DE1439622A1 - Kondensator - Google Patents
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Description
■«•im* Deutscnmann/Wolf/LI-Gapacitoi
Tobe Deutschmann Laboratories, 2391 Washington Street, Ganton,
Massachusetts, USA
KONDENSAT O'R
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator mit geringer Induktivität und auf eine Methode, diesen herzustellen.
Es ist oft wünschenswert, einem Kondensator ein Maximum gespeicherter
Energie in möglichst kurzer Zeit zu entnehmen. Solche schnell entladenden Kondensatoren finden wachsende
Anwendung, insbesondere auf dem Gebiet der Kernforschung und verwandten Gebieten. Andere Verwendungen von Kondensatoren
mit geringer Induktivität und geringem Verlust ergeben sich bei Programmen, die Kondensatoren großer Ladung
wie in Hochleistunggeneratoren benötigen. Es sind Kondensatoren gefertigt worden, die eine relativ hohe Energie liefern,
oft in der Größenordnung von 6000 Joules (Wattsekunden) , und die in einer Zeit in der Größenordnung von Mikrosekunden
und Millisekunden entladen können. Um solche Ent-
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ladungsmengen mit voller Intensität zu erhalten, muß der Kondensator so entworfen und konstruiert sein, daß seine
inneren Induktivitäten und Widerstände· minimal klein sind. Obwohl die bisher gefertigten Kondensatoren für viele
schnelle Entladungszwecke geeignet sind, besteht ein wachsender Bedarf an Kondensatoren, die in der Lage sind, noch
schneller zu entladen und höhere Arbeitsfrequenzen zu erzielen als bisher möglich.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen hochkapazitiven Hochspannungskondensator zu schaffen, der
eine äußerst geringe Induktivität hat und den man so konstruieren kann, daß er äußerst hohe Arbeitsfrequenzen ermöglicht.
Außerdem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator zu schaffen, der eine lange Lebensdauer
hat und so entworfen ist, daß er die zerstörenden Wirkungen innerer Beanspruchung, die durch schnelle Entladung
großer Energiemengen Zustandekommen, stark herabsetzt.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Kondensator zu schaffen, der relativ kompakt und billig
in der Herstellung ist. Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen1 in der Schaffung von Kondensatoren, die
geeignet sind für hohe Spannungsspitzen und Spannungen wechselnder Eichtung und in einem weiten Bereich der Umgebungsiemperatur
arbeiten können.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kondensator mit geringer Induktivität zu schaffen, in welchem
die Mittel zur Verbindung der leitfähigen Beläge des Kondensators mit den Anschlüssen geringe Induktivität haben.
Ein Heiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Kondensator zu schaffen, dessen leüfähigen Beläge mit kurzen,
angeformten Anschlußflaschen versehen sind, die sich mit den Anschlüssen des Kondensators über sehr kurze Bahnen,
die von sich aus geringe Induktivität haben, verbinden lassen.
Weiterhin hat die vorliegende Erfindung das Ziel, eine verbesserte
Konstruktionsmethode für Wickelkondensatoren, in denen Anschlußlaschen zum Verbinden mit den Kondensatoranschlüssen
aus dem Material gebildet sind, aus dem die leitfähigen Beläge bestehen, zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vielzahl von dünnen, flexiblen Schichten vor, einschließlich eines parallel sich
gegenüberliegenden Paars leitfähiger Beläge mit einer dazwischenliegenden dielektrischen Schicht. Die dielektrische
Schicht isoliert elektrisch diese leitfähigen Beläge voneinander. Diese Schichten sind kontinuierlich viele Male um
eine Mittelachse (oder eine Mittelebene) gewickelt. Die leitfähigen Beläge sind jeweils mit herausgeschnitteten Teilen
entlang einer Seitenkante geformt, so daß sie eine Reihe
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abwechselnder Vorsprünge und Vertiefungen bilden, die sich
in Abständen als Anschlußlaschen verwenden lassen.
