WO1997005633A1 - Elektrischer kondensator, daraus hergestellte kondensatoranordnung und verfahren zu dessen bzw. deren herstellung - Google Patents

Elektrischer kondensator, daraus hergestellte kondensatoranordnung und verfahren zu dessen bzw. deren herstellung Download PDF

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WO1997005633A1 PCT/EP1996/003305 EP9603305W WO9705633A1 WO 1997005633 A1 WO1997005633 A1 WO 1997005633A1 EP 9603305 W EP9603305 W EP 9603305W WO 9705633 A1 WO9705633 A1 WO 9705633A1
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recesses
capacitor
pole
lattice
arrangement
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PCT/EP1996/003305
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Hans Hoffmann
Sven Siemonsen
Original Assignee
Hans Hoffmann
Sven Siemonsen
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/228—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

Definitions

  • the present invention relates to an electrical capacitor according to the preamble of claim 1, further to a capacitor arrangement constructed from two or more such capacitors according to the preamble of claim 14 and to a method for producing an electrical capacitor according to the preamble of claim 19.
  • Electrodes are known in a large number of designs, for example as plate capacitors, cylindrical capacitors, cup capacitors and the like. It is common to all capacitors that plate-like or flat layer-like poles lie opposite one another, a dielectric, such as, for example, air, paper, ceramic or the like, being arranged between the poles. To increase the capacitance of the capacitor, an increase in the plate area can be achieved by level nesting of capacitor plates. Nevertheless, the known capacitors result in a limited capacitance per unit volume. In addition, the known capacitors cannot be made arbitrarily small.
  • the object of the present invention is to provide an electrical capacitor and a capacitor arrangement made from two or more such capacitors, which meet the requirements for high charge capacities with a comparatively small construction volume and weight and which can be manufactured more compactly than before. Furthermore, a method for producing such an electrical capacitor or a capacitor arrangement is to be created which is neither labor-intensive nor cost-intensive.
  • a configuration of the pole arrangements as a spatial body is achieved, which has a large surface in relation to its own construction volume having.
  • the two pole arrangements are spatially nested in one another in such a way that the distances between the pole arrangements can become very small, which, like the enlarged surface of the pole arrangements, contributes significantly to a high capacitance.
  • the order of magnitude of the chip production can be carried out so that ICs can be produced with integrated capacitors made of the same material and having large capacities.
  • the production of capacitors in which the recesses are cylindrical is particularly advantageous because of the essentially uniform surface of the circular recesses.
  • FIG. 1A shows an enlarged perspective illustration of a grid element of one of the pole arrangements according to FIG. 1;
  • FIG. 1B shows an enlarged representation corresponding to FIG. 1;
  • Figure 2 is a side view according to arrow II of Figure 1, but dash-dotted and schematically added to a capacitor;
  • Figure 3 is a plan view according to arrow III of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a side view according to arrow IV of FIG. 1 offset by 90 ° with respect to FIG. 2;
  • Figure 6 is a side view according to arrow VI of Figure 5;
  • Figure 7 is a plan view according to arrow VII of Figure 5;
  • FIG. 9 shows a schematic plan view, corresponding to FIG. 3, of the pole arrangements according to the third exemplary embodiment of the present invention in broken representation
  • FIG. 10 shows an enlarged perspective illustration of a grid element of one of the pole arrangements according to the third exemplary embodiment
  • Figures each in broken representation one of the 11 u. 12 Figure 2 corresponding side view, but schematically and of two mutually perpendicular Sides of the pole arrangements for a capacitor according to the third exemplary embodiment;
  • FIG. 13 shows a perspective illustration of the pole arrangements for a capacitor which are produced from an elongated cuboid raw body and are in accordance with the fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9, 11 and 12 corresponding 14A, B broken representations of the fourth and C embodiment.
  • the capacitor or capacitor arrangement 10 or 110 or 210 or 310 shown in the drawing in accordance with four exemplary embodiments in the form of an identical spatial body for each pole of the pole arrangements 11, 12 or 111, 112 or 211, 212 or 311 , 312 represents a single capacitor or a capacitor circuit made up of two or more capacitors.
  • the pole arrangements 11 and 12 or 111 and 112 or 211 and 212 or 311 and 312, which have a three-dimensional, grid-like structure, are interleaved in such a way that they have a substantially equal or uniform distance from one another in each region.
  • the two pole arrangements 11 and 12 or 111 and 112 or 211 and 212 or 311 and 312 each have an identical structure, it is sufficient in itself to describe their structural structure with the aid of a pole arrangement 11 or 12 or 111 or 112 or 211 or 212 or 311 or 312.
  • the pole arrangement 11 (and accordingly also the pole arrangement 12) is constructed from a plurality of grid elements 15, with each grid element 15 according to FIG. 1A is formed by two approximately V-shaped pairs of element parts 16 and 17 which lie against each other in mutually perpendicular planes and which are connected to one another at a node 18.
  • Each V-shaped pair of element parts 16, 17 has two, in the same plane, identically designed web-like element parts 19 and 20 or 21 and 22, which diverge from the node 18 at a certain angle ⁇ .
  • the lattice element 15 can be viewed as a symmetrical radiation-shaped structure, the node 18 of which runs the center of a cube and the web-like element parts 19 to 22 of each diagonal corners of a plurality of cube surfaces.
  • the web-like element parts 19 to 22 of the element part pair 16 and 17, starting from the node 18, each form the same angle between them and have the same lengths.
  • the Cross section of the web-like element parts 19 and 20 or 21 and 22 square; however, any other cross section, for example a round or hexagonal cross section, can be selected.
  • the ends 25 of the web-like element parts 19 to 22 are each connected or in one piece to ends of adjacent web-like element parts of further grid elements 15, so that the (spatially) three-dimensional grid-like structure results from a multiplicity of grid elements 15 arranged one above the other, one above the other and next to one another. It is understood that the choice of the number of grid elements 15 in the three directions of space depends on the desired external dimensions of the capacitor 10. As mentioned above, the pole assembly 12 is constructed in the same identical manner.
  • the nesting of the pole arrangements 11 and 12 in all spatial directions to the capacitor 10 takes place in this exemplary embodiment either in such a way that first the individual grid elements 15 of the pole arrangements 11 and 12 are three-dimensionally interleaved and then connected to the neighboring grid elements 15, which are also three-dimensionally nested one inside the other become.
  • the construction of the capacitor 10 can also take place in such a way that first a pole arrangement 11 or 12 is built up in its lattice structure and that then in a row V-shaped element part pairs 16 and 17 are produced separately and these as longitudinal and Cross rows 23 and 24 for forming the other pole arrangement 12 or 11 are three-dimensionally threaded into the lattice structure of one pole arrangement 11 or 12 and then connected to one another.
  • end disks 31, 32 are cast from electrically insulating plastic the webs 21 to 22 are densely surrounded.
