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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen reaenerierfähi-en elektrischen
Kondensator, bei dem e C
gegenpolige Beläge gegeneinander versetzt auf die
beiden Seiten von Dielektrikumsfolien aufmetallisiert sind, bei dem diese Dielektrikumsfolien
derart übereinander anaeordnet sind, daß gleichpolige Beläge gegenüberliegen, und
bei dem die Beläge über Stirnkontaktschichten mit Stromzuführungen verbunden sind.
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Es ist bekannt, daß aus metallisierten Kunststoffolien regenerierende
Kondensatoren gewickelt, gefaltet oder gestapelt werden können, in der Art, daß
gegenpolige Beläge nach verschiedenen Seiten des Wickels oder Stapels herausgeführt
werden und daß diese Beläge auf jeweils einer Seite durch das Aufbringen einer elektrisch
leitenden Schicht, vorzugsweise durch das Aufspritzen einer Metallschicht, untereinander
elektrisch leitend verbunden werden. Hierbei wird durch zweckmäßig seitliche Versetzung
der je nach Aufbau gleich oder ungleich breiten Folien dafür gesorgt, daß
die Beläge auf der jeweils gewünschten Seite der Stirnkontaktierung zugänglich gemacht
werden.
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Diesen Anordnungen ist gemeinsam, daß als wirksames Dielektrikum stets
eine Reilienschaltung von Isolierfolie und Luftspalt vorliegt. Dieser Luftspalt
kann zwar kleingehalten werden - beispielsweise durch hohe Folienzüge und/oder
Tempern -, jedoch infolge der fertigungsbedingten Oberflächenrauhigkeiten und Dickenschwankun-en
der Isolierfolien im allgemeinen nicht ganz beseitigt werden. Vielfach besteht,
z. B. bei Flachwickeln, auch die Gefahr, daß sich durch Temperatureinflüsse oder
sonstige Alterungsvorgänge im Laufe der Zeit im Kondensator Luftspalte neu bilden.
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Uni den Luftspalt mit seinen Nachteilen auszuschalten, ist es aus
der deutschen Patentschrift 426 879 und der am 28. 12. 1950
ausgelegten deutschen Patentanmeldung P 23211 VIII c/21 g bekannt,
beidseitig metallisierte Dielektrikumsbänder zu elektrischen Kondensatoren zu verwickeln.
Bei diesen Kondensatoren hängen der Temperaturk-oeffizient der Kapazität und die
Konstanz der Kapazität nur noch von der Dielektrizitätskonstanten, der Foliendicke,
dem Elastizitätsmodul der Folie und dem Wickeldruck ab. Diese sind Parameter, die
sich streng reproduzierbar mit der Temperatur ändern.
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Dennoch haften diesen Kondensatoren verschiedene Nachteile an, die
sich im Betrieb des Kondensators ungünstig auswirken. Hier ist in erster Linie die
problematische »indirek-te#- Kontaktierung eines Belags über den anderen Belag zu
nennen, wie sie beim Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 23211
angewendet
wird. Die Beläge befinden sich zwar in inniger Berührung, sind aber jeweils mit
einer Oxidhaut bedeckt, so daß der Strom diese beiden Oxidhäute durchqueren muß.
Man kann in idealisierender Weise dieser doppelten Oxidhaut einen Widerstand und
eine Kapazität je Flächeneinheit zuschreiben, deren Produkt eine Zeitkonstante
ergibt. Führt man den direkt kontaktierten Belängen Wechselspannungen (auch Spannungsimpulse
infolge von Schaltvorgängen) mit so hohen Frequenzen zu, daß deren Periodendauern
von gleicher Größenordnung oder kleiner werden als die Zeitkonstante der Oxidschicht,
dann bildet sich beiderseits der Oxidschicht eine Spannung aus, die zu Durchschlägen
und damit zu Kapazitätsabbau und Unterbrechung des betreffenden indirekten Kontakts
führt, sobald sie die Größenordnun * -
von 1 bis 5 V erreicht
hat. Selbst wenn es noch nicht zu Durchsclilä-en kommt, muß bei zunehmender Frequenz
mit einem Ansteigen des Verlustfaktors und mit einem Abnehmen der wirksamen Kapazität
gerechnet werden. Von besonderer Problematik ist dabei, daß sich die Zeitkonstante
der Oxidhaut durch Temperaturwechsel, Laggerung, elektrostatische und mechanische
Kräfte usw. noch laufend verändern kann. Die Verwendung von Belagsmetallen, deren
Oxidschichten sehr dünn oder relativ weni- isolierend sind (z. B. Zinn), scheidet
aus, da diese Metalle den Regeneriervorgang beeinträchtigen.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Kondensatoren besteht darin, daß
bei einem Durchschlag durch die Isolierfolie beiderseits des Durchlagkanals jeweils
eine doppelte Belagsschicht liegt, wodurch ein gutes Regenerieren in Frage gestellt
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen regenerierenden Kondensator mit
hoher Kapazitätskonstanz und einwandfreier Kontaktierung aufzubauen.
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Diese Auf-abe wird unter Vermeidunor der oben aufgeführten Nachteile
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen je zwei ganz oder nahezu bis
an die stirnseitigen Kanten benachbarter Dielektrikumsfolien reichende, gleichpolige
Beläge eine Folie so eingelegt ist, daß die bis an die stirnseitigen Kanten
raucriden
Belau#sränder über die Folie hinausra2en und daß die Stirrikontaktschichten
die über die Folie hiiiausra2enden Bela-sränder erfassen.
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Die ein--ele2ten Folien können aus einem Isolierstoff oder einem Metall
bestehen.
