DE3436122C2

DE3436122C2 - Elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE3436122C2
Application number: DE19843436122
Authority: DE
Inventors: Albert Cansell; Michel Boussange
Original assignee: ODAM OFF DISTRI APP MEDICAUX
Current assignee: ODAM OFF DISTRI APP MEDICAUX
Priority date: 1984-03-28
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2004-10-03
Also published as: AU3370884A; AU582548B2; DE3436122A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit mindestens einer Kunststoff-Folie und zwei elektrisch leitenden, durch die Folie getrennten Belägen, wobei jedem Belag mindestens eine Kunststoff-Folie zugeordnet ist, wie er beispielsweise aus dem Prospektblatt "K-Film Capacitors" der Firma Capacitor Specialists Incorporated (CSI), Escondido, Kalifornien, USA, bekannt ist.

Derartige Kondensatoren für hohe Gleichspannung, nämlich Entladekondensatoren für Defibrillatoren sind im wesentli chen in zwei unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Bei der älteren Ausführung weist ein solcher Kondensator mit einer Kapazität mit etwa 45 µF bei einer Spannung von 4200 V, wie er für übliche Defibrillatoren, also Geräte zum Unterdrücken des Herzkammerflimmerns benötigt wird, als Dielektrikum Polyäthylenterephthalatfolien und ein Volumen von etwa 2000 cm³ bis 3000 cm³ auf und hat unter Berücksichtigung des Gehäuses und einer im allgemeinen vorhandenen Füllung mit einem flüssigen Dielektrikum ein Gewicht von etwa 2,3 kg. Die Energiedichte beträgt ungefähr 0,2 J/cm³.

Diese bekannten Kondensatoren haben eine statistische Le bensdauer von etwa 10 000 Entladungen, wobei jedoch ein Anteil von etwa 1% der Kondensatoren schon nach einer relativ kleinen Anzahl von Entladungen, beispielsweise 50 Entladungen, nicht mehr verwendbar ist. Und zwar fallen diese Kondensatoren wegen der starken elektrischen und mechanischen Beanspruchung des Dielektrikums infolge der starken Ströme und hohen Spannungen durch einen Durchschlag zwischen den beiden Belägen des Kondensators aus, und dieser Durchschlag führt zu einem Kurzschluß zwischen den Belägen und sehr häufig auch zu einer Beschädigung des Gehäuses, weil nämlich sehr hohe Druckspitzen im Gehäuse auftreten. Der Kondensator kann dabei sogar explodieren und mechanische Zerstörungen in dem Gerät, in dem er eingebaut ist, verur sachen. Eine derartige Explosion dürfte bei Kondensatoren mit einer gespeicherten Energie von etwa 10 J kaum auftre ten, die Gefahr ist jedoch bei einer gespeicherten Energie ab etwa 20 J nicht vernachlässigbar und steigt mit der Größe der gespeicherten Energie.

Besonders bei tragbaren Defibrillatoren ist das relativ hohe Gewicht und Volumen des Kondensators nachteilig, und es wurde bereits erfolgreich versucht, den Kondensator zu verkleinern. Ein derartiger verkleinerter Kondensator für Defibrillatoren, ist durch das Prospektblatt "K-FILM CAPACITORS" der Firma Capacitor Specialists Incorporated (CSI), Escondido, Kalifornien, USA, bekannt. Der bekannte Kondensator weist als Beläge Aluminiumfolien und als Dielektrikum eine Folie aus einem Polyvinylidenfluorid auf, und diese Folie ist unter dem Markennamen K-FILM bekannt. Der Vorteil dieses Materials liegt in seiner hohen Dielektrizitätskonstante von 10,4 gegenüber einem Wert von 3,2 für Polyäthylenterephthalat. Ein derartiger Kondensator benötigt daher für eine Kapazität von etwa 45 µF bei einer Spannung von 4200 V, wie er für bestimmte Typen von Defibrillatoren benötigt wird, die im Kondensator eine Ladung von etwa 400 J speichern können, ein Volumen von etwa 700 cm³. Das Gewicht unter Berücksichti gung des Gehäuses und einer Flüssigkeitsfüllung beträgt etwa 1 kg. Es besteht jedoch der Nachteil, daß das Dielektrikum einen hohen dielektrischen Verlust von etwa 20% bis 30% aufweist. Dies führt dazu, daß zur Erhaltung der Ladung des voll aufgeladenen Kondensators ständig beträchtliche Ener giemengen zugeführt werden müssen, und wenn dies nicht geschieht, entlädt sich der Kondensator bereits innerhalb weniger Sekunden merklich. Ein vollständiges Aufladen des Kondensators erfordert dabei zusätzlich, daß die Ladeein richtung einen gewissen Mindeststrom liefern muß, damit der von der Ladeeinrichtung gelieferte Strom größer ist als der durch die dielektrischen Verluste aufgezehrte Strom. Die Energiedichte liegt zwischen etwa 0,6 J/cm³ und weniger als 1 J/cm³.

Dieser Kondensator hat eine statistische Lebensdauer von etwa 5000 Entladungen, wobei jedoch auch hier wieder etwa bei 1% der Kondensatoren Frühausfälle auftreten. Auch bei diesem Kondensator besteht die Gefahr, daß er beim Auftreten eines Durchschlags explodiert.

Bei den beiden Arten bekannter Defibrillatorkondensatoren, deren Dielektrikum (Polyäthylenterephthalat bzw. Polyvinyl idenfluorid) eine Durchschlagfestigkeit von 560 V/µm bzw. 350 V/µm hat, ist die Dicke der Kunststoff-Folien so ge wählt, daß im Betrieb keinerlei Durchschläge auftreten können (mit Ausnahme der erwähnten Frühausfälle und dann, wenn der Kondensator das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat und hierbei möglicherweise ebenfalls im Anschluß an einen Durchschlag mechanisch völlig zerstört wird). Ein Durchschlag hat nämlich die sofortige Zerstörung des Konden sators zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Konden sator der eingangs genannten Art eine Konstruktion anzuge ben, die prinzipiell die Anwendung hoher Feldstärken (gemes sen an der Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums, die auch als Grenzfeldstärke oder Durchschlagsfeldstärke bezeichnet werden kann) erlaubt, wobei die Gefahr einer Zerstörung des Kondensators infolge von Durchschlägen klein gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Auswahl des flüssigen Dielektrikums ist nicht nur z. B. dessen chemische Formel von Bedeutung, sondern es sind auch die Imprägnie rungsbedingungen von Bedeutung, nämlich die Temperatur, der angewandte Druck (Höhe des Vakuums) und auch die Dauer der Einwirkung dieser genannten Umgebungseinflüsse. Durch diese Imprägnierungsbedingungen können, die elektrischen Eigen schaften eines bestimmten flüssigen Dielektrikums noch in gewissen Grenzen geändert werden, um dieses flüssige Di elektrikum gemäß der Lehre der Erfindung optimal zu ver wenden.

Als Beispiel für derartige Imprägnierungsbedingungen mag dienen, daß das hauptsächlich verwendete Siliconöl bei einem Druck von 1,33 Pa und einer Temperatur von 100°C gela gert wird, und daß auch beim Tränken eines Kondensators diese Bedingungen beibehalten werden, und zwar während 24 Stunden.

Als Kunststoff wird vorzugsweise Polyester, vorzugsweise Polyäthylenterephtalat, verwendet. Es kann jedoch vorteil haft sein, stattdessen Polypropylen oder ein Polycarbonat zu verwenden.

Als Kondensator wird nachfolgend häufig ein Einzelelement verstanden, nicht also eine Zusammenschaltung beispielsweise mehrerer Kondensatorwickel in Serie oder parallel. Eine derartige Zusammenschaltung wird nachfolgend häufig als Batterie bezeichnet. Die Erfindung soll nicht auf Wickelkondensato ren, die durch Aufwickeln relativ langer schmaler Bahnen gebildet werden, beschränkt sein, wenn auch insbesondere bei Anwendung relativ hoher Spannungen nach derzeitiger Auffas sung der Wickelkondensator, insbesondere wenn er einen kreiszylindrischen Querschnitt hat, die günstigste Konfigu ration ist, weil Störungen, wie sie im Randbereich von Folien oder Metallisierungen auftreten können, dabei gering gehalten werden, und weil auch die mechanische Beanspruchung der Dielektrika, die zu elektrischen Durchschlägen Anlaß geben könnte, weitgehend gering gehalten wird und im wesent lichen überall gleich ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß deswegen, weil die Durchschlagfestigkeit der einzelnen Dielektrika im wesentlichen gleich stark ausgenutzt wird, eine relativ hohe durchschnittliche Feldstärke, die aus der angelegten Spannung und der Gesamtdicke des Dielektrikums sowie einer mittleren Dielek trizitätskonstanten errechnet wird, erzielt werden kann. Es kann dadurch die Spannung gegenüber bekannten Kondensatoren gleicher Abmessungen vergrößert werden, wodurch die spei cherbare Energie steigt. Die Spannung kann insbesondere auch deshalb vergrößert werden, weil wegen der Ausbildung des Kondensators als selbstheilender Kondensator eine Zerstörung des Kondensators durch einen elektrischen Durchschlag nicht zu befürchten ist. Dabei spielt auch der Flächenwiderstand der Metallisierung eine Rolle. Von dem angegebenen Wider standsbereich sind nach derzeitiger Auffassung Widerstände von etwa 2 bis etwa 3 Ohm/ nur in seltenen Fällen empfehlens wert, und es werden daher Flächenwiderstände oberhalb von 5 Ohm/ bevorzugt. Es wurde gefunden, wie die Ausführungsbei spiele zeigen, daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Flächenwiderstände Durchschläge selbst ausheilen, wobei nur relativ geringe Energien zur Ausheilung eines Durchschlags benötigt werden, die je nach Größe des Kondensators im Normalfall einen Anteil von 0,1% bis 1% der gespeicherten Energie ausmachen. Dadurch wird auch eine beliebige Paral lelschaltung von Kondensatoren zu Batterien ermöglicht, weil es zum Erlöschen des Durchschlags nicht erforderlich ist, daß die Kondensatorspannung abfällt.

