DE1283394C2 - Elektrischer Kondensator mit einem wenigstens an einem Ende offenen, im wesentlichen zylinderfoermigen Koerper aus formfestem dielektrischem Material - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

InL CL:

HOlg

DeutscheKI.: 21g-10/02

Nummer: 1283 394

Aktenzeichen: P 12 83 394.2-33 (N 25386) Anmeldetag: 18. August 1964

21. November 1968 10. Juli 1969

Auslegetag: Ausgabetag: Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit einem wenigstens an einem Ende offenen, im wesentlichen zylinderförmigen Körper aus fonnfestem dielektrischem Material, bei dem wenigstens eine der Stromzuleitungen aus einem mit je einem Ein- und Auslaß versehenen metallenen Behälter für ein Kühlmittel besteht und bei dem sich zwischen einer parallel zur benachbarten Oberfläche des dielektrischen Körpers verlaufenden Wand des Behälters und dieser Oberfläche ein spaltförmiger Raum befindet, der wenigstens teilweise mit einem sowohl die Elektrizität als auch die Wärme gut leitenden Material ausgefüllt ist.

Es ist üblich, insbesondere bei Hochfrequenzgeneratoren für Hochfrequenzerhitzungszwecke, Keramikkondensatoren zu verwenden und diese Kondensatoren zur Erhöhung ihrer Belastbarkeit mit Hilfe eines Kühlmittels, gewöhnlich einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, zu kühlen. Man kann dieses Kühlmittel mit der mit einem elektrisch leitenden •o Belag versehenen Außenwand oder Innenwand oder beiden dieser gewöhnlich in Form eines Topfes oder eines Zylinderrohres ausgebildeten Kondensatoren in direkte Berührung bringen. Es ist auch bekannt, im dielektrischen Körper selbst einen oder mehrere mit- as einander in Verbindung stehende Hohlräume vorzusehen und diese Räume vom Kühlmittel durchströmen zu lassen. Diese bekannten Ausführungsformen haben den Nachteil, insbesondere wenn als Kühlmittel Wasser verwendet wird, daß das Kühlmittel den leitenden Belag chemisch angreifen und in den Keramikkörper eindringen kann, wodurch die Durchschlagsspannung herabgesetzt werden kann. Bei Bruch des Keramikkörpers kann der Kreis des Kühlmittels offen werden und auslaufen.

Diese Nachteile werden bei einer anderen bekannten Ausbildung eines gekühlten Keramikkondensators obiger Art vermieden, bei dem der Innenbelag des rohrförmigen Kondensatorkörpers aus einem gleichzeitig als Stromzuleitungselement dienenden Metallrohr besteht, durch welches das Kühlmittel fließen kann. Der rohrförmige Belag liegt bei diesem bekannten Kondensator direkt an der Innenwand des Keramikrohres an oder ist mit diesem mittels einer Lotschicht auf der Innenwand des Keramikrohres gut elektrisch und wärmeleitend verbunden. Diese bekannte Ausführungsform hat den N^acnte'!» daß bei Temperaturänderungen leicht mechanische Spannungen auftreten können und daß entweder der Innendurchmesser des Keramikrohres und der Außendurchmesser des Metallrohres durch Schleifen genau aufeinander abgestimmt sein müssen Elektrischer Kondensator mit einem wenigstens an einem Ende offenen, im wesentlichen zylinderförmigen Körper aus formfestem dielektrischem Material

Patentiert für:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Horst Auer, Patentanwalt, 2000 Hamburg

Als Erfinder benannt: Bertas Leendert Nahuijsen, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 21. August 1963 (296 950)

oder ein zwischen diesen etwa vorhandener Raum vom Lötmaterial, das beim Erstarren schwindet, nur unvollständig ausgefüllt wird (deutsche Patentschrift 489).

Die Erfindung bezweckt, einen Kondensator der obenerwähnten Art zu schaffen, bei dem die erwähnten, den bekannten Kondensatoren anhaftenden Nachteile beseitigt werden und für dessen Herstellung keine hohen Anforderungen hinsichtlich Toleranzen gestellt werden.

Der elektrische Kondensator nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß der spaltförmige Raum zwischen der aus einem nicht ferromagnetischen Metall bestehenden Behälterwand und der benachbarten Oberfläche des dielektrischen Körpers wenigstens einen Millimeter breit ist, daß das gut elektrisch und wärmeleitende Material in Pulverform eingefüllt ist und daß die Oberfläche des dielektrischen Körpers wenigstens an den Stellen, an denen sie mit dem pulverförmigen Material in Verbindung steht, mit einem elektrisch leitenden Belag versehen ist.

Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung besteht das eingefüllte Material aus einem Pulver aus nicht ferromagnetischem Metall, vorzugs-

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weise Silber. Bei Verwendung von Silber wird bei etwaiger Oxydation der Pulverteilchen die elektrische und Wärmeleitung zwischen der Obernache des dielektrischen Körpers und der benachbarten Wand des Behälters nicht oder nur wenig beeinflußt. Man s kann grundsätzlich aber auch ein pulverförmiges Material verwenden, das infolge von Oxydation eine gewisse Verschlechterung der elektrischen und Wärmeleitungseigenschaften aufweist, wenn nur dafür gesorgt wird, daß das Material im spaltförmigen Raum beim Einbringen praktisch oxydfrei ist und dies auch bleibt. Dies kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der spaltförmige Raum mittels eines Kunststoffes gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Diese Ab- dichtung kann dazu benutzt werden, im spaltförmigen Raum mit dem feinverteilten Material eine nicht oxydierende Atmosphäre, z. B. von Stickstoff, aufrechtzuerhalten.

Für einen guten Füllfaktor des spaltförmigen μ Raumes mit dem feinverteilten Material ist es günstig, wenn dieses Material aus einem Gemisch kernförmiger und plattenförmiger Teilchen besteht.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei im Querschnitt dargestellte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 einen in einer öffnung einer Wand befestigten rohrförmigen Kondensator mit Innenkühlung und

Fig. 2 einen sowohl innen als auch außen gekühlten Kondensator mit einem topfförmigen dielektrischen Körper.

Der in Fig. 1 dargestellte Kondensator besteht aus einem mit einem leitenden Innenbelag 2 und einem leitenden Außenbelag 3 versehenen rohrförmigen Körper 1 aus Keramikmaterial. Der Innenbelag 2 verläuft bis zu den beiden Endflächen des Rohres 1, der Außenbelag 3 läßt an den beiden Enden ringförmige Teile 4 des Rohres 1 unbedeckt. Die Beläge 2 und 3 bestehen je aus einer dünnen Metallschicht, vorzugsweise aus Silber, die z. B. durch Erhitzung einer stellenweise auf die Wand des Rohres 1 aufgebrachten Silbersuspension erzielt ist.

Mit dem Außenbelag 3 ist elektrisch und mechanisch, z. B. durch Löten, ein Metallring 5 verbunden, der einen Flansch 6 besitzt. Mittels des Flansches 6 ist der Kondensator auf einer Metallplatte 7 montiert, wobei der Körperl durch eine öffnung8 dieser Platte reicht. Der Kondensatorstrom kann über diese Platte und den Ring S mit Flansch 6 dem Belag 3 zugeführt werden. Für die Zuführung des Kondensatorstromes zum Belag 2 auf der Innenwand des Rohres 1 ist koaxial innerhalb dieses Rohres ein aus Metall bestehender Behälter 9 angeordnet. Dieser Behälter besteht aüs einem rohrförmigen Teil 10 mit einem Durchmesser, der nicht mehr als 1 bis 2 cm kleiner, vorzugsweise nur einige Millimeter kleiner ist als der Innendurchmesser des Keramikrohres 1, und aus zwei Deckelnll bzw. 12, mit denen der rohrförmige Teil 10 an seinem oberen bzw. unteren Ende verschlossen ist Im Deckelll ist ein Auslaß 13 und im Deckel 12 ein Einlaß 14 für ein durch den Behälter9 fließendes Kühlmittel, z.B. Wasser, angebracht. Der Behälter 9, der aus einem nicht ferromagnetischen Metall, wie Kupfer oder Messing, besteht, ist mit dem Innenbelag 2 mittels eines den Zylinderraum 15 zwischen dem Rohr 10 und dem Belag 2 ausfüllenden feinverteilten Materials 16 in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt. Dieses Material, das sowohl gut wärmeleitend als auch gut elektrisch leitend sein muß, besteht vorzugsweise aus einem Pulver eines nicht ferromagnetischen Metalls bzw. einer nicht ferromagnetischen Metallegierung. Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Raum 15 mit Silberpulver ausgefüllt, dessen Teilchen Abmessungen von etwa IOMikron haben. Es ist günstig, den Raum 15 mit einem Metallpulver zu füllen, das aus einem Gemisch kornförmiger und plattenförmiger Teilchen besteht, z. B. in einem Verhältnis von etwa 1:1. Statt Silberpulver kann auch ohne weiteres versilbertes Kupferpulver verwendet werden, obwohl die elektrische Leitung und Wärmeleitung dieses Pulvers etwas ungünstiger sind als die von Silberpulver. Es ist für den elektrischen und wärmeleitenden Kontakt zwischen dem rohrförmigen Teil 10 des Behälters 9 und dem Innenbelag 2 günstig, wenn das pulverförmige Material 16 im spaltförmigen Raum 15 eine verhältnismäßig große Füllungsdichte hat. Dies kann dadurch erreicht werden, daß beim Füllen des Raumes 15 mit dem leitenden pulverförmigen Material der Kondensator vibriert wird. Es hat sich ergeben, daß auf diese Weise ein Füllfaktor von annähernd 50 bis 6Ö°/o erreichbar ist. Der spaltförmige Raum 15 mit dem pulverförmigen Material 16 ist an seinem oberen bzw. unteren Ende durch eine Kunststoffmasse 17 bzw. 18 verschlossen. Diese Kunststoflmassen bedecken dabei den Rand des Deckels 11 bzw. 12, die Stirnflächen des Rohres 1 und die sich an diesen anschließenden, nicht vom Belag 3 bedeckten ringförmigen Teile 4 der Außenfläche des Rohres 1. Die Kunststoffmassen können aus einem gehärteten Epoxydharz bestehen. Im Zusammenhang mit möglichen dielektrischen Verlusten in diesen Kunststoffmassen bei hoher Frequenz ist es oft günstiger, eine elastomere organische Silikonverbindung, z. B. ein Dimethylsiloxanpolymer, zu verwenden.

