DE1171532B - Regenerierfaehiger elektrischer Kondensator - Google Patents
Regenerierfaehiger elektrischer KondensatorInfo
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Description
- Regenerierfähiger elektrischer Kondensator Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum aus einem Stoff mit. schlechten Ausbrenneigenschaften besteht, und bei dem im Bereich seiner regenerierfähig dünnen Belegungen eine Isolierstoffeinlage aus einem Kunststoff, z. B. einem Zellulosederivat, vorhanden ist, der mindestens 10%. des für seine vollständige Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül enthält. Während für nicht regenerierende Kondensatoren eine Vielzahl von Kondensatordielektrika bekannt ist, sind regenerierende Kondensatoren nur aus bestimmten Dielektrika wie z. B. Papier, Zellulosederivaten und Polyäthylenterephthalat bekanntgeworden. Der Grund liegt vor allem darin, daß die Vorgänge beim. Regenerierprozeß bisher weitgehend unbekannt waren und daher auch keine allgemeine Regel für den Aufbau solcher Kondensatoren gegeben werden konnte. Die Erforschung dieser Vorgänge führte zu folgenden Ergebnissen: Bei regenerierenden Kondensatoren werden die Regeneriereigenschaften wesentlich durch den chemischen Aufbau des Dielektrikums mitbestimmt, und besonders bedeutend 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 1120) 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 der Metallbelegung unmittelbar benachbarten Dielektrikumsschicht entscheidend, da beim Ausbrand die Isolationsstrecke hauptsächlich durch den Ausbrennhof gebildet wird, dessen Radius vielleicht hundertmal größer ist als die Dicke der Dielektrikumsschicht.
- Es hat sich nun gezeigt, daß bei Dielektrika mit einer Oxydationsbilanz größer als 1010/0 (z. B. Acetylzellulose, Äthylzellulose, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylenterephthalat) der Regenerierprozeß einwandfrei verläuft. Bei einer Oxydationsbilanz kleiner als 10%, (z. B. Polykarbonat, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylkarbazol) tritt Verkohlung auf, die niedrige Isolationswerte und zum Teil Kurzschluß zur Folge hat. Diese Stoffe können daher trotz guter dielektrischer Eigenschaften und zum Teil hoher Temperaturbeständigkeit für regenerierende Kondensatoren nicht eingesetzt werden.
- Um solche Stoffe für regenerierende Kondensatoren geeignet zu machen, ist es bereits bekannt, im Bereich der Belegungen eines solche Stoffe als Dielektrikum enthaltenden Kondensators 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. Alkalikarbo= nate oder Alkalibikarbonate oder Metalloxyde, insbesondere solche höherer Oxydationsstufen, wie Magnesiumsuperoxyd, zugesetzt werden sollten. Diese bekannte Maßnahme führt jedoch zu keinen befriedigenden Ergebnissen, insbesondere wegen der, leichten Zersetzlichkeit dieser Stoffe und ihrer schlechten dielektrischen Eigenschaften.
- Um Stoffe guter dielektriseher Eigenschaften, die aber schlechte Regeneriereigenschaften besitzen; trotzdem zum Aufbau von regenerierenden Kondensatoren verwenden zu können, ist daher bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden, dieses Dielektrikum mit einer dünnen Schicht aus einem Kunststoff zu überziehen, dessen Oxydationsbilanz größer: als 10°/u ist. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil zur Folge, daß diese Kunststoffschicht einen Teil des wirksamen Dielektrikums bildet. Man kann daher dafür entweder nur solche Stoffe verwenden, die auch sonst gute dielektrische Eigenschaften besitzen, z. B: keinen zu großen Verlustwinkel, oder man muß in Kauf nehmen, daß mit der Verbesserung der Regeneriereigenschaften eine Verschlechterung der übrigen elektrischen Eigenschaften des Kondensators Hand in Hand geht.
- Es hat sich neuerdings gezeigt, daß es nicht erforderlich ist, den die erforderliche Oxydationsbilanz herstellenden Stoff im dielektrischen Feld anzuordnen, sondern daß es ebenso möglich ist, ihn gewissermaßen in das Innere der Kondensatorbelegung einzubringen, d. h. in den feldfreien Raum, wodurch seine Einflußnahme auf die dielektrischen Werte des Kondensators vermieden wird. Es wird daher ein regenerierfähiger elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus einem Stoff mit schlechten Ausbrenneigenschaften besteht, und bei dem im Bereich seiner regenerierfähig dünnen Belegungen eine Isolierstoffeinlage aus einem Kunststoff, z. B. einem Zellulosederivat, vorhanden ist, der mindestens 10% des für seine vollständige Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül enthält angegeben, bei dem erfindungsgemäß die Isolierstoffeinlage im feldfreien Raum zwischen zwei elektrisch leitend verbundenen, regenerierfähig dünnen Metallschichten liegt, die eine Belegung des Kondensators bilden. Die Einlage befindet sich dabei im feldfreien Raum und beeinflußt die Eigenschaften des wirksamen Dielektrikums nicht nachteilig. Es sei erwähnt, daß bereits ein elektrischer Kondensator bekannt ist, der aus doppelseitig metallisierten Papierbändern und Kunststoffolie aufgebaut ist, wobei das Papier lediglich als Träger der Metallbelegungen dient, während die Kunststoffolie das Dielektrikum bildet. Hieraus ergibt sich jedoch noch nicht die Lehre, einen elektrischen Kondensator mit einem für regenerierende Kondensatoren schlecht geeigneten Dielektrikum durch Verwendung einer im feldfreien Raum angeordneten, gemäß der Erfindung ausgewählten Einlage regenerierfähig zu machen.
- Man gewinnt dabei den zusätzlichen Vorteil, daß mindestens ein Teil der Metallschichten statt auf dielektrisch wirksame Schichten auf die im feldfreien Raum liegenden Einlagen aufmetailisiert wird, wodurch die dabei entstehenden Spitzen, die sich durch Ausfüllen von Poren mit Metallteilchen bilden, statt in das Dielektrikum zu ragen und dort die Durchschlagsfestigkeit und den Verlustwinkel zu verschlechtern, in den feldfreien Raum ragen, wo sie völlig unschädlich sind. Das Wesen der Erfindung wird durch die Figuren erläutert.
- F i g. 1 zeigt ein Band 1 aus einem die Regenerierfähigkeit bedingenden Kunststoff, das mit regenerierfähig dünnen Metallbelegungen 2 -und 3 versehen ist, die gegebenenfalls über eine Brücke 4 miteinander leitend verbunden sind. Die leitende Verbindung 4 zwischen den Metallbelegungen 2 und 3 kann zusammen mit der Aufmetallisierung von 2 und 3, nach der Metallisierung oder auch erst, nachdem die metallisierte Folie in einem Wickelkondensator eingebracht worden ist, mit der stirnseitigen Kontaktschicht hergestellt werden. Das in F i g. 1 dargestellte beidseitig metallisierte Band läßt sich als Belegung zusammen mit beliebigen Dielektrika zu regenerierenden Wickelkondensatoren verarbeiten. Es ist jedoch auch möglich, daß das Kondensatordielektrikum mit der regenerierfähigen Belegung und deren Einlage zu einer mechanischen Einheit verbunden wird. Das zeigt F i g. 2. Dort ist ein dielektrisches Band 5 dargestellt, das mit einer ersten Metallisierung 2 versehen worden ist, auf die die Isolierstoffeinlage in Form einer etwa 1 #t starken Lackschicht 1 aufgebracht ist. Auf die Isolierstoffeinlage 1 ist ein weiterer Metallbelag 3 aufmetallisiert, der, wie bereits beschrieben, gleichzeitig mit der Metallisierung vor der Herstellung des Kondensators oder nach dessen Herstellung durch die leitende Verbindung 4 mit der Metallbelegung 2 verbunden ist.