Je nach Größe und Spannung eines Kondensators kann der Energieabfall, der bei einem Durchschlag mit damit verbun dener Selbstheilung auftritt, maximal 1 bis 30 J betragen. Prozentual beträgt der Energieverlust vorzugsweise höchstens 10%, wiederum vorzugsweise nur etwa 1%.

Regenerierende Metallpapierkondensatoren sind seit vielen Jahrzehnten bekannt. Sie werden jedoch nicht für Gleichspan nungskondensatoren mit hoher Energie, wie sie bei der Erfin dung verwirklicht werden können, verwendet. Insbesondere sind sie nicht in durch einen Durchschlag unzerstörbarer Form für solche Kapazitäten, Spannungen und Energien be kannt, wie die Erfindung sie anzuwenden gestattet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kondensator eine Energiedichte von mindestens 0,6 J/cm³, eine Betriebsspannung von mindestens 600 V und ein Speichervermögen für elektrische Energie von mindestens 10 J aufweist.

Die Erfindung ermöglicht es, bei Verwendung von Papier und Polyester sowie einem flüssigen Dielektrikum eine durch schnittliche Feldstärke zwischen 200 und 500 V/µm anzuwen den, je nach der benötigten Lebensdauer und der benötigten Energiedichte. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist ein Bereich der in einem Kondensator speicherbaren Energie von 10 J bis mindestens etwa 500 J vorgesehen, bei einer anderen Ausführungsform kann die in einem Einzelkondensator spei cherbare Energie zwischen 500 und 1000 J und mehr betragen.

Nachfolgend soll als Endfeldstärke eine Feldstärke bezeich net werden, die beim Betrieb eines bestimmten Kondensators nicht überschritten werden soll, beispielsweise aus Gründen der gewünschten Lebensdauer. Diese Endfeldstärke kann die oben bereits behandelte Grenzfeldstärke, die der Durch schlagfestigkeit entspricht, nicht erreichen.

Nachfolgend werden Anwendungsgebiete der Erfindung in Ab hängigkeit von verschiedenen Feldstärkebereichen behandelt.

Bei einem ersten Bereich beträgt die durchschnittliche Feldstärke etwa 200 bis 300 V/µm. Die erreichbare Energie dichte beträgt dabei etwa 0,6 bis 1,2 J/cm³. Bei einem derartigen Feldstärkebereich können Kondensatoren betrieben werden, die dauernd geladen bleiben müssen, beispielsweise Glättungskondensatoren in Gleichspannungsnetzgeräten, und Kondensatoren für allgemeine Energiespeicherung. Außerdem können in diesem Feldstärkebereich Kondensatoren eingesetzt werden, die Schalt- oder Entladefrequenzen zwischen etwa 0,1 bis 10 Hz haben, und die eine hohe Lebensdauer haben sollen. Hierzu gehören bestimmte Anwendungen in Lasern, wobei die Kondensatoren zum Betrieb der Blitzlampen zum Laser-Pumpen verwendet werden. Andere Anwendungen sind Schaltkondensato ren, und Entladekondensatoren, die meistens mit gleichblei bender Polarität betrieben werden. Ein drittes Anwendungsge biet in dem genannten Feldstärkebereich betrifft den Betrieb eines Kondensators bei Wechselspannung oder mit Schaltfre quenzen, die höher als 10 Hz liegen.

Ein zweiter Bereich der durchschnittlichen Feldstärke liegt zwischen 300 und 450 V/µm der erfindungsgemäßen Kondensato ren. Die Energiedichte beträgt dabei zwischen etwa 1,2 und 2,4 J/cm³. Dieser Feldstärkebereich kann beispielsweise angewendet werden, wenn der Kondensator vor dem Entladen nur bis maximal 30 Sekunden geladen bleibt, wie dies im allge meinen bei Kondensatoren für externe Defibrillatoren der Fall ist. In diesem Feldstärkebereich können auch Kondensa toren für Laser betrieben werden, wenn niedrigere Anforde rungen an Belastung und Lebensdauer als im oben genannten Feldstärkebereich bestehen.

In einem dritten Feldstärkebereich zwischen 450 V/µm und etwa 500 V/µm ist mit den erfindungsgemäßen Kondensatoren eine Energiedichte von 2,4 bis etwa 3 J/cm³ erreichbar. Dieser Energiebereich ist insbesondere dann anwendbar, wenn ein Kondensator sofort nach dem Aufladen entladen wird, und wenn außerdem eine geringe Anzahl von Entladungen notwendig ist, insbesondere weniger als 1000 Entladungen. Ein derarti ger Anwendungsfall ergibt sich z. B. bei implantierten De fibrillatoren.

Falls eine hohe Lebensdauer erwünscht wird, oder falls die räumliche Größe eines Kondensators keine Rolle spielt, weil genügend Platz zur Verfügung ist, so kann es zweckmäßig sein, aus einem der oben angegebenen Feldstärkebereiche in einen anderen Feldstärkebereich mit kleinerer Feldstärke überzugehen, und sogar eine Feldstärke von weniger als 200 V/µm zu verwenden, z. B. bei Wechselspannung.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist eine Energiedichte von mindestens 1 J/cm³ vorgesehen.

Beim Vergleich der Erfindung mit dem oben an zweiter Stelle beschriebenen bekannten Kondensator ergibt sich der Vorteil, daß bei vergleichbarer Betriebsspannung und Kapazität der erfindungsgemäße Kondensator kein größeres Volumen aufweisen muß als der Kondensator mit Polyvinylidenfluorid als Di elektrikum, wobei der erfindungsgemäße Kondensator jedoch eine größere Anzahl von Entladungen ermöglicht und insbeson dere Frühausfälle verhindert sind. Dabei ist auch das Ge wicht des erfindungsgemäßen Kondensators geringer.

Beim Vergleich eines erfindungsgemäßen Kondensators, der Polyäthylenterephtalat verwendet, mit dem oben an erster Stelle genannten bekannten Kondensator, der das gleiche Dielektrikum benutzt, ergibt sich überraschend, daß die Energiedichte und die Lebensdauer dadurch gesteigert werden kann, daß das Dielektrikum, gleiche Betriebsspannung voraus gesetzt, erheblich dünner gemacht wird als bei dem bekannten Kondensator, so daß die Feldstärke im Polyester-Dielektrikum auf 300 V/µm oder mehr ansteigt, wogegen beim bekannten Kondensator lediglich eine Feldstärke von etwa 150 V/µm vorgesehen war. Bei einer derartigen Feldstärke wird bewußt in Kauf genommen, daß während des normalen Betriebs des Kondensators Durchschläge auftreten. Je nach der Feldstärke tritt ein derartiger Durchschlag beispielsweise durch schnittlich nur nach etwa 25; 100 oder 1000 Auflade- und Entladevorgängen auf, oder bei höherer Betriebsspannung tritt sogar bei jedem Aufladevorgang mindestens ein Durch schlag auf. Da jedoch der Kondensator als regenerierender Kondensator ausgebildet ist, schaden diese Durchschläge dem Kondensator nicht, und es hat sich überraschend gezeigt, daß diese Durchschläge nicht einmal die normale Funktion des Geräts, in den der Kondensator eingebaut ist, beeinträchti gen. Das heißt, daß sich durch einen derartigen Durchschlag die Aufladezeit des Kondensators, die beispielsweise für die Aufladung auf 4000 V 10 sec betragen soll, nicht merklich vergrößert. Auch sinkt die Spannung infolge eines derartigen Durchschlags nur geringfügig ab, beispielsweise von 4000 V auf 3990 V. Ein derartiger Spannungsverlust ist für die meisten Verwendungen bedeutungslos. Der Verlust an elektri scher Energie beträgt bei einer Kapazität von 45 µF etwa 2 J (Joule) und ist für die Funktion ebenfalls vernachlässigbar. Die zuletzt genannte relativ geringe Energie von 2 J, die nur einen kleinen Bruchteil der gespeicherten Energie be trägt, reicht bei diesem speziellen Kondensator für die Selbstheilung der Durchschlagstelle aus.

Ein Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß die hohe Energiedichte und Feldstärke erreicht werden kann, ohne daß eine mosaikartig unterteilte Metallisierung verwendet werden muß. Dadurch ist der Kondensator einfach herstellbar. Der Kondensator könnte nach derzeitiger Auffassung jedoch auch unter Verwendung einer mosaikartigen Unterteilung herge stellt werden, wobei jedoch, soweit zur Zeit bekannt, keine wesentlichen Vorteile erreicht werden.