  • a capacitor 10 it can be surrounded by a housing 26, as indicated by dash-dotted lines in FIG. 2, and the interior 27 can be filled with a gaseous, liquid or solid dielectric. If the capacitor 10 is merely formed from a cell provided, for example, with two end plates 31 and 32, the two grid-like (positive and negative) poles 11 and 12 are each provided with an electrical connection 28 and 29, respectively.
  • a capacitor arrangement is to be constructed from two or more cells or capacitors, this can be done in a simple manner by separating at least one of the lattice structure poles 11 or 12 in one, two or more planes, as is indicated by dash-dotted lines on the parting plane 33 is shown in Figure 2, and the ends on Distance.
  • a dashed intermediate wall 34 made of electrically insulating material, for example plastic, is introduced for electrical separation, which tightly encompasses the web-like element parts 19 to 22 of the other pole arrangement 12 and thereby a tight separation between the two cells for the Dielectric results.
  • each capacitor cell has two individual poles 36 and 37, which are formed from the overall pole arrangement 11, and the pole arrangement 12, which is still designed as an overall pole. It is understood that the two capacitor cells are electrically connected in parallel or in series by means of corresponding electrical connections.
  • pole arrangements 11 and 12 are enlarged or built up further in the manner according to FIG. 2, for example that in the pole arrangement 12 there is no arrangement of transverse rows 24 above the upper longitudinal rows 23 and a horizontal partition wall is introduced in this plane, which is integrated in a pole arrangement 11 constructed without a wrong row in all spatial directions, there are two adjacent cells which are separate from one another and to which the pole arrangement 11 is common and in which two individual poles have arisen from the pole arrangement 12. It is understood that the other pole arrangement can also be separated or both can be separated in a corresponding manner.
  • the materials for the grid elements 15 or the pole arrangements 11 and 12 and the dielectric 27 can be selected in a manner known per se.
  • the three-dimensional lattice-like structure of the pole arrangements 111 and 112 is also formed in a uniform configuration and in a row of individual lattice elements 115 made up of web-like element parts 119 to 122, the V of which attaches to the nodes 118 -shaped element part pairs 116 and 117 are not uniform in cross-section due to the special manufacturing process.
  • the electrode arrangement 110 is produced, for example, from an elongated cuboid material, such as a rod material.
  • the starting material or the raw body can have a spatial shape of any type and size adapted to this desired final shape, that is to say also of any irregular shape.
  • the manufacture of the capacitor 110 is described using a cube.
  • the cube is provided from three mutually perpendicular sides, for example from sides 150, 151 and 152, with a plurality of rows 153 and 154 of through bores in each case.
  • the adjacent rows of holes 153 and 154 are provided with holes 155 and 156 from each side 150 to 152 in such a way that the holes 155 and 156 of adjacent rows of holes 153 and 154 are offset from one another.
  • the bores 155, 156 of adjacent rows of bores 153, 154 are also in a row in the diagonal direction of each side of the cube.
  • the individual through holes 155 and 156 on all three sides 150 to 152 penetrate each other in a correspondingly offset manner.
  • bores 157 and 158 are made in several parallel rows from two mutually perpendicular diagonal directions A and B, ie at an angle of 45 ° to side 150 and 151 on the one hand and to side 150 and a side 162 opposite to side 151 on the other, whereby also the rows of the one diagonal direction A to those of the other diagonal direction B are arranged offset from one another.
  • the lattice-like pole arrangements 111 and 112 which are separated from one another and held together at a uniform distance by side wall disks, of which only the side wall or here bottom disk 160 can still be seen in FIGS. 5 and 6.
  • the other side wall disks have already been cut off in such a way that semi-cylindrical bore parts 163 remain on the sides of the capacitor 110, which can still be referred to as a blank.
  • the webs 119 to 122 of the grid elements 115 have a uniformly changing cross section.
  • the cross-section can be made more uniform by incorporating further rows of holes at 45 ° to the top 152 from one or two directions perpendicular to one another. In this way, work can be carried out to standardize the spacing of the pole arrangements 111 and 112 in all areas.
  • the base plate 160 were also separated in the plane 161 shown in broken lines, the two grid structure poles 111 and 112 could move relative to one another in their nested arrangement.
  • the base plate 160 is only cut off when an electrically insulating end plate (corresponding to the end plates 31, 32 in FIG. 2) is attached to at least one end in order to build up a capacitor, the two in all spatial directions or three-dimensionally one inside the other keeps nested pole arrangements 111 and 112 mechanically safe and at the specified distance.
  • the starting material it is expedient to provide a metal suitable for capacitors as the starting material.
  • a metal suitable for capacitors it is expedient to provide a metal suitable for capacitors as the starting material.
  • the lattice-like structure of the pole arrangements 211 and 212 is likewise formed in a uniform configuration and in each case in a row of individual lattice elements 215 constructed from web-like element parts 219 to 222, the V elements of which attach to the nodes 218 shaped element part pairs 216 and 217 are uniform in cross-section due to a manufacturing process somewhat different from the exemplary embodiment in FIGS. 5 to 7, as is provided in the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 4 and can be seen in FIG.
  • the capacitor 210 is produced from a raw body of any spatial shape and size. The For the sake of simplicity, this is shown on the rectangular raw body 245 according to FIG.
  • the cuboid raw body 245 is provided from two mutually perpendicular sides 250 and 251 in the directions C and D 'or C “and D” with a plurality of rows 253 and 254 of continuous recesses 255 and 256, which are square here (see FIG 9, which also shows the view from the direction C ", D" on the surface 251).
  • the adjacent rows of recesses 253 and 254 are provided with square recesses 255 and 256 from each side 250 and 251 such that the recesses 255 and 256 of adjacent rows of recesses 253 and 254 are arranged offset to one another. Furthermore, as in the second exemplary embodiment according to FIGS.
  • diagonal directions A 'and B' are perpendicular to each other, ie at an angle of 45 ° to side 250 and 251 on the one hand and to side 250 and a side opposite to side 251 on the other Recesses 257 and 258 are introduced in a plurality of parallel rows, the rows of one diagonal direction A 'being also offset from one another in those of the other diagonal direction B', as can be seen from FIGS. 11 and 12.
  • These recesses 257 and 258 are hexagonal. All of these recesses 255 to 258 are cut into the raw body 245 by means of a laser, for example. This arrangement of the recesses 255 to 258 results, as shown in FIGS.
  • the minimum number of planes or directions from which the recesses 255 to 258 have to be machined is determined by the cross-sectional area of the recesses. If, for example, one side of the square recesses 255 and 256 is designated with a and the hexagonal bores 257 and 258 have a narrow side with the size a, then at half the distance h between the recess centers, two recesses 255 adjacent via a node 218 result (FIG.
  • FIG. 9 the proviso that: a> h / Ji.
