Elektrischer Kondensator. Es ist bekannt, dass die Spannung, die ein Kondensator aushält, langsamer ansteigt als die Stärke der Isolation. Das bedeutet, dass man einen Kondensator, der gegenüber einem andern ein Dielektrikum von der doppelten Stärke besitzt, nicht auch an die doppelte Spannung anlegen kann, und zwar gleichgültig, ob die doppelte Stärke des Dielektrikums durch Verdoppelung der Zahl von gleich dicken Einzelschichten oder durch Verdoppelung der Dicke der Schichten bei gleichbleibender Zahl erzielt wurde.
Man hat sich daher schon früher damit geholfen, dass man bei Kondensatoren für grosse Spannun- gen metallische Zwischenbelegungen ver wendete, die nicht an Spannung gelegt wurden, sondern nur die Aufgabe hatten, die Potentialverteilung im Dielektrikum in ge wünschter Weise zu beeinflussen. Verwendet man dabei zwischen den an Spannung liegen den Belegungen eine einzelne Zwischen belegung in der Mitte des Dielektrikums,
so liegt zwischen dieser und den beiden Haupt belegungen jeweils die Hälfte der Klemmen spannung des Kondensators. Bei Verwen dung von zwei Zwischenbelegungen mit gleichen Abständen zu den Nachbarbele gungen liegt zwischen den einzelnen Metall flächen des Kondensators nur jeweils ein Drittel der Klemmenspannung. Es gelingt auf diese Weise, das Kondensatorfeld in einzelne Stufen auf mehrere Dielektrika zu verteilen, so dass jede dielektrische Schicht nur mit einer Feldstärke belastet wird,
die sie noch ohne Schwierigkeiten erträgt. So erreicht man, dass man zum Beispiel mit einer Verdoppelung der Anzahl der dielektri- schen Schichten auch eine Verdoppelung der zulässigen Anschlussspannung bekommt.
Bei den bisher bekannten, in der ge schilderten Weise ausgeführten Kondensato ren wurde jedoch beim Durchschlag einer der hintereinandergeschalteten dielektrischen Schichten (Dielektrika) der ganze Konden sator unbrauchbar. Schlug nämlich eine von den dielektrischen Schichten, das heisst ein Dielektrikum, durch, so nahm sie das Poten tial der benachbarten Schicht an, mit der sie in leitender Verbindung über die Durch schlagstelle stand.
Dadurch wurde die durch geschlagene Schicht als Dielektrikum un wirksam und die Klemmenspannung des Kondensators verteilte sich dann auf die übrigen Schichten. Infolge dieser Überlastung schlugen auch diese Schichten selbst dann durch, wenn nicht bereits durch den Durch schlagfunken, der beim Durchschlag der ersten Schichten entstand und zu bedeuten den Energieumsetzungen im Kondensator führte, die übrigen Schichten mechanisch in Mitleidenschaft gezogen worden waren, wie dies meist geschah.
Selbst beim Durchschlag nur eines einzigen Dielektrikums wurden die bisher verwendeten Kondensatoren also entweder gleich oder doch nur sehr kurze Zeit danach völlig unbrauchbar. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, wenigstens einen Teil der Metallbelegungen eines Zwi schenbelegungen aufweisenden Kondensators so dünn zu machen, dass sie bei einemDurch- schlag unter der Wirkung des Durchschlag funkens um die Durchschlagstelle herum wegbrennen, so dass der Kurzschlussstrom unterbrochen wird.
Es kann zum Beispiel wenigstens die Hälfte der Belegungen so dünn ausgeführt werden, ebenso aber auch sämtliche Belegungen.
Sogenannte selbstausheilende Konden satoren, bei denen die Belegung so dünn ist, dass sie bei einem Durchschlag um die Durch schlagsstelle im Dielektrikum herum weg brennt, also verschwindet, sind an sich be kannt. Sie werden vorzugsweise dadurch hergestellt,.
dass man in einem Vakuumver fahren auf fortlaufende Bänder aus dielektri- schem Material äusserst dünne und homogene Metallschichten niederschlägt, insbesondere aus der Dampfphase aufkondensiert. Diese Schichten werden oft nur wenige Zehntel ,u stark gemacht oder noch dünner, so dass schon eine verhältnismässig geringe Energie dazu genügt, den erforderlichen Bereich des Metallbelages um die Durchschlagstelle herum verschwinden zu lassen. Solche Metallschich ten wurden bisher stets in Kondensatoren angewendet, bei denen sich zwei Belegungen ohne Zwischenbelegungen gegenüberstanden.