Jeder der Vorsprünge jedes leitfähigen Belags ragt über dieselbe
Seitenkante der dielektrischen Schicht hinaus, wobei die Laschen eines leitfähigen Belags im Bereich der Vertiefungen
eines benachbarten Belags liegen. Alle Laschen eines leitfähigen Belags sind in Abständen nebeneinander auf einer
Seite der Mittelebene angeordnet, alle Laschen des anderen leitfähigen Belags sind in gleicher Weise auf der anderen
Seite der Mittelebene angeordnet. Ein Anschluß verbindet alle Laschen des einen leitfähigen Belags, ein zweiter
Anschluß alle Laschen des anderen leitfähigen Belags.
Man wird diese und andere Ziel der vorliegenden Erfindung
besser verstehen, wenn man sie an Hand der beiliegenden Zeichnungen durchdenkt:
Fig. 1 gibt eine perspektivische Ansicht eines
Kondensators nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Kondensators
im Querschnitt entlang der Linie II-II 'in- Fig. 1,
Fig. 3 gibt eine perspektivische Ansicht der gewickelten
Beläge wieder, die ein grundlegendes Element dieser Erfindung darstellen,
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Fig· 4 zweigt abgewickelt ein Segment der Belä- '
ge, die in Fig·. 3 dargestellt sind,
Fig· 5 zeigt eine Zwischenstufe beim Aufwickeln
der Beläge, die in Fig. 3 dargestellt sind, in Draufsicht,
Fig· 6 ist eine Draufsicht der Anordnung in Fig. 3»
Fig. 7 ist eine Abänderung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung.
In Figur 1 ist eine Darstellung der Erfindung mit einem rechteckigen
Behälter 1 gezeigt. Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf Kondensatoren anderer Form anwenden, z. B. auf zylindrische.
Die Wahl der Form des Kondensators wird hauptsächlich durch äußere Verhältnisse bestimmt, so z. B. durch die Zahl der
für einen bestimmten Zweck benötigten Kondensatoren und durch
den Saum, in dem sie unterzubringen And. Der Behälter 1 besteht
emm M±mm geeigneten Material, z. B. aus schweißbarem
oder aus rostfreie» Stahl. Bin Deckel 2 aus eine» geeigneten
dielektrischen Material wird in üblicher Weise am oberen äand ame Befcal-fcere 1 b*f estigt. Dieser Deekel 2 kann mit eine«
läjaigs laufenden Mittelsteg 3 versehen sein, auf dessen
UMB22
beiden Seiten parallele Satnme !schienen 4 und 5 mit geringer
Induktivität angebracht sind. Diese Sammelschienen 4· und 5
können praktiseherweisie mit üblichen Mitteln an dem Deckel
f estgemacht werden.
Die Äondensatorbieläge sind aus flexiblen, leitfähigen Folien
eines Materials, wie z. B. dünnes Aluminium, gebildet. Sie sind in ^igur 4 mit 7 und 8 bezeicnnet. Sowohl die Stärke
als auch die Breite der leitfähigen Beläge 7 und 8 Jcann verschieden
sein; dies hängt von den jeweils gewünschten Konstruktionsmaßen ab. Diese leitfahigen Beläge können gleich
oder verschieden breit sein und sind auf gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen dielektrischen Schicht 9 im Abstand
parallel zueinander angeordnet. Die dielektrische Schicht 9 isoliert elektrisch die leitfäiiigen Beläge 7 und 8 voneinander.
Diese dielektrische" Schicht kann.aus einer hochwertigen, festen Kondensatorfolie mit hoher Dichtigkeit bestehen.
Es können auch andere dielektrische Schichten benutzt werden; das hängt von der gewünschten dielektrischen
Durchschlagfestigkeit und von den gewünschten sonstigen dielektrischen
Faktoren ab.