  • the connecting lines between FIG. 9 and FIGS. 11 and 12 show on the one hand the offset arrangement of the recesses 255 to 258 and on the other hand the assignment of the center points of the recesses 255 to 258 to the centers of the webs 219 to 222.
  • a recess takes place in all three spatial axes a feed of 2 hours to the adjacent, same direction A ', B', C, D ', C "or D".
  • the arrows M in FIGS. 9, 11 and 12 show the assumed center of the pole arrangements 211 and 212 of the capacitor 210 which are interleaved in all spatial directions.
  • the pole arrangements 211 and 212 are preferably separated from one another in such a way that the sides of the raw body are provided with corresponding halved recesses in continuation of the recesses 255 to 258, which leads to a separation of the pole arrangements, which is also shown in the figure 6 of the second exemplary embodiment becomes clear if the side wall pane 160 would not be cut off there but would be provided with half bores at corresponding points.
  • the provision of intermediate walls in the raw body according to the third exemplary embodiment in FIGS. 8 to 12 can take place there in such a way that no recesses 255 to 258 are provided in a plane of the raw body 245 intended for the partition wall. This is easily possible using laser cutting technology.
  • the separation of at least one of the pole arrangements 211, 212 to be carried out for this purpose is carried out in this exemplary embodiment by cutting off certain webs of this pole arrangement.
  • the starting material of the raw body 245 can be of any type, as has already been described with reference to the second exemplary embodiment.
  • the individual recesses can also be made in this way 8 that the raw body 245 according to FIG. 8 is clamped in an imaginary diagonals 246, shown here dotted, after the recesses have been made in directions A ', B', C, D 'and around this diagonal in three steps at an angular distance of each Is rotated 120 °. After every 120 "rotation, the recesses are worked in according to the directions A ', B', C and D '. If the recesses are machined with cylindrical recesses in the form of bores, the distances and the surfaces of the web-like edges are evened out Element parts 219 to 222 between the nodes 218.
  • the grid-like structure of the pole arrangements 311 and 312 is designed in accordance with the exemplary embodiment in FIGS. 5 to 7.
  • the recesses 355 to 358 of the recess rows 353 and 354 are formed by bores which are cylindrical in cross section.
  • the main difference between this fourth exemplary embodiment 310 and the aforementioned second exemplary embodiment lies in the multi-cell structure of the capacitor arrangement 310.
  • the starting body is an elongated cuboid, similar to the raw body 245 of FIG. 8.
  • the rows 353, 354 of the cylindrical recesses 355 to 358 are incorporated in the directions A ', B', C, D ', C "and D" shown there.
  • These rows of recesses are set such that, as can be seen in FIG. 13, end walls 366 and 367 and a cell partition wall 365 result.
  • the cell partition wall 365 results from the fact that there is a relative empty advance between the tool for producing the rows of recesses and the workpiece (raw body) by at least 3 hours. The same applies to the manufacture of the end walls 366 and 367, which can be made thinner due to their flat outer surface.
  • a direction E '(FIG. 8) parallel to the direction A ′ becomes on both sides of the cell partition wall 365 and on the inside region of the end walls 366 and 367 cylindrical separation recesses 359 and 359 'are incorporated, which are each arranged between two adjacent bores 358 of adjacent pairs of bores and intersect these bores 358. It can be clearly seen from FIG. 14C that when the separating bores 359 and 359 'are incorporated, the webs 319 to 322 remaining between adjacent bores 358 are worked out or disappear.
  • the separating bores 359 ' can be offset with respect to the separating bores 359 or can be in the rows of bores in FIG. 14B, depending on which of the rows of bores the separating bores should lie in.
  • FIG. 14 is directly comparable in all further details and the arrangement of the recesses (bores) with FIGS. 9, 11 and 12, FIG. 14 likewise simultaneously showing the view from the direction C ", D" on the surface 351 .
  • the second and fourth exemplary embodiment of a capacitor 110 or 310 with the cylindrical recesses shown in the figures is preferred because of the uniform surfaces of the individual webs of the pole arrangements.
  • the cylindrical recesses are made by means of a laser tool, a very small-sized capacitor shape, right down to capacitors integrated in an IC module, can be achieved. Due to the manufacturing process, in particular in the second, third and fourth exemplary embodiment of the capacitor 110, 210 and 310, there is a tap for the application of the voltage.
  • Essential to the capacitor 10 or 110 or 210 or 310 is the spatially three-dimensional lattice-like structure consisting of the electrodes nested in one another in all spatial directions, asymmetrical lattice structures also being possible.

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Abstract

Bei einem elektrischen Kondensator (10), der einem negativen Pol (11, 12) und einem positiven Pol (12, 11), die in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten sind, und mit einem zwischen den Polen angeordneten Dielektrikum versehen ist, besitzen die beiden Pole (11, 12) je eine identische dreidimensional gitterartige Struktur und sind auf gleichem Abstand gehalten in allen Raumrichtungen ineinander verschachtelt angeordnet. Ein derartiger Kondensator wird den heutigen Anforderungen an eine hohe Ladungskapazität bei vergleichsweise geringem Volumen und Gewicht gerecht.

Description

Titel: Elektrischer Kondensator, daraus hergestellte
Kondensatoranordnung und Verfahren zu dessen bzw. deren Herstellung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner auf eine aus zwei oder mehr derartigen Kondensatoren aufgebaute Kondensatoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kondensators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
Elektrische Kondensatoren sind in einer Vielzahl von Ausführungen, beispielsweise als Plattenkondensatoren, Zylinderkondensatoren, Becherkondensatoren und dgl. bekannt. Allen Kondensatoren gemeinsam ist, daß plattenformige oder flächige schichtartige Pole einander gegenüberliegen, wobei zwischen den Polen ein Dielektrikum, wie bspw. Luft, Papier, Keramik oder dgl. angeordnet ist. Zur Erhöhung der Kapazität des Kondensators kann eine Vergrößerung der Plattenfläche durch ebenes Ineinanderverschachteln von Kondensatorplatten erreicht werden. Dennoch ergibt sich bei den bekannten Kondensatoren eine begrenzte Kapazität pro Bauvolumeneinheit. Außerdem können die bekannten Kondensatoren nicht beliebig klein gemacht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Kondensator und eine aus zwei oder mehr derartigen Kondensatoren hergestellte Kondensatoranordnung zu schaffen, die den Anforderungen an hohe Ladungskapazitäten bei vergleichsweise geringem Bauvolumen und Gewicht gerecht werden und die kleinbauender als bisher hergestellt werden können. Desweiteren soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektrischen Kondensators bzw. einer Kondensatoranordnung geschaffen werden, das weder arbeitsintensiver noch kostenintensiver ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem elektrischen Kondensator der genannten Art bzw. bei einer Kondensatoranordnung der genannten Art bzw. bei einem Verfahren zu dessen bzw. deren Herstellung die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 14 bzw. im Anspruch 19 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Ausgestaltung der Polanordnungen als räumlicher Körper erreicht, der eine große Oberfläche im Verhältnis zum eigenen Bauvolumen aufweist. Die beiden Polanordnungen sind räumlich derart ineinander verschachtelt, daß die Abstände zwischen den Polanordnungen sehr klein werden können, was ebenso wie die vergrößerte Oberfläche der Polanordnungen zu einer hohen Kapazität wesentlich beiträgt.
