125 Jahre Vakuumkondensator-Technologie
September 01, 2021
Als Nikola Tesla am 15. September 1896 das erste Patent für einen Vakuumkondensator anmeldete, ahnte er nicht, welche Auswirkungen diese Erfindung auf die heutige moderne Welt haben würde.
Tesla wird zum Pionier der Elektrotechnik – dank seiner Katze!
Nikola Tesla wurde 1856 im heutigen Kroatien geboren, das damals zum österreichischen Kaiserreich gehörte. Mit seinen Erfindungen und Beiträgen zum Zeitalter der Elektrizität veränderte er den Alltag zu Beginn des 20. Jahrhunderts grundlegend. Er erfand das moderne Wechselstromsystem, als er für den berühmten Erfinder Thomas Edison in den USA arbeitete – wohlgemerkt ohne einen Hochschulabschluss zu haben.
Eines Tages, als der junge Niko seine Katze streichelte – so die Legende – sprang infolge der elektrischen Ladung ein Funkevom Fell seiner Katze Macak auf seine Hand über. In diesem Moment beschloss Nikola Tesla, sich das Studium der Elektrizität, insbesondere des Magnetismus, zur Lebensaufgabe zu machen. In dem Bestreben, Neuerungen zu entwickeln, die er patentieren und vermarkten konnte, führte Tesla eine Reihe von Experimenten mit mechanischen Oszillatoren/Generatoren, elektrischen Entladungsröhren und früher Röntgenbildtechnik durch (wie sein Erfinderkollege Wilhelm Röntgen).
Als Tesla das Patent anmeldete, sollte der variable Vakuumkondensator die Qualität elektrischer Bauteile für die Verarbeitung von «Hochfrequenzströmen» verbessern. Diese sollten jedoch erst 1942 Marktreife erreichen. Einer der ersten kommerziellen Hersteller dieser Technologie war das US-Unternehmen Machlett Laboratories.
Nikola Tesla - Bildquelle: Pixabay
Machlett und Comet geben das Tempo vor.
Machlett war für Comet ein sehr wichtiger Partner: zunächst als Lizenzgeber für die Produktion von Röntgenröhren seit den frühen 1950er Jahren und dann - von 1965 bis 1989 - für die Herstellung der Vakuumkondensatoren von Comet.
Bevor Machlett 1989 an Eimac verkauft wurde, hatte das Unternehmen seine langjährigen Erfahrungen und Kenntnisse an das Comet-Team weitergegeben.
Comet übernahm das Know-how und begann die Technologien weiterzuentwickeln. Auf diese Weise entstanden die heutigen leistungsfähigen Vakuumkondensatoren, die als unverzichtbar Bestandteil von Subsystemen dabei helfen, Spannungen und elektrische Ströme in modernen Fertigungsprozessen besser zu kontrollieren.
Komponenten des Machlett-Vakuumdrehkondensators ML-VCV 1. - Bildquelle: Archiv, Machlett (Lars Giers)
«Obwohl wir grosse Fortschritte in Sachen Produktlebensdauer und Leistungsdichte gemacht haben, ist das Grunddesign von Vakuumkondensatoren im Laufe der Zeit relativ gleich geblieben. Nicht etwa, weil die Ingenieure nicht kreativ wären, sondern weil diese Konstanz für Kunden wichtig ist, insbesondere bei Anwendungen, bei denen es auf Präzision ankommt. Qualität, Wiederholbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit sind das, was wir über all die Jahre am besten können.»
Walter Bigler, langjähriger Vakuumkondensatoren-Experte
Aber was genau ist eigentlich ein Vakuumkondensator?
Ein Kondensator ist ein passives elektrisches Bauteil, das elektrische Ladungen speichern kann. Er besteht aus zwei leitenden Flächen, den sogenannten Elektroden, die in der Regel in einem geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen den Elektroden befindet sich ein elektrisch isolierendes Medium, im einfachsten Fall Luft. Kennzeichnend für einen Kondensator ist seine Kapazität, die angibt, wie viel elektrische Ladung er bei einer bestimmten angelegten Spannung speichern kann. Die maximale Spannung, die an die Elektroden angelegt werden kann, und der maximale Wechselstrom, den der Kondensator verarbeiten kann, sind ebenfalls wichtige Spezifikationen.
Einige Anwendungen, wie zum Beispiel die Erzeugung von Radiowellen in Kurzwellensendern, benötigen Kondensatoren mit sehr hoher Durchschlagfestigkeit und der Fähigkeit, sehr hohen Strömen standzuhalten. Darüber hinaus muss die Kapazität der in solchen Sendern verbauten Kondensatoren einstellbar sein. Da Vakuum eine viel bessere Isolierleistung als Luft hat, werden sehr häufig Vakuumkondensatoren eingesetzt. Die Elektroden von Vakuumkondensatoren haben in der Regel die Form von konzentrischen Ringen oder Spiralen, die ineinandergreifen. Man kann die Kapazität einstellen, indem man die Stellung der Spiralen zueinander verändert.
Sowohl die Bauformen als auch die Anwendungsbereiche von Kondensatoren sind äusserst vielfältig. Sie werden zum Beispiel in Hochleistungs-Rundfunkstationen zur Feinabstimmung von Resonanzkreisen und Antennen eingesetzt. Auch im medizinischen und wissenschaftlichen Bereich finden sich HF-Anwendungen, wie etwa bei einem MRT-Gerät oder einem Beschleuniger. Comet verwendet Kondensatoren hauptsächlich in HF-Anpassungsnetzwerken für Plasmaanwendungen in der Halbleiterindustrie.
Variabler Vakuumkondensator im Querschnitt
Kondensatoren in der Halbleiterindustrie
In vielen Beschichtungs- und Ätzprozessen in der Halbleiterindustrie wird ein Plasma eingesetzt, das durch Hochfrequenzenergie aktiviert wird.
Da die Systemimpedanz des HF-Generators und des Plasmas unterschiedlich sind, müssen die Impedanzen angeglichen werden. So lässt sich ein möglichst grosser Teil der Energie des Generators auf das Plasma übertragen. Hierzu wird die dynamische HF-Impedanz einer Plasmakammer durch HF-Anpassungsnetzwerk (auch «Matchboxen» genannt) an die Impedanz des HF-Systems angepasst. Auf diese Weise kann man sicherstellen, dass die vom HF-Generator erzeugte Prozessleistung dem Plasmaprozess zugeführt werden kann.
In den vergangenen Jahrzehnten hat Comet sich auf dem Gebiet der Vakuumkondensatoren durch höchste Qualität, aussergewöhnliche Kundenorientierung und zuverlässigen Lieferservice eine sehr starke Marktposition erarbeitet. In den modernsten Anlagen der Halbleiterindustrie werden Comet-Kondensatoren eingesetzt. Dies ist auf das bewährte Know-how von Comet in der Hochfrequenztechnik und der Fertigungstechnologie zurückzuführen.
Vakuumkondensatoren werden in großem Umfang für den Bau von Mikrochips verwendet, die für die Digitalisierung der modernen Welt entscheidend sind. Mehr Details im Video (Minute 1:55).
Entdecken Sie die gesamte Palette der Comet PCT-Vakuumkondensatoren, die zu den präzisesten der Welt gehören.
Quellen:
Comet Group und Comet PCT, Interne Quellen und Archiv | Service Bulletin SB-12, Vacuum variable Capacitors" (PDF) | Vacuum Variable Capacitors – An introduction to their Design, Rating and Installation von Lars Giers (Machlett) |Wikipedia: Vacuum Capacitor and Nikola Tesla | Google Patents patents.google.com (U.S. No. 567,818)
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