-
Regelkondensator gleichbleibender Kapazität und regelbaren Temperaturkennwertes
Gegenstand der Erfindung ist ein Regelkondensator gleichbleibender Kapazität und
regelbaren Temperaturkennwertes (sogenannter Temperaturgangtrimmer.) Es sind Geräte
dieser Art bekannt, die aus zwei gegeneinander verdrehbaren, die Belegungen tragenden
Scheiben bestehen, von denen eine aus zwei Teilen aus Werkstoffen verschiedener
Dielektrizitätskonstanten (DK), unterschiedlicher Dicke und entgegengesetzter Temperaturkennwerte
(TK) zusammengesetzt ist und auf denen die Belegungen so angebracht sind, daß in
jeder Einstellage die Kapazität des Kondensators konstant ist, der TK aber einen
bestimmten gewünschten Wert annimmt. Andere nach diesem Prinzip hergestellte TK-Regler
bestehen aus zylindrischen Teilkondensatoren, deren Dielektriken aus Werkstoffen
unterschiedlicher DK und entgegengesetzter TK aufgebaut sind, wobei die beiden zu
einer konstruktiven Einheit verbundenenTeilkondensatoren auf der Innen-oder auf
der Außenseite den einen Belag des Gesamtkondensators tragen, während der Gegenbelag
durch einen auf der entgegengesetzten Seite verschiebbaren Regelteil gebildet wird,
und wobei durch die unterschiedliche Dickenbemessung des Dielektrikums der beiden
Teilkondensatoren in Anpassung an die unterschiedlichen DK-Werte von deren Werkstoffen
dafür gesorgt ist, daß gleichfalls in jeder Einstellage die Kapazität des Kondensators
konstant ist, der TK aber einen bestimmten gewünschten Wert annimmt.
-
In allen diesen Fällen ist es also erforderlich, einen Dielektrikumkörper
aus den genannten Werkstoffen unterschiedlicher Eigenschaften zusammenzusetzen,
also entweder im Falle des Scheibenkondensators in die Rotorscheibe einen entsprechend
starken Einsatz unterschiedlicher DK und TK einzubauen oder im Falle der zylindrischen
Regelkondensatoren die beiden zylindrischen Teildielektriken verschiedener Werkstoffe
und verschiedener Dickenabmessung so zu einer Baueinheit zusammenzufügen, daß das
genannte Ziel erreicht wird. Dieser Zusammenbau der die Belegungen tragenden Dielektrikumteile
aus jeweils verschiedenen Werkstoffen ist herstellungsmäßig recht schwierig und
erfordert z. B. bei Scheibentrimmern für die Einzelteile Formen, die für wohlfeile
Massenfertigung durch Pressen und Drehen nicht geeignet sind.
-
Ziel der Erfindung ist es, ein solches Aneinandersetzen zweier verschiedener
Dielektriken zu vermeiden und statt dessen den TK-Regler aus einfachen Formteilen
aufbauen zu können, die unter Vermeidung komplizierter Formen mittels einfacher,
in der Massenfertigung üblicher Arbeitsschritte fertiggestellt und leicht montiert
werden können. Zu diesem Zweck wird bei einem scheibenförmigen Regelkondensator
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß jede
der beiden Scheiben aus einheitlichem Werkstoff besteht und daß die unterschiedlichen
Dielektrizitätskonstanten durch entsprechende Bemessung und Anordnung der Belegungen
derart ausgeglichen sind, daß die eine (z. B. obere) Scheibe auf der einen Hälfte
ihre Außenseite (Oberseite) den einen Belag und die andere (z. B. untere) Scheibe
den Gegenbelag auf der einen Hälfte an der Innenseite (Oberseite) und den anderen,
mit dem ersten Gegenbelag leitend verbundenen Gegenbelag auf der anderen Hälfte
an der Außenseite (Unterseite) trägt.
-
Auf diese Weise ist es also nicht mehr nötig, wie es bei den bisher
bekannten scheibenförmigen Temperaturgangreglern der Fall war, in die als Dielektrikum
wirkende Rotorscheibe, deren Grundkörper z. B. aus einem eisenfreien Magnesiumsilikat,
einem Werkstoff verhältnismäßig niedriger DK und positivem TK bestand, einen Teil
aus einem Werkstoff höherer DK und negativem TK, z. B. aus einer titandioxydhaltigen
keramischen Masse, einzusetzen und den so gebildeten zusammengesetzten Rotor dann
an dem zusammengesetzten Teil erneut zu schleifen und mit dem Gegenbelag zu versehen.