Die Herstellung derartiger Kondensatoren kann bei lasergefertigten Ausnehmungen bis in den
Größenordnungsbereich der Chipfertigung durchgeführt werden, so daß IC's mit aus gleichem Material bestehenden, große Kapazitäten aufweisenden integrierten Kondensatoren hergestellt werden können. Die Herstellung von Kondensatoren, bei denen die Ausnehmungen zylindrisch sind, ist wegen der im wesentlichen gleichförmigen Oberfläche der kreisrunden Ausnehmungen besonders vorteilhaft.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen liegen darin, daß der Verlustwinkel des Kondensators verbessert und eine geringere und lineare Temperaturabhängigkeit erreicht ist. Desweiteren sind in variabler Weise nahezu beliebige Bauformen erreichbar. Eine aufwendige Kontaktierung an den Polanordnungen für die SpannungsZuführung ist nicht notwendig; außerdem sind die Anschlußpositionen variabel.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
Figur 1 in teilweise abgebrochener perspektivischer
Darstellung einen Kondensator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;
Figur IA in vergrößerter perspektivischer Darstellung ein Gitterelement einer der Polanordnungen nach Figur l;
Figur IB eine der Figur 1 entsprechende ausschnittsweise vergrößerte Darstellung;
Figur 2 eine Seitenansicht gemäß Pfeil II der Figur 1, jedoch strichpunktiert und schematisch zu einem Kondensator ergänzt;
Figur 3 eine Draufsicht gemäß Pfeil III der Figur 1;
Figur 4 eine gegenüber der Figur 2 um 90° versetzte Seitenansicht gemäß Pfeil IV der Figur 1;
Figur 5 in teilweise abgebrochener perspektivischer
Darstellung einen Kondensator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, in einem noch nicht vollständig getrennten Zustand der beiden Polanordnungen;
Figur 6 eine Seitenansicht gemäß Pfeil VI der Figur 5;
Figur 7 eine Draufsicht gemäß Pfeil VII der Figur 5;
Figur 8 ein an einem quaderförmigen Rohkörper als
Ausgangswerkstück dargestelltes Bohrschema zur Herstellung der Polanordnungen für einen Kondensator, jedoch gemäß einem dritten bzw. vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;
Figur 9 in abgebrochener Darstellung eine der Figur 3 entsprechende jedoch schematische Draufsicht auf die Polanordnungen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;
Figur 10 in vergrößerter perspektivischer Darstellung ein Gitterelement einer der Polanordnungen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
Figuren jeweils in abgebrochener Darstellung eine der 11 u. 12 Figur 2 entsprechende Seitenansicht, jedoch schematisch und von zwei zueinander senkrechten Seiten der Polanordnungen für einen Kondensator gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel;
Figur 13 eine perspektivische Darstellung der aus einem länglich quaderförmigen Rohkörper hergestellten Polanordnungen für einen Kondensator gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung; und
Figuren den Figuren 9, 11 und 12 entsprechende 14A, B abgebrochene Darstellungen des vierten und C Ausführungsbeispiels.
Der in der Zeichnung gemäß vier Ausführungsbeispielen dargestellte Kondensator bzw. Kondensatoranordnung 10 bzw. 110 bzw. 210 bzw. 310 in Form eines jeweils identischen räumlichen Körpers für jeden Pol der Polanordnungen 11, 12 bzw. 111, 112 bzw. 211, 212 bzw. 311, 312 stellt einen einzelnen Kondensator oder eine Kondensatorschaltung aus zwei oder mehr Kondensatoren dar. Dabei sind die eine räumlich dreidimensionale gitterartige Struktur aufweisenden Polanordnungen 11 und 12 bzw. 111 und 112 bzw. 211 und 212 bzw. 311 und 312 derart ineinander verschachtelt, daß sie in jedem Bereich jeweils einen im wesentlichen gleichen bzw. gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Da bei den dargestellten Ausführungsbeispielen die beiden Polanordnungen 11 und 12 bzw. 111 und 112 bzw. 211 und 212 bzw. 311 und 312 jeweils identischen Aufbau besitzen, reicht es an sich aus, deren konstruktiven Aufbau anhand jeweils einer Polanordnung 11 oder 12 bzw. 111 oder 112 bzw. 211 oder 212 bzw. 311 oder 312 zu beschreiben.
Bei dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten, lediglich der Beschreibung des grundsätzlich räumlichen Aufbaus dienenden Ausführungsbeispiel eines Kondensators 10 ist die Polanordnung 11 (und entsprechend vorstehendem auch die Polanordnung 12) aus einer Vielzahl von Gitterelementen 15 aufgebaut, wobei gemäß Figur IA jedes Gitterelement 15 durch zwei etwa V-förmige Elementteilpaare 16 und 17, die in zueinander senkrechten Ebenen aneinander liegen und die in einem Knotenpunkt 18 zusammenlaufend miteinander verbunden sind, gebildet ist. Jedes V-förmige Elementteilpaar 16, 17 besitzt zwei in der gleichen Ebene liegende, identisch ausgebildete stegartige Elemententeile 19 und 20 bzw. 21 und 22, die jeweils vom Knotenpunkt 18 ausgehend unter einem bestimmten Winkel α auseinanderlaufen. Das Gitterelement 15 kann als symmetrisches strahlenförmiges Gebilde angesehen werden, dessen Knotenpunkt 18 den Mittelpunkt eines Würfels und dessen stegartigen Elemententeile 19 bis 22 zu jeweils diagonalen Ecken mehrerer Würfelflächen verlaufen. Dadurch bilden die stegartigen Elemententeile 19 bis 22 der Elemententeilpaares 16 und 17 vom Knotenpunkt 18 ausgehend jeweils zwischen sich denselben Winkel und besitzen gleiche Längen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der stegartigen Elemententeile 19 und 20 bzw. 21 und 22 quadratisch; es kann jedoch jeder beliebige andere Querschnitt, bspw. ein runder oder sechseckiger Querschnitt gewählt werden. Die Enden 25 der stegartigen Elemententeile 19 bis 22 sind jeweils mit Enden benachbarter stegartiger Elemententeile weiterer Gitterelemente 15 verbunden bzw. einstückig, so daß sich die (räumlich) dreidimensionale gitterartige Struktur aus einer Vielzahl von untereinander, übereinander und nebeneinander angeordneter Gitterelemente 15 ergibt. Es versteht sich, daß die Wahl der Anzahl der Gitterelemente 15 in den drei Richtungen des Raumes von den gewünschten Außenabmessungen des Kondensators 10 abhängig ist. Wie oben erwähnt, ist die Polanordnung 12 in derselben identischen Weise aufgebaut.