Man erreichte auf diese Weise zunächst, dass ein solcher Kondensator für eine wesentlich höhere Spannung verwendet werden konnte als ein Kondensator mit gleich dicken dielek- trischen Schichten aber mit den vorher üb lichen dickeren Metallfolien, die bei einem Durchschlag nicht wegbrannten:
Denn wäh rend bei einem solchen überhaupt kein Durchschlag auftreten durfte, weil ja dadurch der Kondensator unbrauchbar geworden wä re, konnte man bei einem Kondensator mit ausbrennenden Belegungen eine grosse Anzahl von Durchschlägen zulassen, weil sie nicht zu einer Schädigung des Kondensators führ ten. Die Belastbarkeit des Dielektrikums war also wesentlich höher, oder umgekehrt aus- gedrückt: für eine gegebene Spannung durfte das Dielektrikum wesentlich dünner bemessen werden.
Da ausserdem auch die wegbrennen den Metallschichten um mindestens eine Grössenordnung dünner waren als selbst die dünnsten vorher verwendeten Metallfolien, so erhielt man auf diese Weise einen Kon densator, der für eine gegebene Kapazität und Spannung sehr viel weniger Raum be anspruchte als die vorher verwendeten Folien kondensatoren.
Die Verwendung solcher dünner, weg brennender Belegungen für Kondensatoren mit Zwischenbelegungen in der erfindungs- gemässen Weise ergibt ausser diesen bereits genannten Vorteilen, die sich auch bei dieser Verwendungsart in vollem Umfange aus wirken, noch einen weiteren Vorteil, der zu einer abermaligen Verkleinerung des für eine gegebene Kapazität beanspruchten Raumes führt.
Es zeigte sich nämlich, dass man solche Kondensatoren nicht nur bis zu der Be- lastungsfeldstärke der Dielektriken belasten konnte, bis zu welcher ein Dielektrikum gleicher Art und Stärke in selbstausheilen den Kondensatoren ohne Zwischenbelegun gen ausgenutzt werden konnte. Vielmehr kann bei Kondensatoren mit Zwischenbe legungen die Feldstärke im einzelnen Dielek- trikum noch weiter gesteigert werden.
Dies beruht auf einer überraschenden Erscheinung, die zu einer Belastung der verschiedenen hintereinander geschalteten Dielektrika in dem ihnen jeweils zuträglichen Masse führt. Man macht sich diese Erschei nung am besten an einem Kondensator klar, der zwei Belegungen und eine zwischen diesen angeordnete Zwischenbelegung hat.
Dann sind also in diesem Kondensator zwei Dielek- trika vorhanden, von denen das eine zwischen der einen Hauptbelegung und der Zwischen belegung, das andere zwischen der Zwischen belegung und der andern Hauptbelegung liegt. Angenommen, diese beiden Dielektrika sind elektrisch völlig gleichwertig und gleich dick, dann wird die Zwischenbelegung ein in der Mitte zwischen den Potentialen der Hauptbelegungen liegendes Potential an- nehmen, das heisst das Feld wird in zwei gleich hohe Feldstufen unterteilt.
Nun besitzt in Wirklichkeit jedes Dielektrikum eine ge wisse endliche Leitfähigkeit. Wenn beide Dielektrika die gleiche Leitfähigkeit be sitzen, so wird sich an der Spannungsver teilung auf die beiden Dielektrika nichts ändern.
Anders wird dies jedoch, wenn das eine der Dielektrika eine etwas höhere Leit fähigkeit hat als das andere. Dann nimmt nämlich die Zwischenbelegung nicht mehr ein mittleres Potential an, sondern ihr Potential liegt näher dem Potential der Hauptbelegung, von der sie durch das Dielektrikum besserer Leitfähigkeit getrennt ist.
Die beiden Feldstufen werden also un gleich, und zwar so, dass das Dielektrikum höherer Leitfähigkeit mit einem geringeren Potentialunterschied belastet wird als das Dielektrikum geringerer Leitfähigkeit. Prak tisch wirkt sich diese Erscheinung so aus, dass bei einem Kondensator mit Zwischen belegungen diejenigen dielektrischen Schich ten, die schlechtere Eigenschaften haben, schwächer belastet werden als diejenigen dielektrischen Schichten, die bessere Eigen schaften haben.
Ein Durchschlag eines ein zigen Dielektrikums aber macht einen Kon densator mit nichtausbrennenden Belegungen unbrauchbar. Anders ist dies bei einem Kondensator mit wegbrennenden Belegun gen.
Bei ihm wird es an den dielektrischen Schichten mit schlechteren Eigenschaften so lange zu Durchschlägen kommen, bis die Spannung infolge der nach den Durch schlägen meist zurückbleibenden geringen Restleitfähigkeit zwischen den an dieses Dielektrikum angrenzenden Belegungen so weit gesunken ist, dass weitere Durchschläge ausbleiben. Dabei steigt natürlich die Span nung zwischen den übrigen Belegungen ent sprechend an, das heisst die übrigen Dielek- trika werden stärker belastet.