Normalerweise wird eine Vielzahl solcher dielektrischer Schichten anstatt einer einzigen Schicht benutzt, wenn die
Konstruktionsbsdingungen es erfordern. Gewöhnlich - bei
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schnell entladenden Kondensatoren - ist es vorteilhaft, eine
Vielzahl dünner, wenig poröser Schichten anstatt einer einzigen Schicht größerer Dicke zu verwenden, um die Gleichspannungsdurchschlagfestigkeit
und die Spannung, bei der Koronaentladungen "beginnen, zu erhöhen.
Die leitfähigen Beläge 7 und 8 sind mit einer Vielzahl von VorSprüngen 10 und 11 entlang den jeweiligen korrespondierenden
Seitenkanten ausgebildet. Diese Vorsprünge und die zwischen ihnen liegenden Vertiefungen 13 und 14 bilden in
Abständen Anschlußlaschen entlang den jeweiligen korrespondierenden Kanten jedes leitfähigen Belags 7 und 8. Diese
Laschen können durch das Ausschneiden der Vertiefungen 13 und 14 gebildet werden. Die Laschen 10 sind versetzt gegpaüber
den Laschen 11 und in einer Reihe angeordnet mit den Vertiefungen 13· Die Laschen haben vorzugsweise eine Gesamtlänge
von zumindest 1/3 der Gesamtlänge der leitfähigen Beläge und nicht mehr als der Hälfte der Länge der leitfähigen
Beläge. Diese Schichten 7» 8 und 9 sind so angeordnet,
daß die Laschen 10 u&d 11 seitwärts über die Abschlußkante 15 der dielektrischen Schicht 9 hinausragen. Diese parallele
Anordnung der flexiblen Beläge wird vorzugsweise, wie in Figur 5 gezeigt, so gewickelt, daß die Laschen 10 auf einer
Seite der Mittelachse 16 (Figur 5) liegen und die Laschen 11 auf der änderen Seite der Mittelachse. Eine dazwlschen-
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liegende dielektrische Schicht 8A, die parallel zu den Belägen
7, 8 und 9 und hinter Belag 7 liegt, isoliert die leit-.
fähigen Beläge 7 und 8 beim Aufwickeln voneinander. Schicht
8A ist ähnlich und aus dem gleichen Material wie Schicht 9 gebildet. Es ist beabsichtigt, durch die Angaben über die
Anordnung der Laschen 10 und 11 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 16 (Figur 5) bzw. des Mittelstücks 21
(Figur 6 und 7) deutlich zu macjf^daß die Laschen 10 von
den Laschen 11 so räumlich getrennt sind,, daß sie unabhängig
voneinander verbunden und angeschlossen werden können. In der in Figur 5 dargestellten Anordnung sind die Laschen
10 in versetzter, vorstehender Art angeordnet, derart, daß jede Lasche 10 hervorstehende Oberflächenteile 18 und 19
hat. Diese Anordnung kann für das Gewährleisten eines maximalen Stromflusses entlang der vorstehenden Oberfläche
dieser leitenden Laschen oder Vorsprünge von Bedeutung sein. Die in Figur 5 dargestellte Kreisring-Form kann, wenn gewünscht,
in zylindrischen Kondensatoren benutzt werden. In dem-hferin beschriebenen rechteckigen Kondensator jedoch sind
die aufgewickelten parallelen Schichten zu der in Figur 6 gezeigten Form zusammgengedrückt. Vorzugsweise wird ein isolierendes,
dielektrisches Mittelstüct 21 in die gewickelten Beläge eingeschoben, um die hervorstehenden Laschen 10 von
den vorstehenden Laschen 11 zu isolieren. Dieser in Figur 3
dargestellte Wickelkörper 22 wird in einen Behälter gebracht.
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laeaaöltaa 10 »aft 11 sind (Jeweils ( - 10 an 2% 11 an 26)
mit dan letiLimaciaoi Platten 25 und 26,, die sich vorzugsweise
über äiö I&nge der Laschen, erstrecken, verbunden. Biese leitenden
£3utö&g& 25 und 26 sind mit den Sammelscnienen 4 und
5 durch. 3?la.trt?e 28 verbunden, um einen möglichst breiten und
kurzen Verbindungsweg für den Strom innerhalb des Kondensators au
Der SondenAsrtior enthält ein geeignetes Imprägniermittel. Bei
solchen iuprägni ermitteln handelt es sich z.B. um Mineralöl,
QAlikon-tfflüesigkeit, Polyisobutylen und chlorierte Diphenyle.