Vielmehr ist es bei dem Regelkondensator nach der Erfindung nunmehr möglich, die
beiden Scheiben, die je nach der Einstellage einzeln oder gemeinsam das Dielektrikum
bilden, nach den üblichen Methoden der elektrokeramischen Massenfertigung als einheitliche
Scheiben fertigzustellen, mit den Belegungen zu versehen und sie dann in einfacher
Weise gegeneinander verdrehbar fertig zu montieren.
-
So kann man z. B. die obere Scheibe (Rotor) aus einem Dielektrikum
nach DIN 40685 Typ 310, also einem keramischen Werkstoff verhältnismäßig
hoher DK und negativem TK, als einfachen, einheitlichen Rotationskörper herstellen,
der auf der einen Hälfte oben in der bei Scheibentrimmer-Kondensatoren üblichen
Weise den einen Kondensatorbelag trägt. Die
untere Scheibe (Stator)
kann dann beispielsweise aus einem Dielektrikum nach DIN 40 685 Typ 221, also einem
keramischen Werkstoff niederer DK von etwa 6 und positivem TK, hergestellt werden.
Sie trägt auf der einen Hälfte einen Teil des Gegenbelages und auf der anderen Hälfte
unten den anderen Teil des Gegenbelages, wobei beide Gegenbeläge elektrisch miteinander
verbunden sind. Die Größen der verschiedenen Belegungen, ihr Abstand, d. h. also
die Dicke der Dielektrikumscheiben, sind den verschiedenen Werkstoffen, also ihren
unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten, angepaßt, so daß die gewünschte Regelwirkung
des TK unter Konstanthaltung der Gesamtkapazität erzielt wird. Ein in der geschilderten
Weise aufgebauter Doppelscheibentrimmer nach der Erfindung von 16 mm Durchmesser
beherrscht z. B. einen Regelbereich des TK von 0 bis -400 - 10-E bei konstanter
Kapazität von beispielsweise 9 pF.
-
Da es erwünscht ist, die Streukapazität der jeweiligen Anfangskapazität
so niedrig wie möglich halten zu können, wird zweckmäßig die nicht belegte Hälfte
der oberen (Rotor-) Scheibe mit der höheren DK mit einem halbringförmigen Ausschnitt
versehen. Um zwischen den beiden Endstellungen des verstellbaren Kondensators einen
möglichst hohen Regelbereich des Temperaturbeiwertes zu erzielen, können die Belegungen
der Rotorscheibe und der Statorscheibe die Gestalt von Halbringen erhalten.
-
Es sei übrigens bemerkt, daß Kondensatoren anderer Bestimmungszwecke
bekannt sind, die hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaues gewisse Berührungspunkte
mit dem Regelkondensator nach der Erfindung haben. So gibt es z. B. Kondensatoren,
die in der Art der bekannten Scheibentrimmer-Kondensatoren aufgebaut sind und drei
Scheiben enthalten, ebenso wie bei den Regelkondensatoren gemäß der Erfindung. Bei
den bekannten Einrichtungen handelt es sich indessen um einen Festkondensator, der
mit einem regelbaren Kondensator konbiniert ist. Der Zweck ist also bei diesen bekannten
Einrichtungen, eine gewünschte Soll-Kapazität erst nach Einbau der Kondensatoren
in das Gerät einstellen zu können. Eine Regelung des TK der Kapazität ist nicht
beabsichtigt.
-
Weiter sind Kondensatoren mit fester Kapazität und einem Aufbau aus
zwei Scheiben bekannt, die aus einer isolierenden Grundplatte als Statorscheibe
und einer Rotorscheibe bestehen. Der Zweck dieser Kondensatoren ist es, bei gleichbleibender
Kapazität den Verlustwinkel zu regeln. Dies wird dadurch erreicht, daß beispielsweise
die Rotorplatte in ihrer Längsausdehnung aus einem Dielektrikum verschieden großen
Verlustwinkels besteht. Durch Verdrehen der Rotorscheiben werden Teile des Dielektrikums
mit verschieden großem Verlustwinkel wirksam, so daß sich die Dämpfung des Schwingkreises
einstellen läßt. Eine Regelung des TK der Kapazität bei konstant bleibender Kapazität
ist also nicht beabsichtigt und nicht möglich.