Da diese aber nach der Voraussetzung besser sein sollen als das durchgeschlagene Dielektrikum, so stört das zunächst überhaupt nicht. Vielmehr wird ein solches Dielektrikum dann eben mit der von ihm im Maximum zu ertragenden Spannung belastet werden, bevor es seiner seits durchschlägt und damit die Potential verteilung am Kondensator wieder zu Un gunsten des schlechteren Dielektrikums etwas geändert wird. <B>Auf</B> diese Weise bildet sich eine Potentialverteilung im Kondensator heraus,
die die in ihm verwendeten Dielek- trika mit der jeweils grösstmöglichen Poten tialdifferenz belastet. Das heisst aber nichts anderes, als dass man die im Kondensator vorhandenen Dielektrika auf das Höchste ausnutzen kann, @ und zwar in einer Weise ausnutzen kann, wie sie in den bisherigen Kondensatoren nicht mehr zulässig war, denn bei diesen fehlte ja diese Selbstein- regelung der Spannungsverteilung, und man musste für die Bemessung des Dielektrikums immer so rechnen,
als ob man ein schlechtes Dielektrikum verwenden müsse. Einen er findungsgemässen Kondensator kann man daher nochmals mit einer höheren Spannung belasten als nach der bisher bekannten Belastbarkeit eines Dielektrikums zu er-. warten war.
Macht man bei einem Kondensator ge mäss der Erfindung die Hauptbelegungen so dünn, dass sie bei einem Durchschlag verbrennen, während die Zwischenbelegungen weiterhin als selbständige dickere Metall folien ausgeführt werden, so brennt bei einem Durchschlag zwischen einer Hauptbelegung und einer Zwischenbelegung eine Stelle aus der Hauptbelegung weg.
Die schwächere Stelle im Dielektrikum wird also von der Hauptbelegung. abisoliert und damit in einen feldfreien Raum gelegt, denn an dieser Stelle liegen sich jetzt zwei Zwischenbele gungen gleichen Potentials gegenüber, wäh rend die Hauptbelegung im erforderlichen Umkreis um die Durchschlagstelle ver schwunden ist.
Eine solche Anordnung hat weiter bei der Herstellung den Vorteil, dass man durch eingelegte Anschlussfahnen die Zwischenbelegungen herausführen und für sich getrennt jede von ihnen gegen die ihr benachbarte ausbrennfähige Hauptbelegung an Spannung legen kann. Dadurch können bereits vor Inbetriebnahme des Kondensators die Dielektrika zwischen der Hauptbelegung und der ihr zunächst liegenden Zwischen belegung ausgebrannt werden.
Auch bei Wickelkondensatoren befinden sich die durchgeschlagenen schwachen Stellen des Dielektrikums nach dem Ausbrennen der Hauptbelegung in einem feldfreien Raum, da beiderseits der Hauptbelegung Zwischen folien gleichen Potentials liegen. Dies ergibt sich aus der Abb. 1 der beigeordneten Zeich nung, die einen Ausschnitt quer zu einer als Wickelkondensator ausgebildeten beispiels weisen Ausführungsform des Kondensators nach der Erfindung darstellt, wobei die Dicke der einzelnen Schichten stark ver grössert dargestellt ist.
Es bezeichnen in dieser Abbildung 9 die Belegungen einer, 10 die Belegungen der andern Polarität, während mit 11 jeweils die Zwischenfolien bezeichnet sind. Bei einem Durchschlag zwischen der Hauptbelegung 10 und der Zwischenbelegung 11 an der Stelle 12 ist die Hauptbelegung 10 in dem angedeuteten Bereich 13 verschwun den. In diesem Bereich liegen sich also jetzt, durch die doppelte Stärke des Dielektrikums getrennt, zwei Zwischenbelegungen 11 gegen über, die natürlich gleiches Potential haben, also überhaupt keine Spannung gegeneinan der aufweisen. Die schwache Stelle 12 liegt daher in einem feldfreien Raum.
Dasselbe tritt natürlich auch ein bei einem während des Betriebes auftretenden Durchschlag. Immer ist die Folge des Weg brennens der Hauptbelegung das Verschwin den des Feldes -an der schwachen Stelle des Dielektrikums. Erhält ein solcher Konden sator mehr als zwei Zwischenbelegungen, so lässt man die Ausführungsform der Belegun gen abwechseln, das heisst man lässt auf die ausbrennfähige Hauptbelegung eine nicht ausbrennfähige Zwischenbelegung folgen, dann. eine ausbrennfähige Zwischenbelegung,
wieder eine nicht ausbrennfähige Zwischen-, belegLing usw. Auf diese Weise liegt an jedem Dielektrikum wenigstens eine ausbrennfähige Belegung an, wenn auch die oben geschilderte günstige Folge, dass die durchschlagene Stelle stets in einen feldfreien Raum zu liegen kommt, nur dann eintritt, wenn sich der Durchschlag zwischen ausbrennfä.higer Haupt- und danebenliegender Zwischenbe legung ereignet.
