125 Jahre Vakuumkondensatortechnologie
1. September 2021
Als Nikola Tesla am 15. September 1896 – vor 125 Jahren – das erste Patent für einen Vakuumkondensator anmeldete, ahnte er kaum, welche Auswirkungen diese Erfindung auf unsere heutige Welt haben würde.
Dank seiner Katze zum Vater der Elektrizität.
1856 in einem Teil des österreichischen Kaiserreichs geboren, das heute zu Kroatien gehört, veränderte Nikola Tesla mit seinen Erfindungen und Beiträgen zum Zeitalter der Elektrizität den Alltag um die Jahrhundertwende. Er erfand das moderne Wechselstromsystem, während er in den USA für den berühmten Erfinder Thomas Edison arbeitete – ganz ohne akademischen Grad.
Der Überlieferung nach sprang dem jungen Niko eines Tages, als er seine Katze (und besten Kindheitsgefährten namens Macak) streichelte, ein Funke statischer Elektrizität aus dem Fell auf die Hand. In diesem Moment beschloss er, die Erforschung der Elektrizität, insbesondere des Magnetismus, zu seiner Lebensaufgabe zu machen. Um patentierbare und vermarktbare Erfindungen zu entwickeln, führte Tesla zahlreiche Experimente mit mechanischen Oszillatoren und Generatoren, elektrischen Entladungsröhren und der frühen Röntgenbildgebung durch (wie sein Erfinderkollege Wilhelm Röntgen).
Als Tesla das Patent anmeldete, sollte der variable Vakuumkondensator die Qualität elektronischer Bauteile für den Umgang mit „Hochfrequenzströmen“ verbessern; kommerziell verfügbar sind sie jedoch erst seit 1942. Einer der ersten kommerziellen Hersteller dieser Technologie war das US-amerikanische Unternehmen Machlett Laboratories.
Nikola Tesla - Bildquelle: Pixabay
Machlett und Comet geben den Takt vor
Machlett war ein sehr wichtiger Partner für Comet: zunächst ab den frühen 1950er-Jahren als Lizenzgeber für die Produktion von Röntgenröhren und von 1965 bis 1989 für die Fertigung der Vakuumkondensatoren von Comet.
Bevor Machlett 1989 an Eimac verkauft wurde, hatte das Unternehmen jedoch bereits seine langjährige Erfahrung und sein Wissen an Comet weitergegeben.
Das Comet-Team nahm das Know-how auf und entwickelte die Technologien weiter. Auf diese Weise sind Vakuumkondensatoren zu einer unverzichtbaren Komponente in Subsystemen geworden, die zur präziseren Steuerung von HF-Spannungen und elektrischen Strömen in modernen Fertigungsprozessen eingesetzt werden.
Komponenten eines variablen Vakuumkondensators von Machlett – Bildquelle: Archiv, Machlett (Lars Giers)
„Obwohl wir bei Produktlebensdauer und Leistungsdichte große Fortschritte gemacht haben, ist das grundlegende Design von Vakuumkondensatoren über die Zeit sehr stabil geblieben. Das liegt nicht daran, dass Ingenieure nicht kreativ wären, sondern daran, dass diese Stabilität für Kunden wichtig ist – insbesondere in Anwendungen, in denen Präzision entscheidend ist. Qualität, Reproduzierbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit zeichnen uns all die Jahre schon aus.“
Walter Bigler, langjähriger Experte für Vakuumtechnologie bei Comet PCT
Aber was genau ist ein Vakuumkondensator?
Ein Kondensator ist ein passives elektrisches Bauelement, das elektrische Ladungen speichern kann. Er besteht aus zwei leitfähigen Flächen, den sogenannten Elektroden, die in der Regel sehr dicht beieinander angeordnet sind. Zwischen den Elektroden befindet sich ein elektrisch isolierendes Medium – im einfachsten Fall Luft. Der Kondensator ist durch seine Kapazität charakterisiert, die angibt, wie viel elektrische Ladung bei einer bestimmten angelegten Spannung gespeichert werden kann. Von Interesse sind zudem die maximale Spannung, die an die Elektroden angelegt werden kann, sowie der maximale Wechselstrom, den der Kondensator verträgt.
Einige Anwendungen wie die Erzeugung von Radiowellen in Kurzwellensendern erfordern Kondensatoren mit sehr hoher Dielektrizitätsfestigkeit und der Fähigkeit, extrem hohen Strömen standzuhalten. Darüber hinaus müssen die in diesen Sendern eingesetzten Kondensatoren in ihrer Kapazität einstellbar sein. Prinzipiell können nur Vakuumkondensatoren diese Eigenschaften erfüllen. Wegen der deutlich besseren Isoliereigenschaften von Vakuum im Vergleich zu Luft werden sehr häufig Vakuumkondensatoren eingesetzt. Die Elektroden von Vakuumkondensatoren sind typischerweise konzentrische Ringe oder Spiralen, die ineinandergreifen. Die Kapazität lässt sich durch Veränderung der Eintauchtiefe variieren.
Sowohl die Anwendungsbereiche als auch die entsprechenden Bauformen von Kondensatoren sind sehr vielfältig. Sie werden in Hochleistungssendern zur Abstimmung von Resonanzkreisen und Antennen eingesetzt oder in medizinischen und wissenschaftlichen HF-Anwendungen wie Magnetresonanztomographen oder Teilchenbeschleunigern. Comet setzt sie hauptsächlich in HF-Anpassungsnetzwerken für Plasmaprozesse in der Halbleiterindustrie ein.
Vakuum-Drehkondensator im Schnittbild
In der Halbleiterindustrie
Bei zahlreichen Beschichtungs- und Ätzprozessen innerhalb der Halbleiterindustrie kommt ein Plasma zum Einsatz, das durch Hochfrequenzenergie gezündet und aufrechtchterhalten wird. Da die Systemimpedanz des HF-Generators und die des Plasmas unterschiedlich sind, müssen die verschiedenen Impedanzen angepasst werden, um möglichst viel Energie des Generators auf das Plasma zu übertragen. Dazu passen HF-Anpassungsnetzwerke (auch als „Matchboxen“ bezeichnet) die dynamische HF-Impedanz einer Plasmakammer an die Impedanz des HF-Systems an. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die vom HF-Generator bereitgestellte Prozessleistung dem Plasmaprozess zugeführt werden kann. (Beispiel im folgenden Video)
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich Comet im Bereich der Vakuumkondensatoren durch überlegene Qualität, außergewöhnliche Kundenorientierung und einen höchst zuverlässigen Lieferservice eine sehr starke Marktposition erarbeitet. Die modernsten Anlagen der Halbleiterindustrie setzen Kondensatoren von Comet ein. Dies ist auf Comets ausgewiesene Expertise in der Hochfrequenztechnik und Fertigungstechnologie zurückzuführen.
Vakuum-Drehkondensatoren sind unverzichtbar für die Herstellung von Mikrochips, die für die Digitalisierung der modernen Welt entscheidend sind. Mehr Details im Video (Minute 1:55).
Entdecken Sie das vollständige Portfolio der präzisesten Vakuumkondensatoren der Welt von Comet PCT.
Quellen:
Comet und Comet PCT, interne Quellen und Archive | Service Bulletin SB-12, Vakuum-Drehkondensatoren" (PDF) | Vakuum-Drehkondensatoren – Eine Einführung in Design, Auslegung und Installation von Lars Giers (Machlett) | Wikipedia: Vakuumkondensator und Nikola Tesla | Google Patents patents.google.com (U.S. Nr. 567.818)
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