Die Verwendung der Kunststoffabdichtungen 17 und 18 macht es möglich, im Raum 15 mit dem Material 16 ein nicht oxydierendes Gas, wie z. B. Stickstoff, zu verwenden, wodurch es andererseits möglich wird, als Material 16 ein Metallpulver zu verwenden, dessen elektrische und wärmeleitende Eigenschaften durch Oxydation der Oberfläche der Pulverteilchen ungünstig beeinflußt werden könnten. Die Verwendung eines solchen nicht oxydierenden Gases gestattet z. B. unbedenklich die Verwendung von Kupfer- oder Messingpulver als Füllmaterial zwischen dem Rohr 10 und dem Belag 2.

Es ist bemerkenswert, daß, wenn der RaumlS oxydierendes Gas enthalten kann, nicht nur die Verwendung von Silberpulver vorzuziehen ist, sondern es auch günstig ist, die Außenwand des rohrförmigen Teils 10 des Behälters 9 zu versilbern. Dies ist an sich ohnehin günstig,, um die elektrischen Verluste klein zu halten.

Der Kondensator nach Fig. 2 besteht aus einem topfförmigen und mit einem Wulstrand 23 versehenen dielektrischen Körper 21, der aus Keramikmaterial mit einer verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstanten hergestellt ist. Bei diesem topfförmigen Körper, der im Gegensatz zu der üblicheren Topfform mit halbkugelförmigem Boden einen flachen Boden besitzt, ist die Innenwand mit einem nahezu bis zum oberen Rand verlaufenden leitenden Belag 22 und die Außenfläche nahezu bis zum aus-

Claims (8)