Während des Durchschlagens nähern sich die Potentiale der durch den Durch schlag verbundenen Belegungen einander sehr stark. Das kann zu einem Weitergreifen der Durchschläge auf das nächste Dielektri- kum und daher zu ähnlichen Erscheinungen führen, wie sie bei den bekannten Konden satoren mit Zwischenbelegungen, aber nicht ausbrennfähigen Belegungen stets aufgetre ten sind.
Zweckmässigerweise macht man daher die Zwischenbelegungen ausbrenn- fähig, gibt ihnen aber einen so hohen Ohm- sehen Widerstand, dass bei einem Durch schlag gegen die Zwischenbelegung das Potential der Zwischenbelegung nur sehr langsam sich ändert, weil sie infolge ihres hohen Ohmschen Widerstandes ihre Span nung nur langsam der Spannung der Haupt belegung angleichen kann. Für den Betrieb spielt der hohe Widerstand der Zwischen belegung keine Rolle, da sie ja keinen Strom führt.
Das etwaige Weitergreifen der Durch schläge auf das nächste Dielektrikum wird bei der im folgenden beschriebenen beispiels weisen Ausführungsform des erfindungsge mässen Kondensators völlig vermieden. Hier bei liegen die einzelnen Felder zwischen den Haupt- und den Zwischenbelegungen nicht in radialer, sondern in axialer Richtung des Kondensatorwickels hintereinander.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einige Windungen eines solchen Wickelkonden- sators. Auch hierbei ist die Dicke der einzel nen Schichten übertrieben gross gezeichnet. Ausserdem liegen in Wirklichkeit die Papier schichten dicht aufeinander. Es bedeuten 14 und 15 zwei dielektrische Lagen, beispiels weise Papierstreifen, die auf jeweils einer Seite metallisiert sind. 17 und 18 sind die Hauptbelegungen des Kondensators, 19 und 20 die Zwischenbelegungen. Die Hauptbele gung 17 liegt mit der Zwischenbelegung 19 in einer Ebene, ebenso die Hauptbelegung 18 mit der Zwischenbelegung 20.
Der dargestellte Kondensator hat also zwischen den Haupt belegungen 17 und 18 zwei Zwischenbelegun gen 19 und 20 und die elektrisch hinterein ander geschalteten Felder zwischen je zwei der vier Belegungen liegen in axialer Rich tung des Kondensatorwickels hintereinander. So liegt, bezogen auf Fig. 2, das Feld, das sich zwischen den Zwischenbelegungen 19 und 20 ausbildet, unter dem Feld, das zwischen 17 und 20 und über dem Feld, das zwischen 18 und 19 sich befindet.
Bei einem Durchschlag zum Beispiel des Dielektrikums 15 an der Stelle 21 kann also durch unmittel bare Durchschlagswirkung stets nur ein zwischen Hauptbelegung 17 und Zwischen belegung 20 liegendes Dielektrikum zerstört werden. Es folgt ja an der Durchschlagstelle hinter der Zwischenbelegung 20 wieder eine Belegung, die das gleiche Potential hat wie die Belegung 17.
Gleichgültig, welche von den Be legungen an der Durchschlagstelle verschwin det, ob es nun die Belegung 17 oder die Be legung 20 oder die hinter dieser liegende, elek trisch der Belegung 17 entsprechende Be legung ist, die bei dem Durchschlag wegge brannt wird, immer befindet sich die Durch schlagsstelle nach dem Durchschlag in einem Raum zwischen Belegungen gleichen Poten tials, also in einem feldfreien Raum.
Kommt es aber infolge der Potentialänderung einer der am Durchschlag beteiligten Belegung zu einem weiteren Durchschlag gegen eine dritte Be legung, so findet dieser Durchschlag an einer andern Stelle des Kondensators und nicht unmittelbar an der Stelle des ersten Durch schlages statt. Die mechanische Energie der beiden Durchschläge wirkt sich also nicht gemeinsam an der gleichen Stelle aus, viel mehr werden zwei in einiger Entfernung voneinanderliegende Stellen nur jeweils von der Auswirkung der Energie eines einzigen Durchschlages betroffen.
Eine Zerstörung des Kondensators durch diese Durchschlags energie wird daher vermieden.