-
Bekannt sind weiter Trimmerkondensatoren mit regelbarer Kapazität
und der Besonderheit, daß bei den eingestellten Kapazitätswerten die Kapazität von
der Temperatur unabhängig ist oder sich mit der Temperatur nach einer vorauszubestimmenden
Gesetzmäßigkeit ändert. Im Gegensatz dazu hat der erfindungsgemäße Kondensator in
allen Regelstellungen die gleiche Kapazität, aber einen Temperaturkoeffizienten,
der sich je nach der Regelstellung ändert. Beide Konstruktionen sind also in ihrer
Aufgabenstellung verschieden, wenn auch in manchen Fällen gewisse Ähnlichkeiten
im Aufbau insofern bestehen, als ein scheibenförmiger Rotor und ein Stator mit verschiedenen
TK des Dielektrikums verwendet werden. Durch die geschilderte, von jenen bekannten
Trimmerkondensatoren abweichende Art der Belegung wird bei den Kondensatoren nach
der Erfindung indessen die beschriebene gänzlich andersartige Funktion der Regeleinrichtung
erreicht.
-
Schließlich gibt es bereits Kondensatorkonstruktionen, bei denen ebenso
wie bei dem Regelkondensator nach der Erfindung durch Betätigung des Regelorgans
sich der TK der Kapazität ändert, während die Kapazität selber bis auf verhältnismäßig
geringe Änderungen durch den Randeffekt einer Trägerscheibe annähernd konstant bleibt.
Es liegt also im wesentlichen die gleiche Aufgabenstellung vor wie beim Gegenstand
der Erfindung. Während bei diesem aber die Aufgabe durch die geschilderte Anordnung
in außerordentlich einfacher und fertigungstechnisch günstiger Weise gelöst ist,
bedingen die konstruktiven Besonderheiten der bekannten Konstruktion einen wesentlich
komplizierteren Aufbau: Der Rotor ist aus zwei Halbscheiben zusammengesetzt, die
verschiedene Dielektrizitätskonstanten, verschiedene Temperaturkoeffizienten und
verschiedene Abmessungen der Elektrodenfläche aufweisen. Ein derartiger Aufbau ist
wesentlich komplizierter, da die Gleitflächen aus Einzelteilen bestehen, die sich
zu einer exakten Kreisfläche ergänzen müssen. Der Nachteil eines derartigenAufbaues
liegt vor allem in der schwierigeren keramischen Fertigung. Auch ist zu befürchten,
daß bei einem solchen Kondensator, dessen beide Halbscheiben durch eine Tellerfeder
mit Ansätzen bewegt werden müssen, bei Betätigung des Regelorgans die Halbscheiben
unter Umständen nicht immer um die gleichen kleinen Teilbeträge bewegt werden können,
wenn der Eingriff der Tellerfeder in den Aussparungen der Halbscheiben nicht ganz
exakt ist. Eine derartige Einrichtung erfordert also Präzisionsarbeit bei der Herstellung,
da sonst Ungenauigkeit durch toten Gang zu befürchten ist.
-
Demgegenüber besteht der große Vorteil des Aufbaues des Kondensators
nach der Erfindung darin, daß gegenüber dem Stator nur eine einheitliche Platte
verdreht werden muß und daß die Regelung des TK durch eine Hintereinanderschaltung
zweier Dielektriken erfolgt, die verschiedene Temperaturkoeffizienten haben. Die
Teilkapazitäten mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten bei der bekannten Konstruktion
sind dagegen parallel geschaltet, vergleichbar also mit dem bekannten TK-Regler,
von dem die vorliegende Beschreibung der Erfindung ausging.