Das Ineinanderverschachteln der Polanordnungen 11 und 12 in allen Raumrichtungen zum Kondensator 10 erfolgt bei diesem Ausfuhrungsbeispiel entweder in der Weise, daß zunächst jeweils die einzelnen Gitterelemente 15 der Polanordnungen 11 und 12 dreidimensional ineinander verschachtelt und dann mit den jeweils ebenfalls dreidimensional ineinander verschachtelten benachbarten Gitterelemente 15 verbunden werden. Der Aufbau des Kondensators 10 kann auch in der Weise erfolgen, daß zunächst eine Polanordnung 11 oder 12 in ihrer Gitterstruktur aufgebaut wird und daß dann in einer Reihe aneinandergefügte V-förmige Elementteilpaare 16 und 17 getrennt hergestellt werden und diese als Längs- und Querreihen 23 und 24 zur Bildung der jeweils anderen Polanordnung 12 oder 11 in die Gitterstruktur der einen Polanordnung 11 oder 12 dreidimensional eingefädelt und anschließend miteinander verbunden werden. Um bei nicht festem Dielektrikum die Gitter-Pole 11 und 12 auf dem vorgesehenen Abstand zu halten, sind bspw. nahe gegenüberliegender Enden des Kondensators 10, wie dies beispielhaft lediglich in Figur 2 dargestellt ist, Endscheiben 31, 32 aus elektrisch isolierendem Kunststoff gegossen, die die Stege 21 bis 22 dicht umgeben.
Zur Herstellung eines Kondensators 10 kann dieser, wie bspw. in Figur 2 strichpunktiert angedeutet, von einem Gehäuse 26 umgeben und der Innenraum 27 von einem gasförmigen, flüssigen oder festen Dielektrikum ausgefüllt sein. Ist der Kondensator 10 lediglich aus einer bspw. mit zwei Endscheiben 31 und 32 versehenen Zelle gebildet, werden die beiden gitterartigen (positive und negative) Pole 11 und 12 jeweils mit einer elektrischen Verbindung 28 bzw. 29 versehen.
Soll eine Kondensatoranordnung aus zwei oder mehr Zellen bzw. Kondensatoren aufgebaut sein, so ist dies in einfacher Weise dadurch möglich, daß zumindest eine der Gitterstruktur-Pole 11 oder 12 in einer, zwei oder mehr Ebenen aufgetrennt wird, wie dies strichpunktiert anhand der Trennebene 33 in Figur 2 dargestellt ist, und die Enden auf Abstand gebracht werden. In dieser Trennebene 33 wird zur elektrischen Trennung eine gestrichelt angedeutete Zwischenwand 34, aus elektrisch isolierendem Material, bspw. Kunststoff eingebracht, die die stegartigen Elemententeile 19 bis 22 der anderen Polanordnung 12 dicht umgreift und dadurch eine dichte Trennung zwischen den bspw. zwei Zellen für das Dielektrikum ergibt. Dadurch besitzt jede Kondensatorzelle zwei Einzelpole 36 und 37, welche aus der Gesamtpolanordnung 11 gebildet sind, und die nach wie vor als Gesamtpol ausgebildete Polanordnung 12. Es versteht sich, daß durch entsprechende elektrische Verbindungen eine elektrische Parallel- oder Reihenschaltung der beiden Kondensatorzellen vorgenommen wird.
Statt der in Figur 2 strichpunktiert dargestellten "vertikalen" Trennung kann auch eine "horizontale" Trennung des Kondensators in zwei oder mehr Zellen erfolgen. Werden die Polanordnungen 11 und 12 in der Weise gemäß Figur 2 weiter nach oben vergrößert bzw. aufgebaut, daß bspw. bei der Polanordnung 12 über den oberen Längsreihen 23 eine Anordnung von Querreihen 24 fehlt und wird in dieser Ebene eine hier horizontale Trennwand eingebracht, die in eine ohne Fehlreihe aufgebaute Polanordnung 11 in allen Raumrichtungen integriert ist, ergeben sich zwei benachbarte, voneinander getrennte Zellen, denen die Polanordnung 11 gemeinsam ist und bei denen aus der Polanordnung 12 zwei Einzelpole entstanden sind. Es versteht sich, daß auch die jeweils andere Polanordnung aufgetrennt oder gar beide in entsprechender Weise aufgetrennt sein können. Bei mehreren Einzelzellen eines Kondensators ist es zweckmäßig, beide Polanordnungen 11 und 12 derart aufzutrennen, daß die Trennebenen der einzelnen Polanordnungen 11 und 12 jeweils versetzt zueinander angeordnet sind, so daß jeweils einer der Einzelpole zwei benachbarten Zellen zugeordnet ist.
Die Auswahl der Werkstoffe für die Gitterelemente 15 bzw. die Polanordnungen 11 und 12 und das Dielektrikum 27 kann in an sich bekannter Weise erfolgen.
Bei dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kondensators 110 ist die dreidimensional gitterartige Struktur der Polanordnungen 111 und 112 zwar ebenfalls in gleichförmiger Ausgestaltung und jeweiliger Aneinanderreihung einzelner aus stegartigen Elementteilen 119 bis 122 aufgebauter Gitterelemente 115 gebildet, deren an die Knotenpunkte 118 ansetzende V-förmige Elementteilpaare 116 und 117 aufgrund des besonderen Herstellungsvorganges im Querschnitt jedoch nicht gleichmäßig sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Elektrodenanordnung 110 bspw. aus einem langgestreckten quaderförmigen Material, wie einem Stangenmaterial hergestellt. Je nach zu erreichender Endform des Kondensators kann aber das Ausgangsmaterial bzw. der Rohkörper eine an diese gewünschte Endform angepaßte Raumform beliebiger Art und Größe, also auch jeglicher unregelmäßiger Form besitzen. Zur einfacheren Darstellung sei die Herstellung des Kondensators 110 anhand eines Würfels beschrieben.