- Die Erfindung läßt sich, wie in den F i g. 3 bis 6 gezeigt wird, besonders vorteilhaft verbinden mit dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Dünnfolienkondensatoren auf einer Trägerfolie. Es werden dabei auf gegebenenfalls zur Erzielung einer geeigneten Haftfestigkeit vorbehandelte Trägerfolien aus Papier oder einem Kunststoffmaterial Lackschichten aufgebracht und gegebenenfalls mit einer Metall-Belegung durch Aufdampfen versehen. Die Lackschicht wird unmittelbar vor Herstellung des Kondensators von der Trägerfolie abgezogen und zu einem Dünnfolienkondensator verwickelt. In F i g. 3 wird eine solche Trägerfolie 6 mit einer Lackschicht 7 gewünschter dielektrischer Stärke versehen, auf die dann eine erste Metallbelegung 2, dann in ähnlicher Weise wie die erste Lackschicht 7 die Isolierstoffeinlage in Form einer zweiten Lackschicht 1, vorzugsweise in einer Stärke von etwa 1 Et, und dann eine zweite Metallbelegung 3 aufgebracht wird. Auf die zweite Metallbelegung 3 kann, wie F i g. 4 zeigt, eine weitere Lackschicht 8, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material besteht und die gleiche Dicke aufweist wie die Lackschicht 7, aufgebracht werden. Nach Abziehen von der Trägerfolie 6 erhält man dann entweder, wie in F i g. 5 dargestellt, eine Anordnung, besehend aus einer ersten Lackschicht 7 und einer Belegung aus den Metallschichten 2 und 3, die die Isolierstoffeinlage 1 einschließen, oder, falls man noch eine zweite Lackschicht 8 aufgebracht hat, die Anordnung der F i g. 6.
- F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Wickellage eines Kondensators, die durch seitlich versetzte Anordnung zweier in F i g. 2 dargestellter Schichtfolien entsteht. F i g. 8 zeigt in ähnlicher Weise eine Wickellage eines Kondensators, die aus zwei der in F i g. 5 dargestellten Schichtfolien durch seitlich versetzte Anordnung hergestellt wurde. Man erhält dabei einen Kondensator mit einem einlagigen Dielektrikum. In ähnlicher Weise gelangt man durch Aufwickeln der in F i g. 6 dargestellten Schichtfolien, abgelöst vom Träger 6 nach F i g. 4, zu einem zweilagigen Kondensator, von dem in F i g. 9 ebenfalls eine Wickellage dargestellt ist. Die seitliche Versetzung der Mehrschichtfolien kann auch unterbleiben.
- Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten Belegungen lassen sich jedoch auch mit weiteren dielektrischen Bändern verarbeiten. Man wird in diesem Fall die Lackschichten 7 und 8 zweckmäßigerweise besonders dünn wählen. Die in F i g. 8 und 9 dargestellten Kondensatoren, bei denen die Lackschichten 7 und 8 als alleiniges Dielektrikum dienen, zeichnen sich demgegenüber durch besonders hohe Raumkapazität aus.
Claims (1)
- Patentansprüche: 1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus einem Stoff mit schlechten Ausbrenneigenschaften besteht, und bei dem im Bereich seiner regenerierfähig dünnen Belegungen eine Isolierstoffeinlage aus einem Kunststoff, z. B. einem Zellulosederivat, vorhanden ist, der mindestens 10°/o des für seine vollständige Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffeinlage im feldfreien Raum zwischen zwei elektrisch leitend verbundenen, regenerierf'ähig dünnen Metallschichten liegt, die eine Belegung des Kondensators bilden. 2. Regenerierfähiger Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffeinlage in Form eines beidseitig metallisierten Bandes vorliegt. 3. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator unter Verwendung von Kondensatorbändern aufgebaut ist, die eine Dielektrikumsschicht enthalten, über der ein erster Metallbelag darüber die Isolierstoffeinlage und über dieser ein zweiter mit dem ersten leitend verbundener Metallbelag angeordnet ist. 4. Verfahren zur Herstellung einer Kondensatorfolie für einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine geeignete Trägerfolie (6) von dieser ablösbar eine dünne Lackschicht (7) aus einem dielektrisch hochwertigen Stoff aufgebracht wird, daß diese Lackschicht mit einer regenerierfähig dünnen Metallschicht (2) versehen wird, daß auf diese Metallschicht (2) eine Schicht (1) aus dem Stoff, der mindestens 10%, des für seine vollständige Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül enthält, aufgebracht wird und daß darauf eine zweite regenerierfähig dünne Metallschicht (3) aufgebracht wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zweite Metallschicht (3) eine weitere Lackschicht (8) gleicher Art wie die erste (7) aufgebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 900723, 907441, 970 286; deutsche Auslegeschrift Nr. 1060 496; deutsche Patentanmeldungen B 9428 VIII c / 21 g, 10/02 (bekanntgemacht am 12. 3. 53); B 14 548 VIII c / 21g 10I02 (bekanntgemacht am 10. 7. 52); USA.-Patentschrift Nr. 2754230.
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