Bei einem Kondensator mit nebenein- anderliegenden Feldstufen kann nun aber auch die Dicke der einzelnen Belegungen anders gewählt werden. Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kondensators es sinnlos gewesen wäre, die Hauptbelegung nicht ausbrennfähig und die Zwischenbelegung so dünn zu machen, dass sie ausbrennt, ist es im Falle der Fig. 2 durchaus möglich, den Kondensator auch so herzustellen.
Beim Kondensator gemäss der Fig. 1 wäre das deswegen nicht gegangen, weil dann bei einem Durchschlag ja die Zwi schenbelegung weggebrannt wäre. An der Stelle, an der der Durchschlag erfolgte, wäre also nach dem Verschwinden der Zwi schenbelegung unmittelbar die ganze Span , nung zwischen den Hauptbelegungen gelegen, und das wäre natürlich gerade an dieser Stelle besonders gefährlich gewesen, weil das Dielektrikum durch den bereits erfolgten Durchschlag geschwächt und insbesondere gerade das durchgeschlagene Dielektrikum vielleicht gar nicht mehr als Dielektrikum zu rechnen war.
Beim Kondensator gemäss der Fig. 2 braucht man darauf keine Rücksicht zu nehmen. Es zeigt sich im Gegenteil, dass es bei dieser Anordnung günstiger ist, die Zwischenbelegungen so dünn zu machen, dass sie bei einem Durchschlag ausbrennen, während man die Hauptbelegungen ohne weiteres als Folienbelegungen von grösserer Dicke ausführen kann. Das hat den Vorteil sehr einfacher Anschlussmöglichkeiten.
Bekanntlich ist es verhältnismässig schwierig, bei einem Kondensator mit aus- brennfähigen Belegungen brauchbare An schlüsse herzustellen. Man hilft sich im all gemeinen so, wie es in Fig. 2 angedeutet ist, dass man die metallisierten dielektrischen Streifen am Rande um 2009 (=180 ) um klappt, so dass die Metallschicht nach aussen zu liegen kommt, und dann auf die aussen liegenden Metallkanten der umgeklappten metallisierten Dielektrikumbänder nach ei nem Spritzverfahren eine leitfähige Schicht aufspritzt,
an die die Anschlussdrähte ange lötet werden. Dieses Verfahren ist nicht so leicht durchzuführen und vor allen Dingen auch wesentlich teurer als das bei dicken Belegungen durchführbare Anschlussverfah- ren, bei dem in den Kondensator einfach Metallfahnen eingelegt werden.
Das Einlegen von Metallfahnen auf ausbrennfähigen Metall belegungen ist aber schwer durchführbar, weil infolge des grossen Übergangswiderstandes zwischen Metallfahnen und Belegungen an der Eintrittstelle des Stromes eine zu hohe Erwärmung des Belages auftritt, so dass der Belag an dieser Stelle ebenso wegbrennt wie an den Durchschlagstellen.
Macht man jedoch bei einem Kondensator gemäss der Fig. 2 die Hauptbelegungen 17 und 18 aus Metall folien, so ist ein Anschluss mit eingelegten Metallfahnen durchaus möglich, und bei Durchschlägen unterbricht die wegbrennende Zwischenbelegung 20 oder 19 den Kurz schlussstrom.
In ähnlicher Weise wie bei der Anordnung gemäss Fig. 2 lässt sich ein Nebeneinanderan- ordnen der einzelnen in Serie liegenden Feld stufen des Kondensators auch durch die An ordnung gemäss Fig. 3 erreichen.
Während bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Wickel kondensatoren angenommen wurde, dass die Haupt- und.die Zwischenbelegungen vom Beginn bis zum Ende des Wickels durch laufen, so dass also das Wickeln sämtlicher Belegungen etwa gleichzeitig begonnen und beendet wird, ist dies bei der Ausführungs form des Kondensators nach Fig. 3 anders.
Hier werden auf den Wickeldorn 22 zwei dielektrische Bänder 23 und 24 aufgewickelt, deren Metallisierungen aus einzelnen Teil stücken bestehen, die keine leitende Ver bindung miteinander haben. So sind auf das Dielektrikum 23 die Metallschichten 27, 29, 31, 33 usw., auf das Dielektrikum 24 die Metallschichten 26, 28, 30, 32 usw. aufge bracht. Die mit geraden Zahlen bezifferten Metallschichten sind dabei gegen die mit ungeraden Zahlen bezifferten um eine halbe Teilung versetzt.
Sie sind in Wirklichkeit länger als in der Abbildung dargestellt und reichen im allgemeinen stets mehrere Male um den Wickelkern herum. Für die Bemes sung der ,Lücke zwischen zwei auf dem glei chen Dielektrikum nebeneinander liegenden Metallschichten ist die Überlegung wichtig, dass die Spannung zwischen ihnen doppelt so gross ist wie die Spannung zwischen zwei einander auf verschiedenen Dielektriken gegenüberliegenden Metallschichten.