Der Würfel wird von drei zueinander senkrechten Seiten, bspw. von den Seiten 150, 151 und 152 mit jeweils mehreren Reihen 153 und 154 von durchgehenden Bohrungen versehen. Dabei sind von jeder Seite 150 bis 152 die benachbarten Bohrungsreihen 153 und 154 derart mit Bohrungen 155 und 156 versehen, daß die Bohrungen 155 und 156 benachbarter Bohrungreihen 153 und 154 zueinander versetzt angeordnet sind. Mit anderen Worten, die Bohrungen 155, 156 jeweils benachbarter Bohrungsreihen 153, 154 liegen in diagonaler Richtung jeder Würfelseite gesehen ebenfalls in einer Reihe. Dadurch durchdringen sich die einzelnen jeweils durchgehenden Bohrungen 155 und 156 aller drei Seiten 150 bis 152 in entsprechend versetzter Weise. Desweiteren werden von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen A und B her, d.h. unter einem Winkel von 45° zur Seite 150 und 151 einerseits und zur Seite 150 und einer der Seite 151 gegenüberliegenden Seite 162 andererseits Bohrungen 157 und 158 in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei auch die Reihen der einen diagonalen Richtung A zu denen der anderen diagonalen Richtung B versetzt zueinander angeordnet sind.
Unter einer bestimmten Bedingung reicht es aus, den Ausgangs- bzw. Rohkörper von zwei zueinander senkrechten Ebenen und von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen, bspw. den Richtungen A und B zu bohren, nämlich dann, wenn der Bohrungsdurchmesser so groß ist, daß sich die Polanordnungen noch voneinander trennen. Voraussetzung dabei ist, daß die Bohrungen jeweils gleichen Durchmesser d besitzen. Mit anderen Worten, es muß gelten d > h / J2 , wobei h der halbe Abstand der Mittelpunkte zweier über einen Knoten 118 hinweg benachbarter Bohrungen 155, 156, ist (Figur 6). Ist dagegen d wesentlich kleiner, muß von noch mehr Seiten bzw. Diagonalen aus gebohrt werden.
Dadurch ergeben sich die gitterartigen Polanordnungen 111 und 112, die voneinander getrennt und in gleichmäßigem Abstand durch Seitenwandscheiben zusammengehalten sind, von denen lediglich die Seitenwand- bzw. hier Bodenscheibe 160 in den Figuren 5 und 6 noch ersichtlich ist. Die anderen Seitenwandscheiben sind bereits derart abgeschnitten, daß an den Seiten der noch als Rohling zu bezeichnenden Kondensators 110 halbzylindrische Bohrungsteile 163 verbleiben. Wie erwähnt, haben die Stege 119 bis 122 der Gitterelemente 115 einen gleichförmig sich ändernden Querschnitt. Eine Vergleichmäßigung des Querschnitts kann dadurch erreicht werden, daß weitere Bohrungsreihen unter 45° zur Oberseite 152 aus einer oder zwei zueinander senkrechten Richtungen eingearbeitet werden. Auf diese Weise kann auf eine Vereinheitlichung des Abstandes der Polanordnungen 111 und 112 in allen Bereichen hingearbeitet werden.
Würde auch die Bodenscheibe 160 in der strichpunktiert dargestellten Ebene 161 abgetrennt werden, so könnten sich die beiden Gitterstruktur-Pole 111 und 112 in ihrer ineinander verschachtelten Anordnung relativ zueinander bewegen. Um dies zu verhindern, wird die Bodenscheibe 160 erst dann abgetrennt, wenn zum Aufbau eines Kondensators an mindestens einem Ende eine elektrisch isolierende Endscheibe (entsprechen den Endscheiben 31, 32 der Figur 2) angebracht ist, die die beiden in allen Raumrichtungen bzw. dreidimensional ineinander geschachtelten Polanordnungen 111 und 112 mechanisch sicher und auf dem vorgegebenen Abstand hält.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ohne weiteres möglich, den Kondensator in zwei oder mehr Zellen dadurch zu unterteilen, daß die Gitterstruktur-Pole 111 und/oder 112 in einer gewünschten Ebene durch mechanische Auftrennung in Einzelpole elektrisch getrennt ist. In entsprechender Weise können Zwischenwände zum Abtrennen der zwei oder mehr Zellenräume vorgesehen sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, als Ausgangsmaterial ein für Kondensatoren geeignetes Metall vorzusehen. Es ist aber auch möglich, die Gitterstruktur der Pole 111 und 112 zunächst aus einem anderen Material, wie Kunststoff herzustellen, das dann mit einem entsprechenden für Kondensatoren geeigneten elektrisch leitenden Material beschichtet wird.
Bei dem in den Figuren 8 bis 12 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel eines Kondensators 210 ist die gitterartige Struktur der Polanordnungen 211 und 212 ebenfalls in gleichförmiger Ausgestaltung und jeweiliger Aneinanderreihung einzelner aus stegartigen Elemententeilen 219 bis 222 aufgebauter Gitterelemente 215 gebildet, deren an die Knotenpunkte 218 ansetzende V-förmige Elementteilpaare 216 und 217 aufgrund eines vom Ausfuhrungsbeispiel der Figuren 5 bis 7 etwas unterschiedlichen Herstellungsvorganges im Querschnitt gleichmäßig sind, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 vorgesehen ist und aus Figur 10 hervorgeht.
Bei diesem dritten Ausfuhrungsbeispiel wird der Kondensator 210 wie der Kondensator 110 der Figuren 5 bis 7 aus einem Rohkörper beliebiger Raumform und Größe hergestellt. Der Einfachheit halber ist dies an dem quaderförmigen Rohkörper 245 nach Figur 8 dargestellt.