Dadurch, daß die die Regenerierfähigkeit unterstützende Schicht eine faserige Struktur hat, also nicht etwa durch einen Lack auf Cellulosebasis gebildet wird, ergibt sich ein . fester Zusammenhalt dieser Schicht nach allen Richtungen, insbesondere auch dort, wo elektrische Durchschläge statt finden, und hierdurch wird gemeinsam mit einer ausreichend dünnen Metallisierung die Lebensdauer des Kondensators und insbesondere die Tatsache, daß er durch elektrische Durch schläge nicht zerstörbar ist, sichergestellt. Bei der fase rigen Struktur könnte es sich um ein Gewebe handeln. Nach derzeitiger Ansicht billiger und für die Erfindung völlig ausreichend ist jedoch eine faservliesartige Struktur, wie sie beim Papier vorhanden ist. Als Fasern sind künstlich hergestellte Fasern (sogenannte regenerierte Fasern), bei spielsweise aus Celluloseacetat, möglich. Es werden jedoch Faserstrukturen, die aus natürlichen Pflanzenfasern gewonnen sind, bevorzugt. Dies insbesondere deswegen, weil künstliche entsprechend dünne Faserstrukturen sehr schwer herzustellen wären. Ein hinreichend fester mechanischer Zusammenhang der faservliesartigen Struktur erscheint wichtig. Ein derartiger fester Zusammenhang ist beispielsweise bei Papier vorhanden. Die genannten Stoffe halten die beim Durchschlag auftretende hohe Temperatur aus, die auch in einem gewissen Umkreis um die Durchschlagstelle dort, wo die Metallisierung verdampft, auftritt. Dagegen wäre die Polyesterfolie nicht als Träger für die Metallisierung geeignet, da die Polyesterfolie beim Auftreten eines Durchschlags geschädigt würde.

Dadurch, daß der Kondensator selbstheilend ist, kann der Kondensator infolge von Durchschlägen nicht beschädigt werden, und somit ist auch das Problem der Frühausfälle gelöst. Der Kondensator hat eine Lebensdauer von weit mehr als 10 000 Entladevorgängen, was für viele Verwendungen, z. B. für einen Defibrillator, völlig ausreicht. Das Ende der Lebensdauer des Kondensators macht sich nicht durch einen plötzlichen Ausfall des Kondensators bemerkbar, sondern dadurch, daß durch die Entladevorgänge, bei denen ein rela tiv hoher Strom, der je nach Anwendungsfall weniger als 100 A oder auch 1000 A oder mehr betragen kann, fließt, die Metallisierung des Kondensators geschädigt wird, und daß bei jedem Durchschlag, bei dem ein kleiner Anteil der Kondensa torfläche infolge des Regeneriereffekts zerstört wird, die wirksame Kapazität des Kondensators langsam abnimmt.

Es kann daher ein erfindungsgemäßer Kondensator notfalls weit über seine vorgesehene Benutzungsdauer im Gerät blei ben, falls aus irgendwelchen Gründen ein fabrikneuer Ersatz kondensator nicht rechtzeitig zur Verfügung steht.

Die bei einem auftretenden Durchschlag am Ort des Durch schlags in Wärme umgesetzte elektrische Energie ist so klein (gemäß dem obigen Beispiel 2 J), daß hierdurch, selbst wenn das Kondensatorgehäuse vollständig mit flüssigem Dielektri kum gefüllt ist, keine so starken Druckspitzen auftreten, daß das Gehäuse undicht werden kann. Dies ist überraschend angesichts der Tatsache, daß der Kondensator eine sehr hohe Energie von beispielsweise 400 J gespeichert haben kann und angesichts der Tatsache, daß bereits bei herkömmlichen Kondensatoren mit einer gespeicherten Energie ab 10 J ein Durchschlag des Kondensators zur Zerstörung des Gehäuses oder zum Kurzschluß führen kann.

Für den erfindungsgemäßen Kondensator erscheint es wichtig, daß die beiden Beläge mit den ihnen zugeordneten Kunst stoff-Folien eine gewisse Mindestbreite haben. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite etwa 8 cm und die. Länge über 40 m. Es besteht dann bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenwiderstand der Metallisierung für den Strom, der zu einer Durchschlagstelle strömt, ein relativ hoher mittlerer Widerstand, weil dieser Strom die Metalli sierung von nur einer Schicht von den Randmetallisierungen her durchfließen muß. Dagegen fließen der normale Entla destrom und der Ladestrom des Kondensators durch mit den Längskanten der Metallisierungen in Verbindung stehende Kontakte, nämlich über auf die Stirnflächen des im wesentli chen zylindrischen Kondensatorwickels aufgebrachte Metall schichten, ab bzw. zu, und dabei sind alle Widerstände der einzelnen Metallisierungen parallel geschaltet. Somit ist der Gesamtwiderstand gering.

Wenn eine Mehrzahl von Kunststoff-Folien jedem Belag zuge ordnet ist, kann außerdem die Spannungsfestigkeit des Di elektrikums besser ausgenutzt werden, weil zufällig vor handene Fehlerstellen im Dielektrikum nicht in mehreren Folien an genau übereinanderliegenden Stellen vorkommen werden. Dadurch wird die Anzahl der Durchschläge relativ klein gehalten. Ein einzelner Durchschlag schadet dem Kon densator zwar nicht, es würde jedoch die Kapazität des Kondensators möglicherweise auf Dauer nachteilig beeinflußt, wenn aufgrund der Schadhaftigkeit einer Folie bei jedem Aufladevorgang sehr viele Durchschläge auftreten würden.

Der erwähnte Flächenwiderstand ist von der Art des Metalls und der Dicke der Metallschicht abhängig; dieser Flächenwi derstand wird für ein quadratisches Flächenelement angege ben, wobei der Wert des Flächenwiderstands von der tatsäch lichen Größe des quadratischen Flächenelements unabhängig ist.

Die beim Kondensator verwendeten unterschiedlichen Dielek trika (z. B. Polyester und getränktes Papier) haben eine unterschiedliche elektrische Durchschlagfestigkeit, was gleichbedeutend ist mit einer unterschiedlichen Grenzfeld stärke. Als Grenzfeldstärke soll hier eine Feldstärke ver standen werden, bei der mit Sicherheit an jeder beliebigen Stelle des Dielektrikums ein Durchschlag erfolgt. Erfin dungsgemäß ist der Kondensator so konstruiert, daß diese unterschiedlichen Grenzfeldstärken im wesentlichen gleich stark ausgenutzt werden, beispielsweise jeweils 80% der Feldstärke an jedem Dielektrikum anliegt, bei der dieses Dielektrikum durchschlägt.

Deswegen, weil die hohe Gleichspannung am Kondensator nicht nur äußerst kurzzeitig wirksam ist, sondern im allgemeinen mehrere Sekunden, spielt für die sich einstellende Feldstär ke in den verschiedenen Dielektrika offenbar der ohmsche Widerstand der Dielektrika eine Rolle. Dieser hier als Isolationswiderstand bezeichnete Wert ist umso größer, je größer die Dicke des Dielektrikums ist, und umso kleiner, je größer die Fläche des Dielektrikums ist. Hieraus ergibt sich, daß dann, wenn ein Kondensator unter Verwendung ledig lich eines einzigen Dielektrikums hergestellt wird, das Produkt des Isolationswiderstands multipliziert mit der Kapazität des Kondensators eine Materialkonstante ist, die allerdings stark von den jeweiligen Meßbedingungen, bei spielsweise der Temperatur und der Spannung, und ganz beson ders von dem Imprägnierungsmittel (flüssigem Dielektrikum) sowie von den Imprägnierungbedingungen (Temperatur, Druck), abhängt. Dann, wenn mit Hilfe dieses Dielektrikums ein spezieller Kondensator hergestellt ist, so ergibt sich aus der Fläche und der Dicke des Dielektrikums und somit aus der Kapazität, die sich ergeben würde, wenn man beide Seiten des Dielektrikums mit leitenden Belägen versehen würde, der Isolationswiderstand, der in Ohm oder MegOhm gemessen wird. Die oben genannte Materialkonstante wird hier als spezifi scher Isolationswiderstand bezeichnet. Die soeben genannten Imprägnierungsbedingungen haben insofern einen Einfluß, als dann, wenn das flüssige Dielektrikum bei verhältnismäßig hoher Temperatur und einem sehr geringen Druck, also einem guten Vakuum, zum Tränken verwendet wird, der Luftgehalt des Dielektrikums sehr gering ist, so daß der Isolationswider stand des Dielektrikums sehr hoch ist. Es können daher durch die Imprägnierungsbedingungen die elektrischen Eigenschaften des flüssigen Dielektrikums, beispielsweise des Silikonöls, in gewissen Grenzen geändert werden.

Bei relativ geringen Feldstärken, also dann, wenn der Iso lationswiderstand der Dielektrika für die Feldstärke keine Rolle spielt, stellt sich die Feldstärkeverteilung und dadurch die Spannungsverteilung in Abhängigkeit von den Dielektrizitätskonstanten der verschiedenen Dielektrika ein.