-
Ein anderer bekannter Regelkondensator (Scheibentrimmer) dient ebenso
wie der Kondensator nach der Erfindung dazu, durch Verdrehen der Rotorscheiben bei
Konstanthaltung der Kapazität den TK der Kapazität zu ändern. Bei der nur aus zwei
Einzelteilen (Statorscheibe und Rotorscheibe) bestehenden bekannten Konstruktion
ist aber die Rotorscheibe aus zwei keramischen Dielektriken verschiedener DK und
verschiedener TK dadurch hergestellt, daß in eine Aussparung der Rotorscheibe mit
einem positiven TK ein Block eines keramischen Dielektrikums eingesetzt ist, der
einen negativen TK hat. Die Befestigung beider Teile ineinander wird mit keramischer
Glasur erreicht. Die Herstellung einer derartigen zweiteiligen Rotorscheibe ist
umständlich und schwierig, da es für den Keramiker nicht leicht ist, den einzusetzenden
Block in Anbetracht der bei der keramischen Fertigung auftretenden größeren Toleranz
so genau herzustellen, daß er in die Aussparung der Trimmerscheiben gut hineinpaßt.
Das Verbinden mit Glasur erfordert einen
weiteren Brand. Außerdem
wird dadurch ein zusätzliches Dielektrikum, nämlich in Form von Glasur, hineingebracht,
das seinerseits wiederum abweichende Werte für die DK und deren TK aufweist. Die
Glasur hat überdies einen hohen dielektrischen Verlustwinkel und erhöht damit die
Dämpfung der ganzen Anordnung. Außerdem ist es notwendig, daß die Wärmedehnzahlen
des Materials für die Rotorscheiben, für den einzusetzenden Block und für die Glasur
übereinstimmen, damit beim Abkühlen der verschmolzenen Anordnung keine Spannungen
bestehen, die zu Rissen und Abplatzungen führen können. Alle diese Schwierigkeiten
sind offensichtlich bei dem aus drei einfachen keramischen Einzelteilen bestehenden
Regelkondensator nach der Erfindung von vornherein vermieden.
-
Andere, aus einheitlichen Scheiben zusammengesetzte Scheibentrimmer
sind zwar für eine normale Kapazitätsregelung bestimmt und geeignet, können aber
nicht wie der Regelkondensator nach der Erfindung der Regelung des. TK bei gleichbleibender
Kapazität dienen.
-
Schließlich gibt es bereits einen TK-Regler in Scheiben-Trimmerform
mit je einteiligem Rotor und Stator, wobei zwei Kapazitäten parallel geschaltet
sind, im Gegensatz zu der beim Regelkondensator nach der Erfindung angewandten Reihenschaltung
der beiden Teilkapazitäten. Während bei diesem nun der Regelbereich 180° umfaßt,
besitzt der bekannte Trimmer nur einen Regelbereich von 120°, woraus sich also eine
genauere Einstellbarkeit des neuen Trimmers ergibt. Hinzu kommt aber noch folgender,
für die praktische Anwendung und Massenfertigung sehr wesentlicher Vorteil fertigungstechnischer
Art: Die erfindungsgemäße Ausführung eröffnet dem Fabrikanten von Trimmerkondensatoren
die Möglichkeit, aus den gleichen keramischen Bauteilen, also ohne Erhöhung der
Anzahl zu fertigender Teile und ohne Vergrößerung der Lagerhaltung, verschiedene
Arten von Trimmern herzustellen, nämlich einmal die genormten Trimmerkondensatoren
(Regelkondensatoren) für die Einstellung verschiedener Kapazitäten und außerdem
die in Rede stehenden Regelkondensatoren konstanter Kapazität, aber abgestufter,
einstellbarer Temperaturkoeffizienten. Diese Möglichkeit ist - im Gegensatz zu dem
vorbekannten Regelkondensator -beim Gegenstand der Erfindung dadurch eröffnet worden,
daß zwei normale Rotorscheiben und ein Stator derselben Type und Ausgestaltung benutzt
werden, wie sie auch zur Herstellung von Kapazitäts-Regelkondensatoren (Trimmerkondensatoren)
dienen. Allein die dadurch erzielte Vereinfachung im Herstellungsbetrieb stellt
gleichfalls einen für solche Massenartikelfertigung höchst bedeutsamen Fortschritt
dar, der zu der ohne zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand allein durch die
geschilderte Anordnung der einfachen keramischen Bauteile erzielten Erhöhung der
Einstellgenauigkeit hinzukommt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben.
In dieser zeigt Fig. 1 eine Unteransicht eines Regelkondensators nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kondensator, Fig. 3 eine Aufsicht auf den Kondensator,
Fig. 4 eine Unteransicht der unteren Scheibe für sich.