Der quaderförmige Rohkörper 245 wird von zwei zueinander senkrechten Seiten 250 und 251 gemäß den Richtungen C und D' bzw. C" und D" mit jeweils mehreren Reihen 253 und 254 durchgehender Ausnehmungen 255 und 256, die hier quadratisch sind, versehen (vgl. Figur 9, die auch die Ansicht aus der Richtung C", D" auf die Fläche 251 darstellt). Dabei sind von jeder Seite 250 und 251 die benachbarten Ausnehmungsreihen 253 und 254 derart mit quadratischen Ausnehmungen 255 und 256 versehen, daß die Ausnehmungen 255 und 256 benachbarter Ausnehmungsreihen 253 und 254 zueinander versetzt angeordnet sind. Desweiteren werden wie beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 5 bis 7 von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen A' und B' her, d.h. unter einem Winkel von 45° zur Seite 250 und 251 einerseits und zur Seite 250 und einer der Seite 251 gegenüberliegenden Seite andererseits Ausnehmungen 257 und 258 in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei auch die Reihen der einen diagonalen Richtung A' zu denen der anderen diagonalen Richtung B' versetzt zueinander angeordnet sind, wie dies aus den Figuren 11 und 12 hervorgeht. Diese Ausnehmungen 257 und 258 sind sechseckförmig ausgebildet. Alle diese Ausnehmungen 255 bis 258 sind bspw. mittels eines Lasers in den Rohkörper 245 eingeschnitten. Durch diese Anordnung der Ausnehmungen 255 bis 258 ergeben sich, wie die Figuren 9, 11 und 12 zeigen, die einzelnen Knoten 218 und die davon ausgehenden Stege 219 bis 222, die im Querschnitt eine, bis auf die den Knotenpunkten 218 unmittelbar benachbarten Bereichen, regelmäßige Sechseckform (Figur 10) besitzen. Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Mindestzahl der Ebenen bzw. Richtungen, aus denen die Ausnehmungen 255 bis 258 eingearbeitet werden müssen, durch die Querschnittsfläche der Ausnehmungen bestimmt. Ist bspw. eine Seite der quadratischen Ausnehmungen 255 und 256 mit a bezeichnet und haben die sechseckigen Bohrungen 257 und 258 eine Schmalseite mit der Größe a, so ergibt sich bei einem halben Abstand h der Ausnehmungsmitten zweier über einen Knoten 218 benachbarter Ausnehmungen 255 (Figur 9) die Maßgabe, daß gelten muß: a > h / Ji . Die Verbindungslinien zwischen der Figur 9 und den Figuren 11 und 12 zeigen einerseits die versetzte Anordnung der Ausnehmungen 255 bis 258 und andererseits die Zuordnung der Mittelpunkte der Ausnehmungen 255 bis 258 zu den Mitten der Stege 219 bis 222. In allen drei Raumachsen erfolgt von einer Ausnehmung zur jeweils benachbarten derselben Richtung A' , B' , C, D', C" bzw. D" ein Vorschub von 2h. Desweiteren zeigen die Pfeile M in den Figuren 9, 11 und 12 die angenommene Mitte der mit in allen Raumrichtungen ineinanderverschachtelt versehenen Polanordnungen 211 und 212 des Kondensators 210. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Trennen der Polanordnungen 211 und 212 voneinander bevorzugt in der Weise durchgeführt, daß die Seiten des Rohkörpers in Fortsetzung der Ausnehmungen 255 bis 258 mit entsprechenden halbierten Ausnehmungen versehen werden, was zu einer Trennung der Polanordnungen führt, was auch anhand der Figur 6 des zweiten Ausführungsbeispiels deutlich wird, wenn dort die Seitenwandscheibe 160 nicht abgeschnitten sondern mit halben Bohrungen an entsprechenden Stellen versehen werden würde. Das Vorsehen von Zwischenwänden im Rohkörper nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Figuren 8 bis 12 kann dort in der Weise erfolgen, daß in einer für die Trennwand bestimmten Ebene des Rohkörpers 245 keinerlei Ausnehmungen 255 bis 258 vorgesehen werden. Dies ist durch Laserschneidtechnik ohne weiteres möglich. Die dazu vorzunehmende Trennung zumindest einer der Polanordnungen 211, 212 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch Abtrennen bestimmter Stege dieser Polanordnung vorgenommen.
Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel kann ebenso wie beim noch zu beschreibenden vierten Ausfuhrungsbeispiel nach den Figuren 13 und 14 das Ausgangsmaterial des Rohkörpers 245 beliebiger Art sein, wie dies bereits anhand des zweiten Ausfuhrungsbeispiels beschrieben worden ist.
Beim dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung können die einzelnen Ausnehmungen auch in der Weise hergestellt werden, daß der Rohkörper 245 gemäß Figur 8 nach dem Herstellen der Ausnehmungen in den Richtungen A' , B', C, D' in einer gedachten, hier punktiert eingezeichneten Diagonalen 246 eingespannt und um diese Diagonale in drei Schritten in einem Winkelabstand von jeweils 120° gedreht wird. Nach jeder 120"-Drehung werden die Ausnehmungen gemäß den Richtungen A' , B', C und D' eingearbeitet. Erfolgt diese Art der Einarbeitung der Ausnehmungen mit zylindrischen Ausnehmungen in Form von Bohrungen, ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Abstände und der Oberflächen der stegartigen Elemententeile 219 bis 222 zwischen den Knotenpunkten 218.
Bei dem in Figur 13 und den Teilfiguren 14A bis C dargestellten vierten Ausführungsbeispiel eines Kondensators 310 ist die gitterartige Struktur der Polanordnungen 311 und 312 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 bis 7 ausgebildet. Mit anderen Worten, bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 355 bis 358 der Ausnehmungsreihen 353 und 354 durch im Querschnitt zylindrische Bohrungen gebildet. Der wesentliche Unterschied dieses vierten Ausführungsbeispieles 310 gegenüber dem genannten zweiten Ausfuhrungsbeispiel liegt in dem mehrzelligen Aufbau der Kondensatoranordnung 310.
Der Ausgangskörper ist auch hier ein langgestreckter Quader, ähnlich dem Rohkörper 245 der Figur 8. Entsprechend dem dort dargestellten Bohrschema werden die Reihen 353, 354 der zylindrischen Ausnehmungen 355 bis 358 in den dort dargestellten Richtungen A' , B', C, D', C" bzw. D" eingearbeitet. Diese Ausnehmungsreihen sind so gesetzt, daß sich, wie aus Figur 13 hervorgeht, Endwände 366 und 367 und eine Zellentrennwand 365 ergeben. Die Zellentrennwand 365 ergibt sich dadurch, daß ein relativer Leervorschub zwischen dem Werkzeug zum Herstellen der Ausnehmungsreihen und dem Werkstück (Rohkörper) um mindestens 3h erfolgt. Entsprechendes gilt bei der Herstellung der Endwände 366 und 367, die wegen ihrer ebenen Außenfläche dünnwandiger ausgeführt sein können.
Zum Trennen der Polanordnungen 311 und 312 voneinander und zum Auftrennen der eine Polanordnung 311 in zwei Einzelpole 336 und 337 werden aus einer zur Richtung A' (Figur 8) parallelen Richtung E (Figur 14C) zu beiden Seiten der Zellentrennwand 365 und am Innenseitenbereich der Endwände 366 und 367 zylindrische Trennausnehmungen 359 und 359' eingearbeitet, die jeweils zwischen zwei benachbarten Bohrungen 358 benachbarter Bohrungspaare angeordnet sind und diese Bohrungen 358 schneiden. Aus Figur 14C ist deutlich zu ersehen, daß mit dem Einarbeiten der Trennbohrungen 359 und 359' die zwischen benachbarten Bohrungen 358 verbliebenen Stege 319 bis 322 ausgearbeitet werden bzw. verschwinden. Gemäß einer Variante können die Trennbohrungen 359' gegenüber den Trennbohrungen 359 versetzt oder in den Bohrungsreihen der Figur 14B sein, je nachdem in welcher der Bohrungsreihen die Trennbohrungen liegen sollen. Auf diese Weise ergeben sich gemäß Figur 13 links und rechts die die Endwand 366 bzw. 367 beinhaltende Einzelpole 336 und 337 der Polanordnung 311 und die Polanordnung 312, die in ihrem mittigen Bereich die Zelltrennwand 365 besitzt, zu deren beiden Seiten die gitterartigen Strukturen in allen drei Raumrichtungen mit der gitterartigen Struktur der Einzelpole 336 bzw. der der Einzelpole 337 ineinander verschachtelt sind. Im übrigen ist die Figur 14 in allen weiteren Details und der Anordnung der Ausnehmungen (Bohrungen) mit den Figuren 9, 11 und 12 unmittelbar vergleichbar, wobei die Figur 14 ebenfalls gleichzeitig die Ansicht aus der Richtung C", D" auf die Fläche 351 darstellt.