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Aus dem deutschen Patent 426 879 ist es bei einem elektrischen
Kondensator bekannt, beidseitig metallisicrte D;eleltrik-uiiisb;nder zu stapeln
und zwischen einander zu2ekehrten und miteinander leitend verbundenen Metallbelägen
gleichen Potentials isoliercnde Schichten einzulegen. Diese Patentschrift
zeigt aber keinen technisch Lan2baren Weg, wie ein geeig neter elektrischer Kontakt
zwischen den gleicilpoli--sele-"en Bclä£zen und den äußeren Stromzuführung menten
hergestellt werden kann. Die Anordnungen nach dieser Patentschrift könnten keinesfalls
durch stirnseitig aufgespritzte Kontaktmetallschichicn kontaktiert werden. weil
die Belagschichten nicht bis an die Stirnseiten reichen und von Isolierschichten
bedeckt sind.
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Die Auf2abe, einen sicheren, d. h. einen für jeden Belag dire)#ten
Kontakt mit der jeweiligen stirnseitigen Kontaktmetallschicht (Schoopschicht) herzustellen,
wird nur durch die Maßnahmen der Erfindung gelöst, und zwar dadurch, daß
- wie oben beschrieben - die zu kontaktierenden Beläge jeweils auf
je-
ner Stirnseite, von der aus sie kontaktiert werden sollen, vorzu2sweise
bis zur Kante der sie tra-enden Folien, mindestens aber bis über die Kante der im
feldfreien Raum eimieleaen Folie hinausgezogen werden, so daß jeder Belag durch
die in den zwischen (yleichpoligen Belägen entstandenen Spalt hineingespritzten
oder sonstwie ein,2ebrachten Kontaktilietallschichten direkt. d. h. ohne
dazwischenlie-ende Oxidschichten, kontaktiert wird.
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An Hand der Figuren soll an Ausführungsbeispielen die Erfindun- näher
erläutert werden.
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Die F i -. 1 und 2 zeiaen Schnitte durch Stapelkondensatoren,
welche z. B. nach dem Trommelwickelverfahren heraestellt sind. Es werden dabei die
Kondensatorbänder auf einer Trommel aufgewickelt und stirnseitic mit Kontaktmetallschichten
versehen. Der so herzestellte Mutterwickel. wird dann in die gewünscl#ten Teilkapazitäten
z. B. zersägt. Die Dielektriumsfolien 1 tragen beidseitig jeweils gegenpolige
Beläge 2, welche z. B. auf-gedampfte Aluminiumschichten sein können. Die zwischengelegten
Folien 3
sowie deren beiderseitige Luftspalte liegen im feld-C freien Rauin
und tragen nicht" zur Kapazität bei. Durch diesen Aufbau wird es icdcn Belaf#
direkt in bekannter Weise, beispielsweise durch Aufspritzen einer Metallschicht.
elektrisch leitend mit den -leichpoliaen Belänen zu verbinden. Es lie!zen sich nur
einfache Belä!ze ueiienüber, so daß ein sieheres rc,-#enerieren izewahileistet ist.
Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl des Isolierstoffs für die Folien
3 in bekannter Weise das Re-enerierverhalten noch weiter verbessert werden.
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Das von den »feldfreien« Folien 3 ein-enommene Totvolumen in
der F i 1 kann durch einen Aufbau nach F i e. 2 auf die Hälfte verkleinert
werden. Die ein-ele#,ti Folie 3 erstreckt sich etwa bis zur Mitte des Kondensatorkörpers
und befindet sich zwischen "leichgepolten Belägen in der Kondensatorkörper hälfte.
in welcher die Stirnkontaktschichten die entsprechenden _eleichgepolten, sich zr
egenüberliegenden, - --
durch die eingelegte Folie getrennten Beläge erfassen.
Die einucle£ite Folie erstreckt sich dabei nicht bis zur äußersten Kante der metallisiertcn
Dielektrikumsfolien 1, sondern läßt die stirnseitia überstehenden Ränder
der aufgedampften Belä-2e2 zur sicheren Kontakt-abe frei. Bezü-lich der Ausschaltung
der Luftspalte und der direkten Kontaktierung gilt das gleiche wie f ür F
i g. 1. Abweichend von der F i g. 1
liezen teilweise wieder
zwei Belä-e aufeinander. Das Re-enerierverhalten wird dadurch nicht beeinträchtigt.
weil die jeweiligen Gegenbcläge in diesem Fall C4 C Z C
stets nur einfach
sind. Ein weiterer Vorteil der Anordnun- nach F i 2. 2 besteht darin, daß auch bei
nicht Crenau sich Jeckenden Belä-en 2 auf den Dielektrikumsfolien 1 die feldfreien
Folien 3 sowie deren beiderseitiL#e Luftspalte feldfrei bleiben. Lediglich
der Luftspalt zwischen den Folien 1 wird entsprechend dem Deck-unasfeliler
der Bc]ä2e in das Feld miteinbezo2en. Die ein2ele2ten Isolierstoffolien
3 können zur Verbesserung der Regeneriereigenschaften herangezocen werden.
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Bei solchen Einsatzfällen, bei denen die Durchschla(YsfestiL,keit
des Dielektrikums kaum ausgenützt wird, kann ein Aufbau nach der F ig.2 vorteilhaft
sein, bei dem die zwischenuele-ten Folien 3 nicht aus Isolierstoff, sondern
aus Metall bestehen. Durch geei-nete Wahl der Metallart und der Dickenverhältnisse
kann damit der Temperaturkoeffizient der Kapazität beeinflußt und die Wärmeableitun-
des Wikkels verbessert werden.