Der Einfluß des Isolationswiderstands auf die Feldstärkever teilung im Kondensator wird deutlich, wenn man sich einen Kondensator, der beispielsweise ein Dielektrikum aus einer Folie Polyester und einer Papierschicht aufweist, als die Serienschaltung von zwei Kondensatoren vorstellt, von denen der eine ein Dielektrikum nur aus Polyester und der andere ein Dielektrikum nur aus Papier aufweist, und jedem Konden sator ist ein Widerstand parallel geschaltet, der dem Iso lationswiderstand der speziellen Polyesterschicht bzw. der speziellen Papierschicht (unter Berücksichtigung eines vorhandenen flüssigen Dielektrikums) entspricht. Diese ebenfalls in Serie geschalteten Widerstände des Ersatz schaltbildes beeinflussen die Spannungsverteilung an den Kondensatoren und somit die elektrische Feldstärke in den unterschiedlichen Dielektrika.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Dielektrika und ihre Dicke sowie das flüssige Dielektrikum und die Impräg nierungsbedingungen so zu wählen, daß für die einzelnen Dielektrika das Verhältnis der jeweiligen Grenzfeldstärke (wie oben definiert) zum Isolationswiderstand (wie oben definiert) im wesentlichen gleich ist. In diesem Fall liegt auch die gewünschte gleichmäßige Ausnutzung der Durchschlag festigkeit der unterschiedlichen Dielektrika vor. Die aus der Literatur bekannten Werte für den spezifischen Isola tionswiderstand sind für sehr kleine Spannungen, beispiels weise wenige Volt, gültig. Dann, wenn die auftretende Feld stärke sich der Grenzfeldstärke nähert, wie dies bei den erfindungsgemäßen Kondensatoren der Fall ist, hat dieser spezifische Isolationswiderstand einen Wert, der nur einen Bruchteil des Wertes bei niedriger Spannung beträgt. Es ist nicht sicher, ob diese Verringerung des spezifischen Iso lationswiderstandes bei den verschiedenen Dielektrika im Kondensator jeweils um den gleichen Faktor erfolgt. Bei dem im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kondensator wird die Spannungsfestigkeit oder Grenzfeldstärke der Dielektrika zu etwa 80% ausgenutzt. Die Tatsache, daß nur selten Durch schläge auftreten, deutet darauf hin, daß der spezifische Isolationswiderstand bei sehr hohen Feldstärken für den vorliegenden Anwendungsfall hinreichend genau um den glei chen Faktor reduziert wird. Die Verringerung des Isolations widerstandes bei hohen Feldstärken tritt bereits während des Aufladens des Kondensators auf. Wenn die Feldstärke in einem der Dielektrika sich der Durchschlagfeldstärke nähert, verringert sich dessen Isolationswiderstand, und hierdurch erhöht sich dann die Feldstärke am anderen Dielektrikum schneller. Dies wird bei Betrachtung des oben genannten Ersatzschaltbildes klar. Folglich sorgt während des Auflade vorganges die genannte Spannungsabhängigkeit der Isolations widerstände dafür, daß die Verhältnisse der tatsächlichen Feldstärke zur Grenzfeldstärke in den verschiedenen Dielekt rika jedenfalls nicht so stark voneinander verschieden sind, daß der Erfindungszweck nicht erreicht würde. Je näher die Feldstärke an der Grenzfeldstärke liegt, umso kleiner ist der Isolationswiderstand.

Die Abnahme des Isolationswiderstands bei hohen Feldstärken wurde mit folgender Meßanordnung ermittelt:

Es wurde eine Kondensatorbatterie mit zwei parallel geschal teten Kondensatoren mit einer metallisierten Papierschicht und zwei Polyesterschichten mit einer Dicke von jeweils 6 µm und Siliconöl als flüssigem Dielektrikum mit einer Kapazität von jeweils 11 µF verwendet. An die Anschlußklemmen dieser Batterie wurde ein Außenwiderstand von 1 Gigaohm (GOhm) angeschlossen. Die Batterie wurde auf eine Spannung von 4280 V Gleichspannung aufgeladen und die Abnahme der Span nung über die Zeit aufgezeichnet. Die Entladekurve zeigte nur geringe Abweichungen von dem Fall, daß die Batterie ausschließlich über den Außenwiderstand entladen wird und somit keinerlei innere Verluste hat. Daraus konnte geschlos sen werden, daß der Isolationswiderstand der Batterie größer als 100 GOhm ist. Die gleiche Batterie wurde nun auf eine Spannung von 6000 V aufgeladen. Bereits nach 38 Mi nuten war die Spannung auf 5000 V abgesunken. Wenn man diese Spannungsabnahme als das Ergebnis eines konstanten Isola tionswiderstands ansieht, so ergibt sich dieser zu etwa 1,55 GOhm. Die Abnahme der Spannung erfolgt jedoch unmittel bar nach Aufladung auf 6000 V sehr viel rascher als bei einer sich mit einem Isolationswiderstand von 1,55 GOhm ergebenden Zeitkonstante. Der Isolationswiderstand ist somit bei einer Spannung von 6000 V noch erheblich kleiner als 1,55 GOhm. Durch Auswertung der Steilheit der Entladekurve in nächster Nähe des Zeitpunkts der Vollaufladung kann auf eine Zeitkonstante kleiner als 1 Sekunde bei dieser speziel len Batterie geschlossen werden. Diese Zeitkonstante wirkt bereits gegen Ende des Aufladevorgangs und beeinflußt dadurch die Feldstärken. Der stark verminderte Isolations widerstand bzw. die stark verringerte Zeitkonstante unmit telbar am Beginn der Entladekurve deuten auf die Abnahme von mindestens einem der beiden in Serie geschalteten Isola tionswiderstände, die den Dielektrika zugeordnet sind.

Die starke Abnahme des Isolationwiderstands bei Annäherung an die Grenzfeldstärke hat noch folgenden für die Lebensdau er des Kondensators günstigen Effekt: Es wird angenommen, daß beispielsweise der soeben geschilderte Kondensator erstmals auf eine Spannung von 6000 V aufgeladen wird. Dabei müßte jeder der gedachten Teilkondensatoren, der einerseits nur Papier und andererseits nur Kunststoff als Dielektrikum enthält, die gleiche Ladung enthalten, wenn keine Selbstent ladung infolge der nicht vernachlässigbaren Isolationswider stände vorhanden wäre. Durch die Selbstentladung, die im Normalfall nicht bei beiden Dielektrika gleich stark ist, wird somit einer der gedachten Teilkondensatoren eine gerin gere Ladung enthalten als der andere. Wird der ganze Konden sator nun nach außen entladen, so daß an seinen Klemmen eine Spannung von 0 V gemessen wird, so sind dennoch die Teilkon densatoren wegen ihrer vor dem Entladen unterschiedlichen Ladung nicht völlig entladen, sondern der eine Teilkondensa tor, der keine Ladung verloren hatte, als er aufgeladen war, ist mit seiner ursprünglichen Polarität geladen und der andere Teilkondensator ist demgegenüber gegenpolig aufgela den. Die an diesen Teilkondensatoren noch wirksamen Spannun gen sind jedoch verhältnismäßig gering, so daß bei diesen Spannungen der Isolationswiderstand der Dielektrika als unendlich hoch angesehen werden kann. Die Teilkondensatoren werden daher ihre Ladung über einen langen Zeitraum, bei spielsweise mehrere Wochen oder Monate, beibehalten können. Wird der Kondensator nun wieder aufgeladen, so muß durch den Ladestrom der gegenpolig aufgeladene Teilkondensator erst völlig entladen und anschließend in umgekehrter Richtung wieder aufgeladen werden und kann daher dann, wenn dem Kondensator eine bestimmte Ladung zugeführt wird, nur eine geringere Ladung aufnehmen als der andere Teilkondensator. Dadurch wird die an dem ursprünglich gegenpolig aufgeladenen Teilkondensator anliegende Spannung und Feldstärke geringer sein als beim erstmaligen Aufladen, so daß die Feldstärke an diesem Teilkondensator und seine Selbstentladung geringer sein wird als beim erstmaligen Aufladen, und hierdurch wird die elektrische Beanspruchung des Kondensators verringert und dadurch die Lebensdauer vergrößert. Insbesondere kann durch den beschriebenen Effekt in vielen Fällen verhindert werden, daß beim erneuten Aufladen Durchschläge und mit diesen verbundene Selbstheilungen auftreten.

Dieser theoretische Effekt, der meßtechnisch nicht erfaßbar ist, wurde experimentell nachgewiesen, jedoch nicht mit einzelnen Dielektrika, die den Kondensator bilden (weil man einzelne Dielektrika nicht auf die hier praktizierten Feld stärken bringen kann), sondern mit zwei ganzen Kondensatoren (Kondensatorwickel) der bezeichneten Art mit unterschied licher Kapazität. Zwei in Serie geschaltete Kondensatoren haben sich so verhalten, wie die einzelnen verschiedenen Dielektrika eines einzelnen Kondensators nach der oben angeführten Überlegung, selbstverständlich nur, wenn eine so hohe Spannung angelegt wurde, daß einer der beiden Kondensa toren seine Grenzfeldstärke erreichte und hohe Verluste bzw. Selbstheilungen aufwies. Nach Entladung und dauerndem Kurz schluß der Serienschaltung wurde anschließend gemessen, daß beide Kondensatoren gegenpolig geladen blieben, und zwar mit etwa 20% der beim Aufladen erreichten Spannung. Dieser Effekt, der also einen realen Kondensator betrifft, ist von großem Vorteil, wenn solche Kondensatoren als Batterie in Serie geschaltet werden, weil dann bekanntlich mit unglei cher Spannungsverteilung aufgrund verschiedener Kapazitäten gerechnet werden muß. Es kann auch eine momentane Spannungs ungleichheit zwischen zwei in Serie geschalteten Kondensato ren während des Aufladens auftreten. Solche Fehler durch schlechte Spannungsverteilung sind bei Serienschaltung der erfindungsgemäßen Kondensatoren nicht schädlich, weil er stens beim Erreichen der Grenzfeldstärken (oder der Grenz feldstärke eines der Dielektrika) eines Kondensators dieser dank der Selbstheilung nicht zerstört wird, und weil zwei tens durch die nach dem Entladen der Serienschaltung ver bleibende gegenpolige Ladung dieser gegenpolig aufgeladene Kondensator bei einem erneuten Aufladevorgang gegen Über lastung geschützt ist.

Insgesamt hat der erfindungsgemäße Kondensator (bei Verwen dung von Polyäthylenterephtalat) gegenüber dem eingangs geschilderten Kondensator mit dem Dielektrikum Polyvinyli denfluorid den Vorteil eines nur geringen dielektrischen Verlustes von etwa 0,1 bis 0,5%. Insbesondere beim Betrieb aus Akkumulatoren, wie er für Defibrillatoren allgemein üblich ist, kann eine erhöhte Anzahl von Schocks aus einer einzigen Akkumulatorladung gewonnen werden. Gegenüber den oben ebenfalls genannten bekannten Kondensatoren, die Poly äthylenterephthalat als Dielektrikum aufweisen, hat er den Vorteil einer erheblich größeren Energiedichte, d. h. eines viel kleineren Volumens.

Ein Vorteil der Erfindung liegt auch in ihrem im Vergleich zu den bekannten Entladekondensatoren erheblich geringeren Gewicht. Die bekannten Kondensatoren verwenden nämlich separate Metallfolien als Beläge, und diese Metallfolien haben eine erheblich größere Dicke und somit ein erheblich größeres Gewicht als die Metallisierung.

Bei Ausführungsformen der Erfindung ist der Belag die Metal lisierung eines Metallpapiers. Das Metallpapier ist, wie an sich bekannt, Lackpapier mit aufgedampftem Zink oder Alu minium und mit dem flüssigen Dielektrikum getränkt, vorzugs weise mit einem Siliconöl. Siliconöl hat sich als besonders günstig erwiesen, da es die Anzahl der beim normalen Betrieb auftretenden Durchschläge in Grenzen hält. Dagegen haben Versuche beispielsweise mit Rizinusöl gezeigt, daß ein derartiges Öl eine Vielzahl von Durchschlägen hervorruft.

Obwohl die einzelnen Durchschläge für den Kondensator nicht schädlich sind, besteht dennoch im allgemeinen das Bestre ben, die Anzahl der Durchschläge relativ gering zu halten.

Der Vorteil dieser Ausführungsform mit Metallpapier liegt darin, daß das als Träger der Metallisierung dienende Pa pier, nämlich Lackpapier, recht hohe Temperaturen verträgt, so daß beim Auftreten von Durchschlägen eine hohe Sicherheit gegen Beschädigungen des Kondensators besteht. Durch die Verwendung des Metallpapiers für die beiden Beläge ist der Kondensator mit hoher Sicherheit regenerierfähig, er heilt also bei auftretenden Spannungsdurchschlägen dadurch aus, daß in der Umgebung der Durchschlagstelle die Metallschicht des Metallpapiers verdampft. Durch die Verwendung mindestens zweier, vorzugsweise genau zweier Kunststoff-Folien aus dem angegebenen Dielektrikum, ist es möglich, die Durchschlag sicherheit gegenüber der Verwendung einer einzigen Folie erheblich zu steigern, da die Wahrscheinlichkeit des Auftre tens von Fehlstellen in den Kunststoff-Folien an genau der gleichen Stelle sehr unwahrscheinlich ist.

Es lassen sich mit einem Bereich des Flächenwiderstandes von etwa 2 bis 15 Ohm/ Kondensatoren, die sich für externe Defi brillation eignen, mit einer Speicherenergie von etwa 400 J verwirklichen. Diese können als Einzelwickel oder als Paral lelschaltung von mehreren Wickeln realisiert werden. Die Gesamtkapazität solcher Kondensatoren beträgt etwa 10 bis 50 µF und die angelegte Gleichspannung beträgt etwa 4000 V bis 6000 V. In Einzelfällen wie bei interner De fibrillation können jedoch auch Gleichspannungen bis herab zu 600 V verwendet werden. Wenn mehrere Kondensatorwickel oder fertige (in einem Gehäuse eingeschlossene) Kondensa toren zur Schaffung der genannten Speicherenergie von etwa 400 J oder für noch größere Speicherenergien parallelge schaltet werden, so kann dies ohne besondere Maßnahmen zur Energietrennung geschehen, die Kondensatorwickel oder Kon densatoren können daher durch dicke Drähte miteinander verbunden werden.

Eine beliebige Parallelschaltung der erfindungsgemäßen Kondensatoren zu Kondensatorbatterien ist deshalb möglich, weil die einzelnen Durchschläge im Kondensator nicht dadurch erlöschen, daß die Kondensatorspannung absinkt. Hier für müßte ein Großteil der gespeicherten elektrischen Ener gie in dem Durchschlag umgesetzt werden. Es wäre dann nicht möglich, mehrere Kondensatoren parallel zu schalten, weil sich dann die elektrische Energie aller parallel geschalte ter Kondensatoren durch einen elektrischen Durchschlag entladen würde, wodurch mindestens der durchgeschlagene Kondensator mit Sicherheit zerstört würde.

Es kann vorteilhaft sein, Flächenwiderstände von maximal bis zu 30 Ohm/ für die Metallisierungen zu verwenden. Dann ist es jedoch zweckmäßig, im Randbereich der Metallisierungen, dort wo die Verbindung zu einer aufgespritzten Metallschicht für die Verbindung mit den Anschlußdrähten vorhanden ist, die Metallisierung etwas dicker zu machen und ebenfalls mit einem Flächenwiderstand zwischen 1 und 15 Ohm/.

Die meisten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik hat die Erfindung vermutlich in einem Spannungsbereich von mehr als 1000 V und einem Energiebereich von mehr als 10 J. Kondensa toren mit einem Energiebereich von etwa 200 J bis 500 J werden für externe Defibrillation von Erwachsenen benötigt. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar für Kondensatoren mit einer speicherbaren Energie zwischen 50 J und 200 J. Diese Kondensatoren werden benötigt für die externe De fibrillation bei Kindern und für die Cardioversion, das ist die Behandlung von anderen Rhythmusstörungen als Kammerflim mern (Kammerflimmern = ventrikuläre Fibrillation). Schließ lich ist die Erfindung auch für Kondensatoren mit einem Bereich zwischen 10 J und 50 J der speicherbaren Energie geeignet, wie sie für interne Defibrillation, also für inplantierte Defibrillatoren benötigt wird. Jeder dieser einzelnen Energiebereiche wird für sich als erfindungs wesentlich angesehen.

Die Energiedichte, die mit einem Kondensator mit Metallpa pier und zwei Kunststoff-Folien, wie er oben beschrieben wurde, erreichbar ist, wobei das Papier und die Folien jeweils 6 µm dick sind, beträgt etwa 1,2 J/cm³. Beispiels weise weist ein Kondensator, der zwei Wickel von je 11 µF enthält, die elektrisch parallelgeschaltet sind, bei einer Spannung von 6 kV eine elektrische Energie von 400 J auf und findet in einem Gehäuse von 350 cm³ Platz. Er hat ein Ge wicht von etwa 510 g.

Mit dem gleichen konstruktiven Aufbau, jedoch mit kleinerer Dicke der verschiedenen Dielektrika, können bei gleicher Energiedichte Kondensatoren für implantierbare Defibrillato ren mit folgenden Eigenschaften verwirklicht werden: Die Speicherenergie beträgt zwischen 10 J und 50 J (vorzugsweise 20 J bis 50 J) mit weitgehend beliebigen Kapazitäts- und Spannungswerten.

Vorzugsweise sind beim erfindungsgemäßen Kondensator zwei Kunststoff-Folien vorgesehen, und die Dicke des Papiers (Lackpapier) und jeder Kunststoff-Folie beträgt etwa 6 µm. Die Dicke der Metallisierung aus Zink beträgt dabei, um den angegebenen Flächenwiderstand von etwa 2 bis 15 Ohm/ zu verwirklichen, etwa 0,01 bis 0,02 µm. Die Energiedichte, die sich mit einem derartigen Kondensator verwirklichen läßt, liegt bei der Betriebsspannung (je nach Anwendungsgebiet) etwa im Bereich zwischen 0,5 J/cm³ und 1,2 J/cm³. Während bei dieser Ausführungsform der Erfindung somit das Dielekt rikum eine Gesamtdicke von etwa 18 µm hat, was bei einer Spannung von etwa 6000 V eine durchschnittliche Feldstärke über das Gesamtdielektrikum von 333 V/µm ergibt, liegt die Belastung handelsüblicher Kondensatoren unter 150 V/µm. Bei der Erfindung kann also die Spannungsfestigkeit des Dielek trikums sehr viel stärker ausgenutzt werden als beim Stand der Technik.

Bei den bisher besprochenen Ausführungsformen, bei denen der Flächenwiderstand etwa 2 bis 15 Ohm/ beträgt, ist vorzugswei se ein Bereich von etwa 5 bis 10 Ohm/ verwendet, weil dieser Bereich für die meisten Ausführungsformen am günstigsten erscheint. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen mit einem Flächenwiderstand zwischen etwa 2 und 15 Ohm/ ist durch die Wahl dieses Flächenwiderstands gewährleistet, daß die für die Selbstheilung der Metallisierung verbrauchte Energie klein bleibt und keine zerstörerische Auswirkung hat. Bei diesen Ausführungsformen ist die Belastbarkeit des Kondensa tors und/oder seiner Lebensdauer, in der Anzahl von Lade- und Entladezyklen gemessen, begrenzt.

Untersuchungen mit einem der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Kondensatorwickel mit einer Kapazität von 11 µF bei einer Spannung von 6000 V, entsprechend einer gespeicherten Energie von 200 J, haben ergeben, daß bei einem Entladestrom von 1000 A bei 10.000 Entladungen kein Abbau der Metallisierung feststellbar war. Im Augenblick ist nicht bekannt, wieviele Entladungen bei einem derartigen Kondensator tatsächlich durchgeführt werden können, bis die Metallisierung sich zu einem merklichen Betrag abgebaut hat, wodurch ein Verlust an Kapazität hervorgerufen wird.

Zur Erfindung gehörig werden nicht nur einzelne Kondensator wickel mit oder ohne Gehäuse oder, wie im Ausführungsbei spiel beschrieben, die Parallelschaltung einiger weniger Wickel zu einer in einem Gehäuse angeordneten Batterie angesehen, sondern zur Erfindung gehören auch Kondensatoren, die eine Vielzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Kondensatoren entweder in einem gemeinsamen Gehäuse oder eine solche Parallel- bzw. Serienschaltung von in Gehäuse eingeschlossenen Einzelkondensatoren oder kleinen Kondensatorbatterien aufweisen.

Insbesondere dann, wenn der Kondensator mit räumlich kleinen Abmessungen und für niedrigere Betriebsspannungen, als die bisher genannten maximalen Betriebsspannungen, verwendet werden soll, kann es zweckmäßig sein, ein besonders dünnes Papier zu verwenden. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Kondensatorpapier mit einer Dicke von höchstens 5 µm und insbesondere mit einer Dicke zwischen 2,5 µm und 5 µm zu verwenden. Soweit bekannt, ist ein derartig dünnes Kondensa torpapier zur Zeit im Handel nicht erhältlich.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein derarti ges dünnes Kondensatorpapier durch Pressen eines dünnen handelsüblichen Kondensatorpapiers von beispielsweise 6 µm Dicke hergestellt sein. Vorzugsweise erfolgt das Pressen unter dem Einfluß von Wärme und Feuchtigkeit, wobei das Papier eine relative Feuchtigkeit von 20% bis 40% aufweist und einer Temperatur von 60°C bis 120°C ausgesetzt ist. Vorteilhaft erfolgt das Pressen durch Walzen, zwischen denen das als Ausgangsmaterial verwendete Papier hindurchgeführt wird. Anstatt einer Anfeuchtung durch Wasser, insbesondere Wasserdampf, oder zusätzlich, kann auch ein Befeuchten mit einem Lack, der die Papierstruktur nach dem Pressen fixiert, oder ein chemisches Mittel, insbesondere ein die Fasern erweichendes Mittel, verwendet werden.

Durch Zerstörung der Membran natürlicher Cellulosefasern können dünnere, die Fasern bildende Cellulose-Fibrillen gewonnen werden. Bei der üblichen Herstellung des Papier breies zur Fertigung von Papier enthält der Papierbrei bereits einen Anteil von etwa 10 bis 20% derartiger Cellu lose-Fibrillen. Diese Fibrillen können aus dem Papierbrei, der ggf. mit Wasser stärker verdünnt werden müßte, durch Einwirkung natürlicher oder künstlicher Schwerkraft, also durch Absetzen oder Zentrifugieren, gewonnen werden. Die massiveren Cellulosefasern setzen sich schneller ab als die feineren Cellulosefibrillen. Wenn aus diesen Fibrillen, wie gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, ein Kondensatorpa pier hergestellt ist, so kann dieses mit einer geringeren Dicke als das herkömmliche Kondensatorpapier erzeugt werden, weil die Cellulosefibrillen erheblich dünner sind als die Fasern und daher trotz ausreichender gegenseitiger mechani scher Vernetzung nach Art eines Faservlieses nur eine äußerst dünne Schicht ergeben.

Während die Fasern von Nadelbaumcellulose einen Durchmesser zwischen 3 µm und 6 µm und eine Länge von ungefähr 200 µm haben, haben die entsprechenden Fibrillen einen Durchmesser von etwa 0,2 bis 0,4 µm und eine Länge von etwa 3 bis 4 µm. Demgegenüber haben die hier nicht interessierenden sogenann ten Mikrofibrillen einen erheblich kleineren Durchmesser von etwa 0,06 bis 0,08 µm.

Die Cellulosefibrillen können auch dadurch in größeren Mengen gewonnen werden, daß Cellulosefasern mit Ultraschall behandelt werden. Der Ultraschall hat vorzugsweise eine Frequenz zwischen 400 kHz und 600 kHz.

Die Membran der Cellulosefasern kann auch durch chemische Mittel zerstört werden, um die Fibrillen zu gewinnen. Hierzu eignet sich Hypochlorit in wässeriger Lösung, das Chlor abspaltet, durch das die Membran zerstört wird.

Bei einer hiervon prinzipiell abweichenden Ausführung wurde handelsübliches Kondensatorpapier, das beispielsweise eine Dicke von 6 µm aufweist, auf mindestens einer Oberfläche mit einem Lösungsmittel oder Plastifizie rungsmittel für Cellulose angefeuchtet und das Papier an schließend gepreßt. Das Lösungsmittel wurde dabei in einer derartigen Menge verwendet, daß die faserige Struktur des Kondensatorpapiers mindestens teilweise erhalten ist. Als Plastifizierungsmittel ist Schwefelkohlenstoff (CS₂) geeignet.

Die vorstehend geschilderten Kondensatorpapiere, die eine erhebliche geringere Dicke als die handelsüblichen Papiere aufweisen, haben den Vorteil geringerer Hohlräume und einer größeren Dichte, wodurch auch die elektrische Durchschlag festigkeit dieser Papiere höher ist als bei üblichen Papie ren. Durch Verwendung derartiger erfindungsgemäßer Kondensa torpapiere wird somit der Kondensator einerseits kleiner, weil das Papier weniger Volumen einnimmt, so daß die Volu menkapazität ansteigt, und andererseits kann das Papier einer höheren Feldstärke ausgesetzt werden als herkömmliche Papiere, so daß hierdurch die Kondensatorspannung im Ver gleich zu herkömmlichen Kondensatoren und somit die gespei cherte elektrische Energie nochmals vergrößert werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden für Kondensatoren und für Kondensatorbatterien anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, weiter erläutert. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die beiden Mehrfachschich ten eines Einzelkondensators, die im aufgewickelten Zustand den Kondensator bilden,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kondensatorbatterie mit zwei Einzelkondensatoren in einem Metallgehäu se,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines anderen Kondensators.

In Fig. 1 sind zwei völlig gleich ausgebildete Mehrfach schichten 1 und 2 gezeigt. Jede Mehrfachschicht besteht aus einem mit einer Metallschicht 4 bzw. 4' aus Zink versehenen Papier 5 bzw. 5' und zwei Kunststoff-Folien 6 und 7 aus Polyäthylenterephthalat. Bei dem Papier 5, 5' mit der Me tallschicht 4, 4' handelt es sich um sogenanntes Metallpa pier. Das Papier 5, 5' selbst ist Lackpapier. Die Lack schicht besteht aus Celluloseacetat, es kann auch z. B. Celluloseacetobutyrat verwendet werden. Der Lack ermöglicht eine glatte Oberfläche und ist in einer Dicke von etwa 0,5 µm aufgetragen. Die Metallschicht 4 reicht nicht bis zum rechten seitlichen Rand des Papiers 5, jedoch bis zum linken Rand, und die Metallschicht 4' reicht bis zum rechten Rand des Papiers 5', nicht jedoch bis zum linken Rand. Die Ab stände auf jeder Seite betragen 3 mm. Zusätzlich sind die Mehrfachschichten mit ihrer zugehörigen Metallisierung noch etwas (etwa 1 mm) seitlich verschoben. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Papiere 5, 5' und die Kunststoff-Folien 6 und 7 sind gleich breit. Auf die in Fig. 1 links und rechts liegenden Stirnflächen des durch Aufwic keln der Mehrfachschichten 1 und 2 gebildeten Kondensators 10 ist eine Metallschicht 11 bzw. 12 aus Zink aufgespritzt, die die Metallschichten 5 bzw. 5' kontaktieren und an denen Anschlußdrähte angelötet werden können. Die Metallschicht 4, 4' hat einen Flächenwiderstand von 7,5 Ohm/ und ist jeweils 15 nm (Nanometer) dick. Unterhalb des Zinks befindet Sich eine Silberschicht von 0,2 bis 0,5 nm Dicke. Das trockene Papier hat einen spezifischen Isolationswider stand von 10.000 bis 15.000 Megohm × Mikrofarad (bei niedri ger Feldstärke gemessen). Mit Siliconöl getränkt hat das Papier einen spezifischen Isolationswiderstand von etwa 20.000 Megohm Mikrofarad. Die Grenzfeldstärke beträgt etwa 200 V/µm. Der spezifische Isolationswiderstand des verwende ten Polyesters beträgt 50.000 Megohm × Mikrofarad. (Alle Widerstände sind bei niedriger Feldstärke gemessen.) Die Papierschicht 5, 5' und die beiden Kunststoffschichten 6 und 7 sind jeweils 6 µm dick. Die Kondensatorbatterie nach Fig. 2 benötigt keine besonderen Maßnahmen zur Energie trennung, also keine Widerstände oder induktivitäten. Die in Fig. 1 sichtbare Breite der Papierschicht und der Kunst stoffschichten beträgt beim Ausführungsbeispiel 80 mm, die in Fig. 1 nicht sichtbare Länge beträgt 48 m. Im aufge wickelten Zustand, wobei die Schichten dicht aneinander anliegen und der fertige Kondensator mit einem flüssigen Dielektrikum, nämlich mit Siliconöl gefüllt ist, hat der Kondensatorwickel eine Kapazität von 11 µF. Durch ein außen um den Kondensatorwickel gewickeltes und fast angezogenes selbstklebendes Polyesterband von etwa 70 µm Dicke wird, verhindert, daß sich der Wickel von selbst löst. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch im äußeren Bereich des Konden satorwickels die Mehrfachschichten fest aneinander anliegen und sich nicht voneinander abheben können. Dadurch wird der Energiebedarf für die einzelne Selbstheilung gering gehal ten. Beim Wickeln des Kondensators werden die Folien mit einer Kraft von 20 bis 25 N (Newton) gespannt.

Die Dielektrizitätskonstante des Polyäthylenterephthalats beträgt 3,2, die Dielektrizitätskonstante des mit dem flüs sigen Dielektrikum getränkten Papiers beträgt 4,8. Insgesamt ergibt sich für das auf diese Weise gebildete Mischdielektri kum eine mittlere Dielektrizitätskonstante von 4,2.

Die Mehrfachschichten 1 und 2 werden zur Bildung des ferti gen Einzelkondensators oder Kondensatorwickels 10 auf einen Wickeldorn 15 aus Kunststoff aufgewickelt. In den Ausfüh rungsbeispielen ist dieser Wickeldorn 15 durch ein Kunst stoffrohr gebildet und somit hohl. Der Einzelkondensator 10 kann allein in ein Gehäuse eingebaut werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind jedoch in einem Gehäuse 60, das durch einen gezogenen Metallbecher 21 aus Aluminium gebildet ist, zwei Einzelkondensatoren 10 unter Zwischenlage einer Isolationsschicht 22 eingebaut. Die einander zugewandten Metallschichten 11 und 12 der beiden Einzelkondensatoren 10 im mittleren Bereich des Gehäuses 60 sind durch einen Verbindungsdraht 24 mittels Lötpunkten 25 miteinander verbunden, und eine Leitung 26 ist mit der Leitung 24 verbunden und durch den Wickeldorn 15 des in Fig. 2 rechten Einzelkondensators 10 hindurch nach rechts geführt und durch eine isoliert montierte Anschlußbuchse in einem Metalldeckel 28, der das Gehäuse 60 verschließt, herausgeführt. Die Metallschicht 11 des linken Einzelkonden sators 10 ist über eine durch beide Wickeldorne 15 verlau fende Verbindungsleitung 32 mit der Metallschicht 12 des rechten Einzelkondensators 10 verbunden und durch den Dec kel 28 hindurch nach außen zu einem Anschluß 34 geführt. Die beiden Kondensatoren bilden eine Batterie.

Die Kondensatorbatterie wird in den Metallbecher 21 einge baut und das Gehäuse mit dem flüssigen Dielektrikum 36 gefüllt, wobei das Auffüllen in an sich bekannter Weise im Vakuum erfolgt, um Lufteinschlüsse zu verhindern. Anschlie ßend wird der Deckel 28 dicht aufgebracht. Die Verbindungs leitungen im Inneren des Gehäuses sind ausreichend lang bemessen, um den die Anschlüsse 26 und 34 tragenden Deckel vor dem Verschließen kontaktieren zu können. Die Kondensa torbatterie ist nun gebrauchsfertig und kann an eine Gleich spannung beliebiger Polarität angeschlossen werden. Die Verbindungsleitungen im Gehäuse haben einen vernachlässigba ren Widerstand.

Die Anordnung nach Fig. 2 hat Gehäuseabmessungen von 50 mm Durchmesser und 180 mm Länge und ein Gewicht von 510 g. Die Batterie hat eine Kapazität von 22 µF. Die Energiedichte bezogen auf das Gewicht beträgt bei einer Betriebsspannung von 6.000 V 0,77 J/g und liegt deutlich höher als bei her kömmlichen Kondensatoren mit Polyester-Dielektrikum. Bei einer Betriebsspannung von 5.700 V treten nur selten (im Durchschnitt nach je 1000 Aufladungen) Durchschläge auf, bei einer Betriebsspannung von 7.000 V tritt bei jedem Auflade vorgang mindestens ein Durchschlag auf. Als Siliconöl ist Methylpolysiloxan verwendet.

Der Kondensator hat bei einer Betriebsspannung von 6.000 V eine durchschnittliche Feldstärke von 333 V/µm. Im Papier herrscht eine Feldstärke von 150 V/µm und im Polyester herrscht eine Feldstärke von 400 V/µm. Diese Werte wurden meßtechnisch ermittelt.

Eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Batterie verwendet anstatt der zwei Kunststoffschichten mit je 6 µm Dicke zwei Kunststoffschichten des gleichen Polyesters mit je 4 µm Dicke. Bei einer Betriebsspannung von 4.400 V herrscht dann im Papier eine Feldstärke von 150 V/µm und im Kunststoff eine Feldstärke von 450 V/µm. Es ist hier die Grenzfeldstär ke beider Dielektrika zu 80% ausgenutzt. Diese Batterie mit zwei Kondensatoren hat eine Kapazität von 40 Mikrofarad und speichert bei der genannten Spannung eine Energie von etwa 400 J.

Man kann damit rechnen, daß das Volumen der Batterie ein schließlich des Gehäuses etwa 10 bis 15% größer ist als das Volumen der Kondensatorwickel. Im Beispiel der Fig. 1 hat der beschriebene Kondensator mit den Kunststoff-Folien von je 6 µm Dicke eine Energiedichte von etwa 1,2 J/cm³ bei der Betriebsspannung von 6.000 V. Der modifizierte Kondensator mit einer Dicke der Kunststoff-Folien von 4 µm hat eine Energiedichte von etwa 1,1 J/cm³bei der genannten Betriebs spannung von 4.400 V.

Der in Fig. 3 gezeigte, für industrielle Anwendung bestimmte Kondensator verwendet herkömmliches Kondensatorpapier mit 6 µm Dicke und 100 mm Breite. Es ist ein 5 mm breiter, nicht metallisierter Rand vorgesehen. Der Kondensator weist drei Folien 86, 87, 88 aus dem oben genannten Polyester mit einer Dicke von je 8 µm auf. Die Mehrfachschichten sind hier mit den Bezugszeichen 81 und 82 versehen. Der Kondensator ist auf einen Dorn von 11 mm Durchmesser aufgewickelt. Sein Außendurchmesser beträgt 98 mm. Es ergibt sich eine Kapazi tät von 23 µF. Bei einer Betriebsspannung von 9,5 kV ergibt sich eine gespeicherte Energie von 1038 J. Die Energiedichte beträgt etwa 1,3 J/cm³. Die Länge der Mehrfachschichten (im abgewickelten Zustand) beträgt 122 m. Es können durch dicke Drähte, also ohne Maßnahmen zur Energietrennung, derartige Kondensatoren zu Batterien zusammengeschaltet werden. Beispielsweise ergibt eine Parallelschaltung von vier solchen Kondensatoren eine Kapazität von 92 µF, die Betriebsspannung beträgt dabei nach wie vor 9,5 kV. Bei einer Serienschaltung ergibt sich ein Kapazität von 5,75 µF mit einer Betriebsspannung von 38 kV. Auch dieser Kondensa tor ist wieder mit dem genannten Siliconöl getränkt.

Ein Ausführungsbeispiel eines nicht in der Zeichnung gezeig ten Kondensators mit äußerst dünnem Papier wird nun be schrieben: Der Kondensator weist im fertigen Zustand keinen Wickeldorn auf. Er weist für jeden Belag ein Metallpapier mit 4 µm Dicke und eine Kunststoff-Folie aus Polyäthylenter ephthalat, ebenfalls mit 4 µm Dicke auf. Das Aufwickeln des Kondensatorwickels erfolgte mit Hilfe eines Wickeldorns von 3 mm Dicke. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn der Wickel dorn, auf den die Mehrfachschichten fest aufgewickelt sind, im Kondensator verbleibt, im Betrieb Durchschläge nahe dem Zentrum sehr häufig auftreten. Dies vermutlich deshalb, weil durch elektrostatische Kräfte das Dielektrikum nahe dem Wickeldorn mechanisch stark beansprucht wird. Daher wurde bei diesem Kondensator der Wickeldorn nach dem Wickeln entfernt, so daß der innere Teil des Wickels mechanisch entlastet ist. Es kann bei Bedarf nachträglich durchaus ein dornartiger Teil aus Isolierstoff, insbesondere in Rohrform, in den inneren Hohlraum eingesetzt werden, wenn dieser Teil nicht stark gegen die inneren Windungen drückt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein derartiger dornartiger Teil nicht erforderlich ist und daß der Wickel dennoch seine Form beibehält. Die Breite der Folien beträgt im Beispiel 80 mm. Die Kapazität beträgt 13 µF. Bei einer Betriebsspannung von 2500 V läßt sich eine elektrische Energie von 40 J spei chern. Die Metallisierung des Kondensators ist in der glei chen Stärke vorgesehen wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 (Flächenwiderstand etwa 7,5 Ohm/). Der Außendurchmesser des Wickels beträgt 20 mm. Sein Volumen beträgt 25 cm³. Die Energiedichte beträgt bei der angegebenen Spannung 1,6 J/cm³.

Weitere Ausführungsformen von Kondensatoren können eine Breite der Mehrfachschichten (bei Wickelkondensatoren demzu folge eine Länge des Zylinders) zwischen etwa 20 mm und 100 mm aufweisen. Der Außendurchmesser kann vorzugsweise zwischen 15 mm und 100 mm betragen. Sofern ein Wickeldorn im fertigen Kondensator verbleiben soll, kann dieser zweckmäßig einen Durchmesser zwischen 9 mm und 11 mm haben. Sofern der Dorn nach dem Wickeln entfernt werden soll, hat er zweckmä ßigerweise einen Durchmesser zwischen 2 und 5 mm.