Sei in Fig. 3 beispielsweise die auf dem einen Dielek- trikum 24 liegende Schicht 26 die eine Haupt belegung, und die auf dem andern Dielek- trikum 23 liegende Schicht 29 die andere Hauptbelegung, so bilden die auf dein Dielektrikum 23 liegende Schicht 2 7 und die auf dem Dielektrikum 24 liegende Schicht 28 zwei Zwischenbelegungen. Die zwischen den Hauptbelegungen 26 und 29 herrschen de Spannung wird also in drei gleiche Teile geteilt.
Ist diese Spannung zwischen den Hauptbelegungen a. so ist die Spannung zwischen der Hauptbelegung 26 und der Zwischenbelegung 27, diejenige zwischen den Zwischenbelegungen 27 und 28 und endlich diejenige zwischen der Zwischenbelegung 28 und der Hauptbelegung 29 jeweils
EMI0006.0060
Die Spannung zwischen den jeweils auf dein gleichen Dielektrikum nebeneinander liegen den Metallschichten, also zwischen den Be legungen 26 und 28 bzw.
27 und 29 beträgt also jeweils
EMI0006.0065
Durch die Versetzung der mit geraden Zahlen benannten Metallschich ten gegen die mit ungeraden Zahlen be nannten wird es möglich, eine grosse Anzahl von Zwischenbelegungen anzuordnen, wobei die zwischen ihnen sowie zwischen den Haupt- und Zwischenbelegungen sich ausbildenden Teilfeder ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 2, hier allerdings nicht in Richtung der Achse des Wickels, sondern in seiner Umfangsrichtung,
hintereinanderliegen. Die Ausführungsform nach Fig. 2 gestattet praktisch, nur eine beschränkte Zahl von Zwischenbelegungen (2 oder 4) anzuwenden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann die Zahl der Zwischenbelegungen beliebig gross gemacht werden. Diese Ausführungs form ist also für sehr hohe Spannungen ge eignet.
Die Herstellung der metallisierten Bänder 23 und 24 kann vorzugsweise durch Metallisieren im Vakuum erfolgen, wobei die metallfreien Streifen vor der Metallisie- rung mit einem niederschlaghindernden Stoff in bekannter Weise versehen, insbesondere bedampft, werden können.
Das für die Fig. 2 Gesagte gilt auch für die Fig. 3. Man wird zweckmässigerweise die beiden Hauptbelegungen, beispielsweise 26 und 35, aus einer stärkeren Metallfolie machen, während die Zwischenbelegungen <B>2</B>7 bis 34 aus dünnen, auf die Dielektrikum- bänder niedergeschlagenen Metallschichten bestehen, die ausbrennfähig sind.
Aus Her stellungsgründen wird man unter Umständen auch die Hauptbelegungen zunächst als im Vakuum hergestellte, äusserst dünne Schich ten ausführen und auf diese dann etwas dickere Metallfolien auflegen, um den An schluss durch eingelegte Metallfahnen zu ermöglichen.
Stellt man sich den Kondensator nach Fig. 3 aufgewickelt vor, so ergibt sich, dass infolge der grossen Längserstreckung der einzelnen Belegungen die Stromwege in den Belegungen verhältnismässig gross, das heisst der Verlustfaktor des Kondensators schlecht sein wird. Wie bereits oben erwähnt, werden ja im allgemeinen die einzelnen Belegungen mehrmals um den Wickel herumreichen. Man kann daher die Stromwege im Kondensator dadurch verkürzen,
dass man die einzelnen Belegungen seitlich überstehen lässt und die überstehenden Ränder derselben Metall fläche in geeigneter Weise zusammenfasst. Dadurch ist ein Ausgleich der Ströme möglich innerhalb der einzelnen Belegungen über die Stirnseite des Kondensators. So weit die Belegungen aus dickeren Folien bestehen, wickelt man die Folien einfach auf einer Seite überstehend und kann dies insbeson dere also mit den Hauptbelegungen machen.
Wenn die Belegungen aus aufmetallisierten dünnen Metallschichten bestehen, so wird man vorgehen, wie in Fig. 2 angedeutet, das beisst die metallisierten Dielektrikumlagen am Rande so umklappen, dass die Metalli sierung nach aussen zu liegen kommt und der Rücken des umgeklappten Randes einer Windung unmittelbar an der vorhergehenden Windung derselben Metallfläche anliegt.
Von den Belegungen, die in Fig. 3 dargestellt sind, lässt man also beispielsweise die Be legungen 26, 28, 30 usw. auf der einen, die Belegungen 27, 29 und 31 auf der andern Stirnseite überstehen bzw. klappt den Dielek- trikumstreifen 23 auf der einen Stirnseite, den Dielektrikumstreifen 24 auf der andern Stirnseite des Wickels um.