1 gestülpten Rand 23 mit einem leitenden Belag 24 versehen. Die Beläge 22 und 24 bestehen vorzugsweise je aus einer dünnen aufgebrannten Silberschicht. Im Körper 21 ist ein derart der Form des Körpers angepaßter Kühlbehälter 25 angeordnet, daß zwischen diesem Behälter und dem Belag 22 ein verhältnismäßig .enger spaltförmiger Raum 26 mit einer Breite von etwa 1 mm, wenn möglich nicht mehr als 1 cm, vorhanden ist. Der aus nicht ferromagnetischem Metall, z. B. Messing, bestehende Behälter 25 ist an der Oberseite durch einen plattenförmigen Teil 27 verschlossen, in dem ein metallenes Einlaßrohr 28 und ein metallenes Auslaßrohr 29 befestigt, z.B. eingelötet, sind. Das Einlaßrohr28 hat innerhalb des Behälters 25 einen nahezu bis zu dessen Boden verlaufenden Teil 30. Der spaltförmige Raum 26 ist mit einem gut elektrisch leitenden und auch gut wärmeleitenden Metallpulver, vorzugsweise Silberpulver, gefüllt. Der Spalt 26 ist an der Ober- ao seite mittels einer Kunststoffmasse 32 verschlossen, welche auch die Oberseite des Kühlbehälters 25 bedeckt. Die Stromzuführung zum Belag 22 erfolgt durch die Zu- und Ablaßrohre 28 und 29, den Behälter 25 und das im spaltförmigen Raum 26 befindliehe Metallpulver. Die Rohre 28 und 29 können dazu mit einer Metallklemme 33 versehen sein. Der Kondensator nach Fig. 2 wird nicht nur innen, sondern auch außen gekühlt. Dazu ist der Keramikkörper 21 von einem Kühlbehälter 35 umgeben, der aus zwei konzentrischen metallenen Buchsen 36 und 37 aus nicht ferromagnetischem Metall, z. B. Messing, besteht, wobei der Raum zwischen den Buchsen an der Oberseite durch einen mit dem Rand der Buchsen verbundenen Ring 38 aus gleichem Metall verschlossen ist. Die äußere Buchse 36 ist mit einem Einlaß 39 und einem Auslaß 40 für ein Kühlmittel, z. B. Wasser, versehen. Zwischen der inneren Buchse 37 und der Außenwand des Keramikkörpers 21 mit dem Belag 24 befindet sich ein spaltförmiger Raum 41, der ebenso wie der spaltförmige Raum 26 mit einem gut elektrisch und wärmeleitenden Metallpulver, vorzugsweise Silberpulver, gefüllt ist. Der Abstand zwischen der Buchse 37 und dem Belag 24 beträgt nahe überall etwa 1 mm und ist vorzugsweise nicht größer als 1 cm. Das obere Ende des spaltförmigen Raumes 41 ist mittels einer ringförmigen Kunststoffmasse 42 verschlossen, welche die Oberseite des Kühlbehälters 35 mit dem Wulstrand 23 des Keramikkörpers 21 verbindet. Die Kunststoffmassen 32 und 42 können wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels aus einem gehärteten Epoxydharz oder aus einem Dimethylsiloxanpolymer oder einer anderen geeigneten polymeren organischen Silikonverbindung bestehen. Zur Vermeidung eines elektrischen Uberschlags kann es günstig sein, die Kunststoffmassen 32 und 42 ineinander übergehen zu lassen, so daß die Außenfläche des Wulstrandes 23 völlig mit einer Kunststoffschicht bedeckt ist. Der Boden der äußeren Buchse 36 des Kühlbehälters 35 steht in elektrischem und mechanischem Kontakt mit einer Metallplatte 43. Die Stromzuführung zum Belag 41 kann sodann über diese Platte 43, den Kühlbehälter 35 und das im spaltförmigen Raum 41 befindliche Metallpulver erfolgen. Das Metallpulver im spaltförmigen Raum 26 und ebenso das Metallpulver im Raum 41 können eine 394 verhältnismäßig große Fülldichte haben, wenn beim Füllen dieser Räume der Kondensator vibriert wird. Ebenso wie oben im Zusammenhang mit dem Kondensator nach F i g. 1 erwähnt, ist beim Kondensator nach Fig.2 in den spaltförmigen Räumen26 und ein Metallpulver verwendbar, das, wenn es der Luft ausgesetzt ist, infolge von Oxydation an elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit einbüßen würde. In diesem Falle können die von den Kunststoffmassen 32 und 42 verschlossenen spaltförmigen Räume eine inerte Gasatmosphäre, z. B. Stickstoff, enthalten. In einem solchen Falle ist z.B. Messing- oder Kupferpulver als Füllung für die spaltförmigen Räume verwendbar. Analog dem ersten Ausführungsbeispiel können die den spaltförmigen Räumen 26 und 41 zugewandten Behälterwände 25 bzw. 37 versilbert sein. Patentansprüche:

1. Elektrischer Kondensator mit einem wenigstens an einem Ende offenen, im wesentlichen zylinderförmigen Körper aus formfestem dielektrischem Material, bei dem wenigstens eine der Stromzuleitungen aus einem mit je einem Ein- und Auslaß versehenen metallenen Behälter für ein Kühlmittel besteht und bei dem sich zwischen einer parallel zur benachbarten Oberfläche des dielektrischen Körpers verlaufenden Wand des Behälters und dieser Oberfläche ein spaltförmiger Raum befindet, der wenigstens teilweise mit einem sowohl die Elektrizität als auch die Wärme gut leitenden Material ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Raum (15) zwischen der aus einem nicht ferromagnetischen MetaU bestehenden Behälterwand (10) und der benachbarten Oberfläche des dielektrischen Körpers (1) wenigstens einen Millimeter breit ist, daß das gut elektrisch und wärmeleitende Material (16) in Pulverform eingefüllt ist und daß die Oberfläche des dielektrischen Körpers wenigstens an den Stellen, an denen sie mit dem pulverförmigen Material in Verbindung steht, mit einem elektrisch leitenden Belag (2) versehen ist.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (16) aus Pulver eines nicht ferromagnetische!! Metalls besteht

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Silber ist.

4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus einem Gemisch komförmiger und plattenförmiger Teilchen besteht.

5. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem spaltförmigen Raum (15) zugewandte Seite der Behälterwand (10) versilbert ist.

6. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der spaltförmige Raum (15) mittels eines Kunststoffes (17, 18) gegen die Umgebung abgedichtet ist

7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem spaltförmigen Raum (15) eine nicht oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer großen FiiUungsdichte der Kondensator beim Füllen des spaltförmigen Raumes mh S

dem feinverteilten Material in Vibration versetzt wird

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 903 489.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen