DE1464487B2 - Verfahren zum herstellen von kondensatroen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren aus abwechselnd geschichteten Metallfolien und Glaslagen, wobei die Kondensatoren unter mechanischem Druck auf etwa die Erweichungstemperatur des Glases erwärmt und abgedichtet und daraufhin einem Gasüberdruck ausgesetzt werden, der bis zur Abkühlung unter die Erweichungstemperatur aufrechterhalten wird.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (deutsche Patentschrift 913 081) dient dazu, die Kondensatorplatten in vorbestimmtem Abstand zueinander zu halten und so weit luft- und feuchtigkeitsdicht abzuschließen, daß stark wechselnde Verhältnisse der Außenbedingungen hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck usw. keinen Einfluß auf die Funktion des Kondensators nehmen können. Um Gasein-Schlüsse innerhalb des Kondensators zu vermeiden, führt man den Abdichtungsvorgang, d. h., das Aufbringen des mechanischen Drucks und das Erwärmen, unter Vakuum durch. Damit ist ein entsprechender Aufwand verbunden. __

Arbeitet man beim Abdichten hingegen unter atmosphärischem Druck, so können die Gaseinschlüsse die elektrischen Eigenschaften des Glases sehr ungünstig beeinflussen. Es kann sogar zu einer Überbrückung der Glasschichten kommen, wodurch sich die Durchschlagfestigkeit des Kondensators erheblich verschlechtert.

Gleichartige Probleme sind bereits bei einem Kondensator bekannt (deutsche Patentschrift 850 473), dessen Dielektrikum aus Kunststoff besteht. Dort wird das Abdichten des Kondensators unter Überdruck durchgeführt. Man nimmt dabei die Gaseinschlüsse in Kauf, setzt diese jedoch innerhalb des Glases so stark unter Druck, daß sich ihr Volumen reduziert. Als Nachteil ergibt sich, daß die Oberfläche des Kondensators uneben wird, da sich an den Stellen der Gaseinschlüsse Vertiefungen bilden.

Würde man an Stelle des Kunststoffs Glas als Dielektrikum verwenden, so können sich derartige Vertiefungen negativ auf die Funktionsfähigkeit des Kondensators auswirken. Insbesondere kann es unter der Einwirkung der stark komprimierten Gaseinschlüsse zu ungünstigen Verformungen der Metallfolien kommen. Abgesehen davon hat sich herausgestellt, daß eine gute Haftung zwischen dem Glas und den Metallfolien vor allem durch Aufbringen von mechanischem Druck erzielt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art unter Vermeidung der oben angedeuteten Nachteile so auszubilden, daß die negativen Einflüsse von Gaseinschlüssen auf das Betriebsverhalten der Kondensatoren in einfacher Weise vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Gasüberdruck angelegt wird, bevor sich flache, im Glas enthaltene Gasblasen in sphärische Gasblasen umwandeln.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Gaseinschlüsse, die sich beim Abdichten eines Kondensators bilden, anfänglich eine flache Form aufweisen. Sobald das Glas bis zum Erweichungspunkt erwärmt wird, wandeln sich diese flachen Blasen oder Schlieren in kugelförmige Blasen um. Dieser Umwandlungsvorgang läßt sich nicht mehr rückgängig machen. Darin liegt die wesentliche Schwierigkeit bei der Herstellung funktionssicherer Kondensatoren. Die kugelförmigen Blasen können nämlich in ihrem Volumen ohne schädliche ^Nöbenwirkungen nicht mehr vermindert werden. S#tzt man sie unter mechanischen Druck, so pressen sie sich flach und behalten dabei ihr ursprüngliches Volumen. Hebt man den mechanischen Druck zu früh auf, so können sie sogar in ihre kugelförmige Gestalt zurückkehren. Setzt man sie dagegen unter Gasdruck, so vermindert sich zwar ihr Volumen, jedoch -bilden sich unebene Glasoberflächen und Verformungen der Metallfolien.

Das Verfahren nach der Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten, da der Gasüberdruck angelegt wird, bevor sich die flachen Gasblasen in sphärische Gasblasen umwandeln können. Das Volumen der flachen Gasblasen kann dann vom Gasüberdruck vermindert werden, ohne daß es zu ungünstigen Verformungen des eigentlichen Kondensators käme. Der Kondensator erhält dadurch sehr gleichmäßige Kapazitätseigenschaften und eine sehr gleichmäßige Durchschlagfestigkeit. Auch läßt sich das Verfahren in einfacher Weise durchführen, da nicht unter Vakuum gearbeitet werden muß.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkfnal der Erfindung ist das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente des Stapels in eine Presse eingebracht werden, die mit Einrichtungen zum Abstützen des Stapels und zum Einstellen der Stapeldicke bei erwärmten Stapel versehen ist.

Der Gasüberdruck kann erfindungsgemäß mindestens 17,5 kp/cm² betragen und vorzugsweise zwischen 52 und 105 kp/cm² gehalten werden.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Anordnung aus Kondensatoreinheiten und Deckplatten,

Fig, 2 eine Schrägansicht eines Kondensatorstapels und seiner Anordnung in einer Presse,

Fig. 3 eine Endansicht des Kondensatorstapels in der Presse,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Hochdruckofen zur Wiedergabe der hermetischen Abdichtung des Kondensatorstapels,

F i g. 5 eine Kurve, in der die Temperatur während des Einschmelzens gegen die Zeit aufgetragen ist, zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Erweichungspunkt des Glases soll als die Temperatur festgelegt werden, bei der die Viskosität des Glases 10⁷>⁶ Poise beträgt.

Die Anordnung aus einzelnen Kondensatoren bestehen aus einer dünnen Glaslage 10, auf der in seitlichen Abständen eine Vielzahl von Plättchen 12 aus Metallfolien angeordnet sind, wobei eine Kante jedes Plättchens nach innen gegenüber der entsprechenden Seitenkante der Glaslage 10 versetzt ist und die andere Kante des Plättchens über die entsprechende andere Seitenkante der Glaslage 10 vorsteht. Auf die Plättchen 12 wird eine zweite Glaslage 14 aufgesetzt, die in Flucht mit den Plättchen 12 eine zweite Reihe von Plättchen 16 aus Metallfolien trägt, die jedoch entgegengesetzt zu den Plättchen 12 angeordnet sind. Über den Plättchen 16 liegt in senkrechter Flucht mit den Glaslagen 10 und 14 eine dritte dünne Glaslage 18. Die Anzahl der abwechselnden Schichten von Glaslagen und Metallfolien ist selbstverständlich durch die gewünschte Kapazität bestimmt, jedoch sind aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellung nur Kondensatoren wiedergegeben, die zwei Schichten von Plättchen aufweisen.

Leitungsdrähte 20 sind durch Punktschweißen od. dgl. an den vorstehenden Teilen der Plättchen 12 und 16 jedes Einzelkondensators befestigt. Wenn die Leitungen aus Draht bestehen, dann werden ihre Enden zweckmäßig abgeflacht oder in anderer Weise verformt, um diesen Anschluß zu erleichtern.

Die sich ergebende Anordnung von Kondensatoreinheiten wird in zwei geformten, einander gegenüberliegenden Deckplatten 22 aus Glas aufgenommen. Jede Deckplatte besteht aus einem flachen Teil 24 mit Rippen oder Wülsten 26 an den Längsseiten. Die umschlossene Einheit wird zweckmäßig so aufgebaut, daß man zunächst die Glaslage 10 zwischen die Wülste einer Deckplatte 22 einlegt. Anschließend folgt der Aufbau der Kondensatoreinheiten in entsprechender Zahl, und schließlich legt man die andere Deckplatte 22 über den fertigen Stapel. Dabei ragen dann entsprechende Leitungsdrähte 20 zwischen den einander gegenüberliegenden Wülsten 26 der Deckplatten hervor.

Die fertige Anordnung 27 wird dann in eine Presse 28 (F i g. 2 und 3) eingesetzt, die aus einer Fußplatte 30, die Dicke des Kondensators regelnden Abstandsstücke 32 und einer Deckplatte 34 besteht. Die Anordnung 27 wird auf der Fußplatte 30 zwischen die Abstandsstücke 32 eingesetzt, wobei die Leitungsdrähte 20 aus der Anordnung zwischen den Abstandsstücken 32 vorstehen. Die Anordnung wird dann durch die Deckplatte 34 abgedeckt. Die Materialien der Presse 28 sind nicht kritisch, wenn sie nur einer Temperatur in der Größenordnung von im wesentlichen der Erweichungstemperatur des Glases widerstehen können und nicht an dem erweichten Glas kleben oder wenigstens dazu gebracht werden können, daß sie nicht mehr am erweichten Glas haften. Dann wird ein Gewicht 36 auf die Deckplatte 34 aufgesetzt. Die Presse wird mit der eingesetzten Anordnung dann auf etwa den Erweichungspunkt des verwendeten Glases erwärmt, wobei die verschiedenen Einzelelemente des Kondensatorstapels mit den benachbarten Einzelelementen zusammenkleben. Das Gewicht 36 sorgt dafür, daß die Deckplatte 34 den Kondensatorstapel zusammenpreßt, bis die Bewegung

ίο der Deckplatte 34 durch die Abstandsstücke 32 zum Stillstand gebracht wird, wobei die Dicke des Kondensatorstapels festgelegt und die einzelnen Teile miteinander verbunden werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein Gewicht, das einen Druck in der Größenordnung zwischen 0,07 und 1,4 kg/cm² auf die Kondensatoranordnung ausübt, ausreicht.

Bevor sich die zwischen den Plättchen aus Metall- · folien innerhalb des dielektrischen Materials, beispielsweise den Plättchen 14 nach Fig. 1, eingeschlossene Luft in kugelförmige Blasen infolge der Oberflächenspannung des erweichten Glases umwandeln kann, wird die Anordnung hohem Gasdruck ausgesetzt, während die Temperatur in der Größenordnung des Erweichungspunktes des Glases aufrechterhalten wird.

F i g. 4 zeigt einen Druckofen 38, in den die Anordnung 27 auf einem geeigneten, nicht an Glas haftenden Träger 40 eingesetzt wird. Die Temperatur wird in diesem Druckofen 38 durch geeignete

Heizvorrichtungen 42 aufrechterhalten. DajiGas wird dem Ofen unter Druck von einer geeigneten, picht gezeichneten Quelle über eine Leitung 44 zugeführt. Der auf die Anordnung ausgeübte Druck führt zu einem Zusammenpressen der eingefangenen Luft, die teilweise in dem Glas in Lösung geht. Das Volumen der sich ergebenden, zusammengedrückten Luftbla- .·-■■ sen ist proportional dem aufgebrachten Druck. /

Die für den Kondensator verwendete Glaszusammensetzung ist nicht kritisch. Man kann jedes hochdielektrische Glas verwenden. Geeignete Gläser sind beispielsweise Alkalibleisilikatgläser mit hoher War- ■ meausdehnung, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 431 980 beschrieben werden.

F i g. 5 zeigt den typischen Ablauf des hermetischen Abdichtvorganges für einen Kondensator. Da sich der Erweichungspunkt für die verschiedenen Gläser ändert, stellt die wiedergegebene Kurve eine solche für die eben erwähnten Gläser dar. Die gestrichelte Linie 46 zeigt die Stelle, an der die,. An- ·

Ordnung dem Gasüberdruck ausgesetzt wird: Die gestrichelte Linie 48 zeigt die Stelle, an deader Gasüberdruck unterbrochen werden kann. Diese Stelle liegt unterhalb des Erweichungspunktes des Glases. Der Druck des Gases ist bestimmt durch die Größe der Blasen, die im Kondensator verbleiben können, ohne einen merklichen Einfluß auf die Kondensatoreigenschaften zu haben. Es hat sich herausgestellt, daß ein Druck von etwa 17,4 kg/cm² bis etwa 350 kg/cm² die Größe der Blasen zufriedenstellend

reduziert, daß jedoch für die meisten Anwendungsgebiete Drucke zwischen 52 und 105 kg/cm² ausreichen. Man kann an sich jedes Gas benutzen, zieht jedoch Stickstoff oder ein ähnliches, inertes Gas vor, um die Oxydation der freiliegenden Kondensatoranschlußdrähte herabzusetzen. Der Gasdruck wird über die gesamte Zeit der Verminderung der Blasengröße aufrechterhalten, desgleichen auch während der Abkühlperiode, bis die Temperatur der Kondensatoran-

•Ordnung beträchtlich unterhalb des Erweichungspunktes des Glases liegt, so daß die Gasblasen ihre verminderte Größe beibehalten müssen.

Bei nach der Erfindung hergestellten Kondensatoren, wobei der auf die Kondensatoren aufgebrachte Gasüberdruck bei etwa 105 kg/cm² lag, wurde das Volumen der endgültigen Blasen um annähernd das lOOfache gegenüber dem Volumen bei Atmosphärendruck reduziert. Die derart in der Größe verminderten Luftblasen haben praktisch keinen merklichen Einfluß mehr auf die Kondensatoreigenschaften.

Die Kondensatoranordnung kann schließlich nach einem geeigneten Verfahren in Einzelkondensatoren zertrennt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren aus abwechselnd geschichteten Metallfolien und Glaslagen, wobei die Kondensatoren unter mechanischem Druck auf etwa die Erweichungstemperatur des Glases erwärmt und abgedichtet und daraufhin einem Gasüberdruck ausgesetzt werden, der bis zur Abkühlung unter die Erweichungstemperatur aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasüberdruck angelegt wird, bevor sich flache, im Glas enthaltene Gasblasen in sphärische Gasblasen umwandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente des Stapels in eine Presse eingebracht werden, die mit Einrichtungen zum Abstützen des Stapels und zum Einstellen der Stapeldicke bei erwärmtem Stapel versehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasüberdruck mindestens 17,5 kp/cm² beträgt und vorzugsweise zwischen 52 und 105 kp/cm² gehalten wird.