Da die Abstände zwischen den Belegungen 26 und 28 oder beispielsweise den Belegungen 27 und 29 verhältnismässig gering sind, muss man dar auf achten, dass nach dem Aufhören der Belegung 26 der Abstand gegen die Belegung 28 genügend gross ist, so dass sich an der Stirnseite eine genügend grosse Isolation er gibt, sonst stossen die überstehenden bzw. umgelegten Ränder der verschiedenen Be legungen, die j a jeweils die doppelte Teil spannung gegeneinander haben, zusammen.
Mitunter kann die Verkürzung der Strom wege auch unerwünscht sein. Denn da in Hochspannungskondensatoren die aufge speicherte Energie stets verhältnismässig gross ist (sie berechnet sich ja aus der Formel
EMI0007.0048
steigt also mit dem Quadrat der Spannung an) empfiehlt es sich, noch weitere Sicherungen gegen mit zu grosser Energie erfolgende Durchschläge zu treffen. Es ist bekannt geworden, die bei einem Durch schlag auftretende Energie dadurch zu be grenzen,
dass man wenigstens eine Belegung des Kondensators in einzelne Teilkapazitäten unterteilt und diese über schmale .Stege an einen allen Teilkapazitäten gemeinsamen und der Stromzuführung dienenden Rand an schliesst.
Tritt nun in einer der Teilkapazitä- ten ein Durchschlag ein, so muss der gesamte Durchschlagstrom durch den schmalen Steg in die betroffene Teilkapazität hineinfliessen; ausserdem aber muss, wenn sich dabei der Kondensator über den Durchschlag entladen soll, der aus jeder einzelnen der Teilkapazitä ten zur Durchschlagstelle hineinfliessende Strom über einen gleichen schmalen Steg fliessen.
Die Wirkung dieser Stege ist also eine Art Entkopplung, das heisst, die Energie der nicht betroffenen Teilkapazitäten kann nicht - jedenfalls nicht schlagartig - voll ständig an der Durchschlagstelle in Er scheinung treten. Die an der Durchschlag stelle freiwerdende Energie wird also herab gesetzt.
Schliesslich wirkt der schmale Steg an der betreffenden Teilkapazität im Notfall noch als Abschmelzsicherung, indem er durchschmilzt, bevor durch den Durchschlag eine für den Kondensator schädliche Energie menge an den Durchschlagstellen frei ge worden ist.
Eine ähnliche Wirkung lässt sich auch durch die Induktivität des Wickels selbst erreichen, indem man den zur Durch schlagstelle hineinfliessenden Strom zwingt, eine Reihe von Windungen des Wickels zu durchfliessen. Dann wird die Stirn des Durch schlagstromes abgeflacht, der Belag brennt mit geringerer Energie sauber aus, und der Lichtbogen erlischt bereits, bevor die ge samte Energie an der Durchschlagstelle sich ausgewirkt hat.
Die stirnseitigen Verbindun gen der einzelnen Windungen der Zwischen belegungen sind also nicht immer günstig; die vielen vom Durchschlagstrom zu durch laufenden Windungen lassen sich vielmehr auch in der geschilderten Weise zur Be grenzung des Durchschlagstromes verwenden.
Auch diese Ausbildungsarten der Belege mit schmalen Stegen zwischen einzelnen Teilen einer Belegung lassen sich beim er- findungsgemässen Kondensator mit Vorteil verwirklichen, und zwar lässt sich auch hier wieder sowohl jede Zwischenbelegung als auch jede Hauptbelegung unterteilen.
Im allgemeinen braucht man nicht so weit zu gehen, dass man sämtliche Belegungen des Kondensators in der angegebenen Weise unterteilt; es wird vielmehr genügen, nur die Hauptbelegungen oder jede zweite der Zwischenbelegungen zu unterteilen. Die ein fachste Unterteilung der Zwischenbelegung, die sowohl bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wie auch derjenigen gemäss Fig. 3 möglich ist, besteht einfach darin, dass man die Metallschicht,
die diese Belegung dar- stellt, in eine Anzahl Flächen unterteilt, die miteinander keine leitende Verbindung haben. Eine Draufsicht auf ein mit einer der artigen Zwischenbelegung metallisiertes Di- elektrikum ist in Fig. 4 dargestellt. 39 ist darin die isolierende Unterlage, beispiels weise ein Papierband, 38 die aufgedampfte Metallschicht, die durch nichtmetallisierte Streifen 40 in einzelne Zonen unterteilt ist, die keine leitende Verbindung miteinander haben.
