreicht werden, dass in einem diese Scheitel umfassenden Temperaturbereich die Kapazität der Kondensatoranordnung nur wenig wechselt. Die Größe der Änderung ist von der gegenseitigen Lage der Temperaturen abhängig, bei denen die Scheitel für die verschiedenen Dielektrika auftreten. Der Temperaturbereich, innerhalb dessen sich die mit der neuen Kondensatoranordnung beabsichtigte Wirkung ergibt, kann durch Verwendung von Dielektrika vergrößert werden, bei denen die Temperaturen, bei denen der extrem hohe (epsilon)-Wert auftritt, weiter auseinander liegen. Wie vorstehend bereits auseinandergesetzt, hat man die Stelle des Maximums in der (epsilon)-T-Kurve durch Mischkristallbildung in der Hand. Auch kann sich eine Vergrößerung des Temperaturbereichs durch Erweiterung der Anzahl von Kondensatoren ergeben, die einen temperaturabhängigen Kapazitätswert haben.

Durch passende Wahl der Anzahl und der Bemessung der Dielektrika und der Stelle der Scheitel in deren (epsilon)-T-Kurve ist es möglich, eine Anordnung von Kondensatoren zu bilden, die den gestellten Anforderungen hinsichtlich des Temperaturbereichs, innerhalb dessen die Anordnung verwendbar sein muss, und hinsichtlich der zulässigen Änderungen im Kapazitätswert der Anordnung innerhalb dieses Temperaturbereichs entspricht.

Damit die vorstehend erwähnte Änderung im Kapazitätswert der Anordnung klein gehalten wird, ist es vorteilhaft, die Kondensatoren derart zu bemessen, dass die maximalen Kapazitätswerte der Teile, die mit einem bestimmten Dielektrikum versehen sind, für alle diese Anordnungsteile gleich groß sind. Wird die Anordnung von Kondensatoren gebildet, die je ein verschiedenes Dielektrikum zeigen, so besagt dies, dass die maximalen Kapazitätswerte dieser einzelnen Kondensatoren gleich sein sollen.

Gemäß einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäß in Vorschlag gebrachten Anordnung, können die Kondensatoren in der Anordnung baulich zu einer Kondensatoren vereinigt sein. Die Dielektrika, die z.B. platten- und rohrförmig sein können, können dabei um einem einzigen Körper vereinigt sein, sodass die Dielek- trika mit den auf ihnen angebrachten Elektroden baulich einen einzigen Kondensator bilden. Es können z.B. die Dielektrika zu einem rohrförmigen Körper vereinigt werden, über dessen Außenwand bzw. Innenwand sich die Elektroden erstrecken. Dabei können die Dielektrika je einen über die ganze Länge des Rohrs erstreckenden Teil desselben bilden; es ist jedoch auch möglich, dass die Dielektrika rohrförmig sind, in der Längsrichtung in gleicher Flucht liegen und zu einem Ganzen vereinigt sind.

Sind die Dielektrika plattenförmig, so ist eine der Erfindung entsprechende Anordnung, bei der die Dielektrika zu einem einzigen Körper vereinigt sind, dadurch herstellbar, dass die Dielektrika mit den Rändern anschließend nebeneinander gelegt und zu einer einzigen, flachenPlatte zusammengefügt und auf ihren oberen und unteren Seiten die Elektroden aufgebracht werden; es können die Dielektrika auch unter Zwischenfügung der Elektroden aufeinander getürmt und die Elektroden eine um die andere elektrisch miteinander verbunden sein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert,

in der Fig. 1 eine Ausführung einer Kondensatoranordnung nach der Erfindung dargestellt, während

Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Kapazitätswert einer solchen Anordnung und der Temperatur zeigt.

Der rohrförmige Dielektrizitätskörper 1 der in Fig. 1 dargestellten Kondensatoranordnung besteht aus zwei in der Achsenrichtung erstreckenden Dielektrika 2 und 5.

Auf der Außen- bzw. Innenwand des Rohres 1 sind die leitenden Belegungen 4 und 5 angebracht, an denen die Stromzuführungsdrähte 6 und 7 angeschlossen sind. Die Dielektrika 2 und 3 bilden mit den auf sie aufgebrachten teilen der Belegung 4 und 5 je einen Kondensator; diese Kondensatoren sind in der Anordnung elektrisch parallel geschaltet.

Sowohl das Dielektrikum 2 als auch das Dielektrikum 3 bestehen im wesentlichen aus einem Barium-Strontiumtitanatmischkristall. Beim ersteren ist das Verhältnis zwischen den Barium- und Strontiummengen 90 : 10; bei dem zweiten ist das Verhältnis 75 : 25.

Die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 2 erreicht bei etwa 35°C einen Maximalwert, während die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikum 3 bei etwa 77°C ein ausgeprägtes Maximum hat.

Fig. 2 stellt schematisch die Beziehung zwischen den verschiedenen Kapazitäten und den Temperaturen dar.

Die Kurve 11 stellt den Kapazitätsverlauf der Anordnung in Abhängigkeit der temperatur dar, während die Kurven 12 und 13 die Beziehung zwischen der kapazität des nur vom Dielektrikum 2 bzw. dem Dielektrikum 3 gebildeten Kondensatoren und der Temperatur veranschaulichen. Aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, dass infolge der Parallelschaltung der Kondensatoren die Kapazität der Anordnung in einem bedeutend größeren Temperaturbereich einen hohen Wert annimmt, als ein Kondensator mit einem Dielektrikum, dessen Zusammensetzung entweder demjenigen des Dielektrikums 2 oder dem des Dielektrikums 3 entspricht.

Claims (7)

1. Kondensatoranordnung, bestehend aus zwei oder mehreren elektrisch parallel geschalteten Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kondensatoren ein verschiedenes Dielektrikum haben, dessen Dielektrizitätskonstanten als Funktion der temperatur ein ausgeprägtes Maximum aufweisen, das bei verschiedenen Temperaturen liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen Kapazitätswerte der Teile der Anordnung, die je die mit einem bestimmten Dielektrikummaterial versehenen Kondensatoren in der Anordnung umfassen, einander gleich sind.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Dielektrika der Kondensatoren zu einem einzigen Körper mit nur je einem Belag vereinigt sind, sodass die Kondensatoren einen einzigen Kondensator bilden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrika zu einem rohrförmigen Körper vereinigt sind, bei dem die Elektroden sich über die Innenwand und die Außenwand des Rohres erstrecken.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrika je einen sich über die ganze Länge des Rohres erstreckenden Teil dieses Rohres bilden.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum bei wenigstens zwei Kondensatoren auf Basis von Titanat mit Perowskistruktur zusammengesetzt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum wenigstens zweier Kondensatoren auf Basis von Mischkristallen aus z.B. Barium- und Stronstiumtitanaten zusammengesetzt ist.