Das in den Figuren dargestellte zweite und vierte Ausführungsbeispiel eines Kondensators 110 bzw. 310 mit den zylindrischen Ausnehmungen ist wegen der gleichmäßigen Oberflächen der einzelnen Stege der Polanordnungen bevorzugt. Außerdem kann, wenn die zylindrischen Ausnehmungen mittels Laserwerkzeug eingebracht werden, eine sehr kleinbauende Kondensatorform bis hin zu in einem IC- Baustein integrierten Kondensatoren erreicht werden. Herstellungsbedingt ergibt sich insbesondere bei dem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel des Kondensators 110, 210 bzw. 310 ein für das Anlegen der Spannung flächiger Abgriff.
Wesentlich am Kondensator 10 bzw. 110 bzw. 210 bzw. 310 ist die räumlich dreidimensional gitterartige Struktur aus den in allen Raumrichtungen ineinander verschachtelt angeordneten Elektroden, wobei auch unsymmetrische Gitterstrukturen möglich sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektrischer Kondensator (10, 110, 210, 310), mit einer negativen Polanordnung (11, 12; 111, 112; 211, 212; 311, 312) und einer positiven Polanordnung (12, 11; 112, 111; 212, 211; 312, 311), die in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten sind, und mit einem zwischen den Polanordnungen vorgesehenen Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polanordnungen (11, 12; 111, 112; 211, 212; 311, 312) je eine dreidimensional gitterartige Struktur aufweisen und in allen Raumrichtungen ineinander verschachtelt angeordnet sind.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polanordnungen (11, 12; 111, 112; 211, 212; 311, 312) identische Struktur aufweisen und vorzugsweise im wesentlichen auf gleichem Abstand gehalten sind.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Polanordnung (11, 12; 111, 112; 211, 212; 311, 312) durch mehrere dreidimensionale Gitterelemente (15; 115; 215; 315) aus von einem Knoten (18; 118; 218; 318) in zwei zueinander senkrechten Ebenen verlaufenden, etwa V-förmigen, stegartigen Elementteilpaaren (16, 17; 116, 117; 216, 217) gebildet ist.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa V-förmigen, stegartigen Elementteilpaare (16, 17; 116, 117; 216, 217) an ihren jeweiligen Enden (25) zumindest teilweise mit weiteren
Elemententeilpaaren bzw. Gitterelementen nebeneinander und/oder übereinander verbunden sind.
5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementteile der Elementteilpaare (16, 17; 116, 117; 216, 217) durch Stege (19 bis 22; 119 bis 122; 219 bis 222) mit über die Länge gleich- oder ungleichförmigem Querschnitt gebildet sind.
6. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale gitterartige Struktur der Polanordnungen (11, 12) abschnittsweise dreidimensional ineinandergeschachtelt aufgebaut ist.
7. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale gitterartige Struktur der Polanordnungen (111, 112) durch zueinander versetzte durchgehende Ausnehmungen (155 bis 158; 255 bis 258; 355 bis 358) in mindestens zwei zueinander senkrechten Ebenen (150, 151; 250, 251; 350, 351) und mindestens in zwei dazu um 45° verdrehten Ebenen (A, B) in einem Rohkörper (245) gebildet ist.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (155 bis 158) durch Bohrungen gebildet sind.
9. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (255 bis 258) durch quadratische Ausnehmungen aus zwei zueinander senkrechten Richtungen (C, D'; C", D") und durch sechseckige Ausnehmungen aus zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen (A, B; A' , B') gebildet und vorzugsweise lasergeschnitten sind.
10. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Polanordnungen (111, 112; 211, 212; 311, 312) durch zumindest teilweises Abtrennen einer Wandscheibe an allen Seiten des Rohkörpers (245) gebildet ist.
11. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Polanordnungen (111, 112; 211, 212; 311, 312) durch bspw. bohrendes oder bspw. laserschneidendes Entfernen bestimmter Stege bzw. durch Herstellen von Trennausnehmungen (359, 359') zwischen den beiden Polanordnungen erfolgt.
12. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartige Struktur aus Kunststoff und mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist.
13. Kondensator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartige Struktur aus einem geeigneten Metall ist.
14. Aus zwei oder mehr Kondensatoren (10; 110; 210; 310) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufgebaute Kondensatoranordung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der gitterartigen Strukturen der Polanordnungen (11, 12; 111, 112; 211, 212; 311, 312) in einer Ebene durchtrennt ist.
15. Kondensatoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils andere der gitterartigen Strukturen der Polanordnungen (12, 11; 112, 111; 212, 211; 312, 311) in der Trennebene (33) der einen gitterartigen Struktur mit einer Zwischenwand (34) versehen ist.
16. Kondensatoranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (365) dadurch gebildet ist, daß in einer entsprechenden Ebene des Rohkörpers (245) keine Bohrungen bzw. Ausnehmungen eingebracht sind.
17. Kondensatoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (365) Teil der einen Elektrode (312, 311) und die andere Elektrode (311, 312) der Zwischenwand (365) zu beiden Seiten benachbart von dieser vorzugsweise mittels Trennausnehmungen (359) abgetrennt ist.
18. Kondensatoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartige Struktur der beiden Polanordnungen (11, 12; 111, 112; 311, 312) in jeweils zueinander im Abstand angeordneten Ebenen getrennt ist.
19. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kondensators nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 13, gekennzeichnet durch das Einarbeiten von zueinander versetzten durchgehenden Ausnehmungen in mindestens zwei zueinander senkrechten Ebenen und in mindestens zwei dazu um 45° versetzten Ebenen eines Rohkörpers zum Erreichen einer dreidimensional gitterartigen Gesamtstruktur und das Auftrennen der Gesamtstruktur in mindestens zwei die Polanordnungen darstellende Einzelstrukturen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohkörper um eine diagonale Raumachse in Schritten von je 120° gedreht und jeweils mit den Ausnehmungen versehen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Gitterstruktur- Pole in einer Zwischenebene aufgetrennt und in dieser Ebene eine Zwischenwand über die gesamte Querschnittsfläche der Polanordnung eingebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand dadurch gebildet wird, daß in einer entsprechenden Ebene des Rohkörpers keine Ausnehmungen eingebracht werden und daß eine Trennung mindestens einer der Pole in mindestens zwei Polteile durch Entfernen entsprechender stegartiger Elemententeile vorgenommen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Elemententeile durch Einbringen von Trennausnehmungen entfernt werden.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen gebohrt oder lasergeschnitten werden.
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