-
Der in der üblichen Weise auf eine keramische Grundplatte 1 montierte,
mit Anschlußfahnen 2 und 3 ausgerüstete Regelkondensator besitzt zwei plan geschliffene,
gegebenenfalls mit verstärkten Rändern ausgestattete, gegeneinander verdrehbare
Dielektrikumscheiben 4 und 8, durch die ein gemeinsamer Achszapfen 12 aus Metall
geht, der in an sich bekannter Weise die Stromzuführung von der Rotor-Anschlußfahne
2 zu dem zugehörigen Rotorbelag 9 darstellt und gleichzeitig mittels eines Schlitzes
im Kopf das Einstellen der Rotorscheibe 8 ermöglicht. Die als Stator dienende untere
Scheibe 4 besteht aus einem keramischen -Werkstoff niederer DK mit positivem TK,
z. B. einem Dielektrikum nach DIN 40 685 Typ 221. Beide Hälften dieser Scheibe 4
sind mit Belegungen versehen, von denen die eine Belegung 5 auf der, oberen, im
zusammengebauten Zustand also der oberen Scheibe 8 zugekehrten .Seite liegt, während
die andere Belegung 6 auf der anderen Hälfte auf der Unterseite aufgebracht ist.
Beide Belegungen sind um 180° zueinander versetzt und leitend miteinander verbunden,
wie es in Fig. 4 mit der gestrichelt gezeichneten Linie 7 schematisch dargestellt
ist. Die Statorbelegungen 5 und 6 sind über einen Anschlußbelag 11 mit der Anschlußfahne
3 leitend verbunden.
-
Auf die Statorscheibe 4 wird die gleichfalls aus einheitlichem Werkstoff
bestehende Rotorscheibe 8 montiert. Der Werkstoff ist hier ein solcher von höherer
DK und negativem TK, z. B. einem Dielektrikum nach DIN 40 685 Typ 310. Die Rotorscheibe
8 trägt auf der einen Hälfte ihrer Außenseite, also an der von der unteren Scheibe
4 abgekehrten Seite, eine Metallbelegung 9. Auf der anderen Hälfte besitzt sie einen
Ausschnitt 10, durch welchen die Streukapazität der jeweiligen Anfangskapazität
unterdrückt und dabei so klein wie möglich gehalten wird.
-
Die Belegungen 5 und 6 (auf der Ober- bzw. Unterseite der Statorscheibe
4) und die Belegung 9 (auf der Oberseite der Rotorscheibe 8) sind zweckmäßig in
Form von Halbringen aufgetragen, um einen möglichst hohen Regelbereich erzielen
zu können; denn dadurch ist der zwischen beiden Regel-Endstellungen erzielbare TK-Bereich
am größten. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform befindet sich dabei
die im Innern des Scheibenpaares gelegene Belegung 5 im wesentlichen auf der Randzone
der Oberfläche der Statorscheibe, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die Belegung 6 ist
dagegen mehr nach der Mitte zu aufgebracht, so daß sie, wie in Fig. 2 veranschaulicht,
in einer Regel-Endstellung gerade unter der Rotorbelegung 9 zu liegen kommt. Die
geschilderte Anordnung der Belegungen im Zusammenwirken mit den in den verschiedenen
Regelstellungen wirksam werdenden Dielektrikumschichten verschiedener Dicke, verschiedener
Dielektrizitätskonstanten und verschiedenen Temperaturganges ermöglicht die Veränderung
des Gesamt-Temperaturkennwertes bei gleichbleibender Kapazität in weiten Grenzen.
-
Bei Verdrehung der Rotorscheibe 8 wirkt kapazitätsbestimmend also
einmal nur das Dielektrikum dieser Scheibe 8, wenn sich nämlich ihre Belegung 9
oberhalb der Belegung 5 der unteren Scheibe befindet; oder es wirkt die Reihenschaltung
der Dielektriken der Scheiben 4 und 8, wenn sich nämlich die Belegung 9 über der
anderen, auf der Unterseite mit der Belegung 6 versehenen Hälfte der unteren Scheibe
befindet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist; oder aber es wirken je nach der Einstellage
beide Dielektriken zu einem gewissen Anteil für den TK des Gesamtkondensators bestimmend.
Die Kapazität ist in allen Fällen die gleiche.
-
Ein Regelkondensator der beschriebenen Art kann vom Benutzer also
auf jeden gewünschten TK-Wert eingestellt und z. B. zum Austausch von Meßnormalen
geliefert werden.