Für die Unterteilung der Hauptbe legungen ist die Anordnung nach den Fig. 5 und 6 vorteilhafter. In Fig. 5 ist eine Drauf sicht auf ein metallisiertes Dielektrikumband, in Fig. 6 ein Querschnitt durch zwei solche Bänder in der Lage dargestellt, in der sie sich im Kondensator gegenüberliegen. In Fig. 5 ist 41 die isolierende Unterlage, und die schraffierte Fläche stellt die aufmetallisierte Belegung dar.
Diese ist durch schmale, nicht metallisierte Streifen in einzelne Teilbelegun gen 42, 43, 44, 45 usw. unterteilt, die über Stege 46 mit dem allen gemeinsamen Strom zuführungsrand 4 7 in Verbindung stehen, der beispielsweise noch, wie in dem durch Fig. 6 veranschaulichten Querschnitt an gedeutet, umgeklappt sein kann.
Man wird im übrigen die Stege 46 im allgemeinen in einen feldfreien Raum legen, weil durch die Anordnung dieser Stege die Kantenlänge dieser Belegung ausserordentlich wächst und die Kanten stets durchschlaggefährdete Stel len sind, weil die Feldstärke durch die Spitzenwirkung erhöht wird. Wie aus der Fig. 6 zu entnehmen ist, fängt daher die Belegung andern Potentials erst unterhalb der Stegzone an, indem die gestrichelte Linie 48 etwa die Grenze zeigt, bis zu der die gegenüberstehende Belegung gehen kann.
Fig. 7 zeigt in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 5, wie beispielsweise die Belegungen 17 und 19 der Ausführungsform nach Fig. 2 unterteilt werden können. 51 bedeutet in der Draufsicht nach Fig. 7 den isolierenden Träger, 52 entspricht etwa der Belegung 17 in Fig. 2 und 53 der Belegung 19 in Fig. 2. Die Belegung 52 ist in der in Fig. 5 bereits dargestellten Weise unterteilt, und mit.
Stegen 54 sind die einzelnen Teilbelegungen an den durchlaufenden Rand 55 angeschlos sen, der, wie aus dem in Fig. 8 gezeichneten Querschnitt hervorgeht, um 2009 umgeklappt ist. Die Belegung 53 ist wie die in Fig. 4 dargestellte in eine Reihe miteinander nicht zusammenhängender Teilbelegungen aufge teilt, die durch metallfreie Streifen 56 von einander getrennt sind.
Ausserdem ist aber nun noch jede der so entstandenen Teil- belegungen in zwei Teile geteilt, von denen der obere, wie im Querschnitt nach Fig. 8 dar gestellt, einer andern Zwischenbelegung 57, der untere der zweiten Hauptbelegung 58 gegenüberliegt. Diese Teile sind jeweils durch einen schmalen Steg 59 voneinander ge trennt, der parallel zur Bandrichtung gelegt ist, damit er genügend lang gemacht werden kann.
Es gelingt auf diese Weise, die beiden Teile der Teilbelegungen der Belegungen 53 so nahe aneinander zu rücken, dass der Ab stand zwischen den beiden Belegungen 57 und 58 auf dem andern Dielektrikum so klein. wie möglich gemacht werden kann, und dabei trotzdem die erforderliche Länge für den Steg 59 zu erhalten. Ausserdem liegt bei dieser Anordnung der Steg' 59 völlig im feldfreien Raum.
Es ist schliesslich auch noch möglich, den metallisierten Rand, soweit er nicht einer andern Belegung gegenüberliegt, bei allen Ausführungen, wie sie im Vorstehenden beschrieben sind, zu verstärken. Dies kann zum Beispiel durch mehrmaliges Metallisieren oder vorzugsweise durch Bedampfen des Dielektrikums mit einer Spezialdüse, die von vornherein am Rand einen stärkeren Nieder schlag erzeugt, geschehen.
Ein so verstärkter Rand hat den Vorteil, dass Anschlussschich- ten, die auf die Stirnseiten des Kondensators aufgebracht werden, besser haften und eine bessere elektrische Verbindung ergeben. Ebenso wird die Gefahr des Ausbrennens der Metallschicht unter der aufgespritzten Stromanschlussschicht beseitigt.
Der ver stärkt metallisierte Rand kann in derselben Weise um 2009 umgeklappt werden wie die unverstärkten Ränder nach den Anordnun- gen gemäss den Vig. 5 und 6 bzw.<B>7</B> und 8, oder aber, er wird nicht umgeklappt und die Anschlussschicht auf die Stirnseiten des Kondensators aufgespritzt. Das aufgespritzte Metall dringt .zwischen die Ränder .der ein zelnen Dielektrika ein und stellt auf diese Weise die leitende Verbindung zwischen ihnen her.