Das Papier hat bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung eine Dicke zwischen 2,5 µm und, 12 µm. Die Polyesterschicht ist zwischen 2,5 µm und 40 µm dick. Ab 5 µm Dicke der Poly esterschicht wird diese zweckmäßigerweise als Mehrfach schicht, wie oben beschrieben, ausgebildet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kondensators ist ein aus Fibrillen hergestelltes metallisiertes Papier mit 2,5 µm Dicke und eine aus dem oben bereits mehrfach genannten Polyester hergestellte Folie von 2,5 µm Dicke vorgesehen. Die Breite der Papierbahn beträgt 40 mm. Der Außendurchmesser des fertigen Kondensators beträgt 20 mm. Der Dorn von 3 mm Dicke würde nach dem Aufwickeln entfernt. Der Kondensator hat eine Kapazität von 15 µF und ein Volumen von ungefähr 12 cm³. Bei einer Betriebsspannung von 2250 V beträgt die gespeicherte Energie 38 J und die Energiedichte ungefähr 3 J/cm³. Die durchschnittliche Feldstärke beträgt 450 V/µm. Dabei herrscht im Papier eine Feldstärke von 380 V/µm und im Polyester eine Feldstärke von 530 V/µm. Der Kondensator ist, wie auch alle anderen hier besprochenen Ausführungsbeispiele, mit Siliconöl getränkt. Bei diesem Beispiel wird eine Feldstärke im Polyester in Höhe von 95% der Grenzfeldstärke, bei der ein Durchschlag mit Sicherheit erfolgt, erreicht. Dies ist deshalb möglich, weil der Kon densator nicht lange auf seiner höchsten Spannung gehalten wird, sondern sofort, nachdem er während des Aufladevorgangs eine vorbestimmte Spannung erreicht hat, wieder entladen wird. Eine derartige Anwendung ergibt sich beispielsweise bei internen Defibrillatoren.

Eine Papierbahn aus handelsüblichem Kondensatorpapier mit 6 µm Dicke wurde auf eine relative Feuchtigkeit zwischen 25 und 35% angefeuchtet und durch Walzen bei einer Temperatur zwischen 80°C und 110°C gepreßt. Der Preßdruck betrug etwa 1000 bis 1500 daN/cm², die Transportgeschwindigkeit des Pa piers 8 bis 10 m/min. Das Papier hatte nach dem Pressen eine Dicke von 4 bis 4,2 µm.

Das Papier, das auf diese Weise erzeugt wurde, hat eine Dichte von etwa 1,4 bis 1,5 g/cm³. Die gleiche Dichte gilt für Papier, das unter ausschließlicher Verwendung von Fibrillen hergestellt ist. Die Spannungsfestigkeit des Papiers beträgt bis zu 400 V/µm (wenn mit Siliconöl ge tränkt).

Die Kondensatoren und Kondensatorbatterien gemäß der Erfin dung sind für Defibrillatoren sowohl für externe Defibrilla tion als auch für implantierbare Defibrillatoren geeignet. Für letztere eignen sich besonders die räumlich kleineren Kondensatoren. Außerdem sind die Kondensatoren und Kondensa torbatterien geeignet für andere Hochspannungsgeräte mit impulsartiger Betriebsweise, insbesondere Blitzlichtgeräte und auch Laser. Schließlich eignen sich die Kondensatoren, die das oben beschriebene neue relativ dünne Kondensatorpa pier hoher Dichte, insbesondere wenn es mit der beschriebe nen neuartigen Metallbeschichtung versehen ist, hohe Durch schlagspannung aufweisen, auch für Hochspannungsgeräte, bei denen die Kondensatoren nicht nur impulsweise oder kurzzei tig, sondern dauernd an hoher Spannung liegen, insbesondere auch an einer Wechselspannung.

Was das flüssige Dielektrikum anbelangt, so haben die bishe rigen Versuche einen deutlichen Vorteil für Siliconöl ge genüber einer bei Versuchen verwendeten Variante von Rizi nusöl gezeigt. Da es aber viele Varianten von Rizinusöl gibt, die zusätzlich aufgrund unterschiedlicher Behandlungen verschiedene elektrische Eigenschaften erhalten, so ist es denkbar, eine Sorte zu finden, die bei entsprechender Be handlung den Bedingungen der Erfindung genügt.

Auch ein entsprechend ausgesuchtes und behandeltes Mineralöl kann den Zweck der Erfindung erfüllen. Unter Behandlung wird hier, wie oben schon ausgeführt, der Einfluß von Temperatur und eines verminderten Drucks, sowie die Dauer dieser Be handlung auf das flüssige Dielektrikum verstanden.

Als Metall für das Metallpapier kommt insbesondere auch Aluminium in Frage.

Anstatt des bei den bisherigen Ausführungsbeispielen be schriebenen Polyesters kann auch Polypropylen verwendet werden. Dies eignet sich besonders für Wechselspannung, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hz, da es bei Wechselspannung nur geringe Verluste aufweist. Die Span nungsfestigkeit beträgt etwa 600 V/µm. Die Dielektrizitäts konstante ist kleiner als bei Polyester und beträgt 2,2.

Bei relativ hoher Temperatur (etwa 85°C bis 125°C) erweist es sich als vorteilhaft, Polycarbonat als Material für die Kunststoff-Folie zu verwenden, weil dieses bei diesen Tempe raturen seine elektrischen Eigenschaften nicht wesentlich ändert. Bei niedrigen Temperaturen sind jedoch die elektri schen Eigenschaften von Polyester und Polypropylen günsti ger. Die Durchschlagfestigkeit von Polycarbonat beträgt nur 200 V/µm, und daher ist die erreichbare Energiedichte ent sprechend kleiner.

Claims

1. Kondensator mit mindestens einer Kunststoff-Folie und zwei elektrisch leitenden, durch die Folie getrennten Belägen, wobei jedem Belag mindestens eine Kunststoff- Folie zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

1. daß jeder Belag durch eine Metallisierung mit einem Flächenwiderstand zwischen 2 und 30 Ohm/ gebildet ist, die auf einer als Dielektrikum wirkenden Schicht mit faseriger Struktur aufgebracht ist, die eine Selbstheilung des Kondensators unterstützt,
2. daß der Kondensator mit einem flüssigen Dielektrikum getränkt ist und
3. daß die Dicke der einzelnen Dielektrika und das flüssige Dielektrikum so gewählt sind, daß beim Anliegen einer Betriebsspannung das Verhältnis der elektrischen Feldstärke zur Durchschlagsfeldstärke für alle Dielektrika im wesentlichen gleich ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß er eine Energiedichte von mindestens 0,6 J/cm³,
2. eine Betriebsspannung von mindestens 600 V und
3. ein Speichervermögen für elektrische Energie von mindestens 10 J aufweist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dielektrikum mit einer durchschnitt lichen Feldstärke im Bereich von 200 V/µm bis etwa 500 V/µm belastbar ist.

4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherbare Energie zwischen 10 J und mindestens 500 J beträgt.

5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherbare Energie 500 J bis mindestens 1000 J beträgt.

6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika und ihre Dicke so gewählt sind, daß für die einzelnen Dielek trika das Verhältnis der jeweiligen Durchschlagsfeld stärke zum Isolationswiderstand im wesentlichen gleich ist.

7. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Selbstheilung unterstützende Schicht (5) auf der Basis von Cellulose oder einer Celluloseverbindung hergestellt ist.

8. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag die Metallisierung (4) eines Metallpapieres (4, 5) ist.

9. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Belag mindestens zwei Kunststoff-Folien (6, 7; 86, 87, 88) zugeordnet sind.

10. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Papiers (5) bzw. jeder Kunststoff-Folie (6, 7) etwa 6 µm beträgt.

11. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Papiers (4) etwa 6 µm bzw. die Dicke jeder Kunststoff-Folie (86, 87, 88) etwa 4 µm beträgt.

12. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Papier mit einer Dicke zwi schen 2,5 µm und 5 µm als Bestandteil des Dielektri kums enthält.

13. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenwiderstand der Metallisierung (4) 2 bis 15 Ohm/ vorzugsweise 5 bis 10 Ohm/ beträgt.

14. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenwiderstand der Metallisierung 15 bis 30 Ohm/ beträgt, und daß die Metallisierung eine verstärkte Randzone mit einem geringeren Flächenwiderstand aufweist.

15. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Dielektrikum (36) ein Siliconöl ist.

16. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens zwei getrennten Wickeln gebildet ist, die elektrisch in Serie geschaltet sind.

17. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens zwei getrennten Wickeln gebildet ist, die elektrisch parallel geschaltet sind.

18. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren getrennten Wickeln gebildet ist, die elektrisch in Serie und parallel geschaltet sind.

19. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier aus einer ursprünglichen Dicke von etwa 6 µm gepreßt ist.

20. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen des Papiers unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, Lack, und/oder Chemikalien, und Wärme erfolgt ist.

21. Kondensator nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier mit einem Verfahren zum Gewinnen von Cellulose-Fibrillen hergestellt ist.

22. Kondensator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosefasern mit Ultraschall behandelt sind, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 400 kHz und 600 kHz.

23. Kondensator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Cellulose-Fasern mit einem die Membran der Fasern zerstörenden Mittel behandelt sind.

24. Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier aus einem Kondensatorpapier größerer Dicke, beispielsweise mit einer Dicke von 6 µm, nach Anfeuchten auf mindestens einer Oberfläche mit einem Lösungsmittel für Cellulose gepreßt ist, und daß die Menge des Lösungsmittels derart gewählt ist, daß die faserige Struktur des Kondensatorpapiers mindestens teilweise erhalten ist.

25. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie aus Polyester, vorzugsweise Polyäthylenterephthalat, besteht.

26. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie aus Polypropylen besteht.

27. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie aus Polycarbonat besteht.

28. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die speicherbare Energie einer Dichte von mehr als 1 J/cm³ entspricht.

29. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß er für eine Selbstheilung einen Energieverbrauch von maximal etwa 10%, vorzugsweise von weniger als 1% der speicherbaren Energie hat.