Wie in !"dfgur 6 und 7 dargestellt, können die Laschen 10 und
Tl versehi^oenartig, ζ. B. vor- und rückwärts gestaffelt
sein, idt© auch 31·» um eine andere lorm der hervortretenden
Ob€srfläche anautführen, zeigt.
geaeigten Anordnung geben die Vorsprünge oder Laschen,
ö&e mm oben leitenden Belägen oder Folien gebildet sind, bes~
als bish&r aö^glioh. Hinau kommt, |daß dieee
verbindenden Laschen oder Vor Sprünge ^ie Wahr-
Oma Durchbrechens des dielektrischen Material«
*a# Sesssäft aiiseoliließrt. Solche Laschen verringern
die nötige läcyR» und den nötigen Druck und schalten
dadUBQh öid& Wskeeoheinlichkeit des Schadens auf Grund vcn
inneren Spannungen während des Wirkens mit Spitzsenströmen aus.
10
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Bei äer Sestaltttng (ies :Soaaenaatoa?s sind die verlängerten. Beläge
7 und S auf gejpnüterliege^den Seiten der Schicht
9 angeordnet, wobei -üie Laschen über die Seitenkante der .
dielektrischen Sciticlit 9 hsmausragen. Diese Beläge in ihrer paralleleÄ, gegenüberliege11^11· Anordnung werden dann
um einen ifern gewaic&elt., vorzugsweise auf einen Dorn» um
ihnen die in ^'igur 5 dargestellte Form zu geben. Anschließend
werden die gewickelten, parallelen, spiralförmigen
Beläge von dem Dom abgenommen un^su der I?orm zusammengedrückt,
die in i'igur 6 dargestellt ist« Danach wird das
isolierende lüttelstück 21 eingesetzt und die als solche geformten Beläge werden in einen Behälter gebracht. Anschließend werden sowohl die Laschen 10 als auch die Laschen
11 verbunden. Diese werden dann einzeln durch leitfähige
Mittel mit den Anschlußsehienen 4 und 5 verbunden;;
der Deckel 2 wird an dem Behälter befestigt, nachdem der
Wickel imprägniert und geölt ist.
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Claims (7)
1.) Kondensator mit geringer Induktivität, im einzelnen gebildet
aus einem Paar paralleler, langgestreckter, leitfähiger, flexibler Beläge mit einer dielektrischen Zwischenschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Beläge entlang einer Seitenkante abwechselnd Vorsprünge
und Vertiefungen aufweisen und daß die Vorsprünge angeformte Laschen bilden, welche über die Seitenkante
der dielektrischen Schicht hervorragen und jeweils auf einer Ebene (Linie) mit einer Vertiefung des anderen
leitfähigen Belags gegenüberliegen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von parallelen Belägen hat.
3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge und die dielektrische Schicht kontinuierlich
um eine Mittelachse gewickelt sind.
4. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen des einen leitfähigen Belags auf der
einen Seite der Mittelachse oder Mittelebene und die Laschen des anderen Belags auf der anderen Seite der Mittelachse
oder Mittelebene liegen.
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5. Kondensator nach Anspruch 1 "bis 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flanken der benachbarten Vorsprünge nicht auf einer Linie liegen, sondern gegeneinander gestaffelt
sind.
6. Kondensator nach Anspruch 1 bis 5f dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil der Vorsprünge in bezug auf die Mittelachse im Uhrzeigersinn, ein anderer Teil im Gegenuhrzeigersinn
gestaffelt ist.
7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Vorsprünge insgesamt über wenigstens ein Drittel und nicht mehr als die Hälfte der Länge des
leitfähigen Belags, dem sie angeformt sind, erstrecken.
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·*3 . .
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