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Regenerierender Kondensator mit einem Dielektrikum aus einem Stoff
mit schlechten Ausbrenneigenschaften Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator,
dessen Belegungen so dünn sind, daß sie .bei einem Durchschlag an der Durchsehlagsstelle
wegbrennen und dessen Dielektrikum aus einem Stoff, der die Neigung hat, leitfähige
Ausbrennstellen zu ergeben, besteht und ein- oder beidseitig mit einer dünnen Schicht
eines Stoffes überzogen ist, der beim Durchschlag Gase und nichtleitende Rückstände
bildet. Während für nicht regenerierende Kondensatoren eine Vielzahl von Kondensatordielektrika
bekannt ist und verwendet wird, sind regenerierende Kondensatoren nur aus einigen
wenigen Dielektrika, wie z. B. Papier, Cellulosederivate und Polyäthylenterephthalat,
bekanntgeworden. Der Grund liegt vor allem darin, daß die Vorgänge beim Regenerationsprozeß
weitgehend unbekannt waren und daher auch keine allgemeine Regel für den Aufbau
solcher Kondensatoren gegeben werden konnte. Es war zwar bekannt, daß z. B. Polystyrol
für regenerierende Kondensatoren ungeeignet ist, weil unter Verwendung von Polystyrolfolien
aufgebaute Kondensatoren mit aufgedampften dünnen Metallbelegungen beim Auftreten
von Durchschlägen nicht oder nur schlecht ausheilen. Es war ferner bekannt, in dem
Bereich der Belegungen eines solchen Kondensators, dessen Dielektrikum dazu neigt,
leitfähige Ausbrennstellen zu ergeben, Stoffe anzuordnen, die beim Durchschlag Gase
und nichtleitende Stoffe bilden. Beispielsweise sollte ein solches Dielektrikum
mit Lacküberzügen versehen werden, wobei dem Lack leicht zersetzliche Stoffe, wie
z. B. Alkalikarbonate oder Alkalibikarbonate oder Metalloxyde, insbesondere höherer
Oxydationsstufe wie Magnesiumsuperoxyd, zugesetzt werden sollten. Diese bekannte
Maßnahme ist jedoch nicht geeignet, das Problem, an sich für regenerierende Kondensatoren
ungeeignete Stoffe, wie z. B. Polystyrol, für regenerierende Kondensatoren verwendbar
zu machen, in technisch brauchbarer Weise zu lösen. So werden z. B. durch das Einbringen
der genannten leicht zersetzlichen Stoffe in das Dielektrikum eines Kondensators
dessen dielektrische Werte so weit verschlechtert, daß die guten dielektrischen
Eigenschaften z. B. von Polystyrol gar nicht mehr in Erscheinung treten. Ferner
besteht die Gefahr, daß die Zersetzung dieser leicht zersetzlichen Stoffe nicht
erst bei einem Durchschlag, sondern schon vorher, insbesondere bei erhöhter Betriebstemperatur,
eintritt, wobei durch die hiermit verbundene große Gasentwicklung unter Umständen
der Kondensatorkörper zerstört wird oder zumindest der für den ordnungsgemäßen Ablauf
der Selbstheilvorgänge notwendige Vorrat an leicht zersetzlichen Stoffen vorzeitig
verbraucht wird. Diese bekannte Methode führt daher nicht zu dem gewünschten Erfolg.
Die Erfindung geht daher einen anderen Weg und basiert hierbei auf folgenden Ergebnissen
einer eingehenden Erforschung des Regeneriervorgangs elektrischer Kondensatoren.
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Bei regenerierenden Kondensatoren werden die Regeneriereigenschaften
wesentlich durch den chemischen Aufbau des Dielektrikums mitbestimmt. Von besonderer
Bedeutung für den Regenerierprozeß sind hierbei die im Molekül vorhandenen Atome
mit stark oxydativen Eigenschaften (z. B. Sauerstoff und Fluor). Beim Regenerierprozeß
wird zur vollständigen Umsetzung des Dielektrikums zu stabilen Oxydationsprodukten
(z. B. C02 und H20) eine bestimmte Menge eines Oxydationsmittels benötigt. Der prozentuale
Anteil dieser Menge, der im Molekül selbst vorhanden ist, wird Oxydationsbilanz
genannt. Für einen einwandfreien Ablauf des Regenerierprozesses ist besonders die
Oxydationsbilanz der direkt unter dem Metallbelag liegenden Dielektrikumschicht
entscheidend, da beim Ausbrand die Isolationsstrecke hauptsächlich durch den Ausbrennhof
gebildet wird, dessen Radius etwa 100mal größer ist als die Foliendicke.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei Dielektrika mit einer Oxydationsbilanz
>__ 100/, (z. B. Papier, Azetylzellulose, Äthylzellulose, Polytetrafluoräthylen,
Polyäthylenterephthalat) der Regenerierprozeß einwandfrei verläuft. Bei einer Oxydationsbilanz
< 100/,
(z. B. Polykarbonat, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylkarbazol)
tritt Verkohlung auf, die niedrige Isolationswerte und zum Teil Kurzschluß ergibt.
Diese Stoffe können daher trotz guter dielektrischer
Eigenschaften
und 7um Teil hoher Temperaturbeständigkeit für regenerierende Kondensatoren nicht
eingesetzt werden. Um Stoffe guter dielektrischer Eigenschaften, die aber schlechte
Regeneriereigenschaften besitzen, trotzdem zum Aufbau von regenerierenden Kondensatoren
verwenden zu können, wird daher auf Grund der gewonnenen neuen Erkenntnisse ein
elektrischer Kondensator, dessen Belegungen so dünn sind, daß sie bei einem Durchschlag
an der Durchschlagstelle wegbrennen und dessen Dielektrikum aus einem Stoff, der
die Neigung hat, leitfähige Ausbrennstellen zu ergeben, besteht und ein- oder beidseitig
mit einer dünnen Schicht eines Stoffes überzogen ist, der beim Durchschlag Gase
und nichtleitende Rückstände bildet, vorgeschlagen, wobei der Überzug erfindungsgemäß
aus Azetylzellulose, Äthylzellulose, Azetobutyral oder Polyäthylenterephthalat besteht.
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Die Oxydationsbilanz jedes dieser Stoffe ist größer als 100/,. Diese
Stoffe sind daher als Dielektrika regenerierender Kondensatoren an sich geeignet.
Die Erfindung beruht auf der weiteren Erkenntnis, daß es zur Gewährleistung eines
ordnungsgemäßen Ablaufs des Regeneriervorgangs im Kondensator bereits ausreichend
ist, wenn zwischen Dielektrikum und Metallbelag zumindest auf einer Seite des Metallbelages
eine dünne Schicht eines solchen Stoffes angeordnet ist, während das übrige Dielektrikum
aus anderen, an sich für regenerierende Kondensatoren ungeeigneten Dielektrika,
z. B. Polystyrol, bestehen kann.
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Bei einer zweiseitigen Umhüllung ist der Metallbelag ganz in eine
Schicht mit einer Oxydationsbilanz, die größer als 100/, ist, eingebettet.
Ausreichend sind bereits Schichtstärken, die wesentlich kleiner als 1 g,m sind,
da nur die obersten Moleküllagen, die beim Ausbrennvorgang zersetzt werden, entscheidend
sind. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, beispielsweise Folien aus Polykarbonat
mit dünnen Schichten aus Äthylzellulose, Polyäthylenterephthalat oder Azetobutyrat,
Folien aus Polystyrol mit dünnen Schichten aus Äthylzellulose oder Polyäthylenterephthalat
und Folien aus Polyäthylen oder Polypropylen mit dünnen Schichten aus Azetylzellulose,
Äthylzellulose, Polyäthylenterephthalat oder Azetobutyrat zu versehen und so diesen
sonst nicht für regenerierfähige Kondensatoren geeigneten Dielektrika gute Regeneriereigenschaften
zu verleihen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich diese Maßnahme z. B. bei Dünnfolien
aus Polykarbonat erwiesen, die mit einer einseitigen, etwa 1 #tm starken Auflage
aus Azetylzellulose versehen sind, auf denen der Aluminiumbelag aufgedampft ist.
Bei Polykarbonat mit der Strukturformel
ergibt sich bei Umsetzung zu H20 und C02 eine Oxydationsbilanz von 7,7°,l0
| 16 C 16 CO, Bedarf 32 0 |
| 14 H 7 H20 Bedarf 7 0 |
| 3 O Gesamtbedarf 39 0 |
Bei Azetylzellulose liegt die Bilanz wesentlich höher und beträgt etwa
260/,. Durch dieses Verfahren werden die guten elektrischen Eigenschaften
von Polykarbonat mit den guten Regeneriereigenschaften der Azetylzellulose verbunden
und so die Herstellung von Dünnfolienkondensatoren auf Polykarbonatbasis ermöglicht.