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Elektrischer Wickelkondensator Es sind Kondensatoren bekanntgeworden,
die bei einem Durchschlag durch Wegbrennen des sehr dünnen Metallbelages um die
Durchschlagsstelle im- Dielektrikum herum den Kurzschlußstrom selbsttätig unterbrechen
und nach dem Unterbrechen des Kurzschlußstromes wieder gebrauchsfähig sind. Solche
Kondensatoren, die im allgemeinen eine im Vakuum aufgebrachte Metallschicht von
wenigen Zehnteln Mikron Dicke oder geringer haben, brennen nun unter Umständen dann
nicht mehr in der -gewünschten Weise aus, wenn das Verhältnis der für einen Durchschlag
zur Verfügung stehenden Energie zu der für das saubere Ausbrennen benötigten zu
ungünstig wird. Bekanntlich steigt die in einem Kondensator aufgespeicherte Energie
im Quadrat mit der angelegten Spannung. Das bedeutet, daß bei einem Kondensator
bestimmter Kapazität, wenn man ihn an eine höhere Spannung legt, sehr viel mehr
Energie aufgespeichert ist, als wenn man ihn an eine niedrigere Spannung legt. Dagegen
ändert sich die für das saubere Ausbrennen des Kondensatorbelags erforderliche Energie
bei weitem nicht im gleichen Maß. Man kann sie zwar bis zu einem gewissen Grad durch
die Stärke des Metallbelags, durch die Wahl der Tränkmittel, der Dielektrika und
des Metalls des Belags beeinflussen. Diese Beeinflussung hält sich aber in verhältnismäßig
engen Grenzen.
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Das bedeutet, daß man für Kondensatoren, die an sehr hohe Spannungen
angelegt werden und ebenso für Kondensatoren, die an sehr niedrige Spannungen angelegt
werden, besondere Maßnahmen wird ergreifen müssen, um auch bei ihnen ein sauberes
Ausbrennen unter allen Umständen sicherzustellen. Besonders geeignet ist für Kondensatoren,
in
denen eine große Energiemenge aufgespeichert ist (das sind Kondensatoren für hohe
Spannungen oder Kondensatoren sehr großer Kapazität auch schon für mittlere Spannungen),
die Unterteilung wenigstens eines ihrer Beläge in eine große Anzahl kleiner Flächen,
die über schmale ;Stege mit einem, allen Metallflächen gemeinsamen Stromzuführungsrand
verbunden-sind. Solche Kondensatoren sind ebenfalls schon bekanntgeworden. Tritt
in einer der Teilflächen eines Belags solcher Kondensatoren ein Durchschlag auf,
so wirken die schmalen Stege, über die der Durchschlagsstrom aus den übrigen Teilflächen
heraus und in die betroffene Teilfläche hineinfließen muß, begrenzend und drosselnd
auf den Durchschlagsstrom ein. Insbesondere wird seine Stirn verflacht und bei gegeigneter
Bemessung der Stege auch der absolute Wert des Durchschlagsstroms herabgesetzt.
Auf diese Weise kommt gar nicht die gesamte im Kondensator aufgespeicherte Energie
an der Durchschlagsstelle zum Einsatz. Vielmehr ist der Lichtbogen bereits vorher
und nach Umsetzung nur eines Bruchteils der im ganzen Kondensator vorhandenen Energie
erloschen. Da nur ein gewisser Teil der im,Kondensator vorhandenen Energie zur Durchschlagsstelle
hinkommt und dort sich auswirkt, nennt man solche Kondensatoren entkoppelte Kondensatoren.
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Für niedere Spannungen scheidet diese Möglickkeit jedoch aus, da es
hier vorkommen kann, daß bereits die gesamte im Kondensator vorhandene Energie nicht
mehr zur Beseitigung sämtlicher Metallspuren in der Nähe des Ourchschlagsloches
ausreicht. Es können dann kleine Restleitfähigkeiten um die Durchschlagsstelle herum
zurückbleiben, die genügen, um einen dauernden, wenn auch geringen Verluststrom
durch die durchgeschlagene Stelle im Dielektrikum aufrechtzuerhalten. Dieser Verluststrom
ist ' zwar nicht mehr in der Lage, die notwendige Hitze zur Beseitigung der schädlichen
Restleitfähigkeiten zu erzeugen, erwärmt aber andererseits den Kondensator in unzulässiger
Weise, ja er kann sogar zur Verkohlung des Dielektrikums führen und vergrößert vor
allen Dingen auch den Verlustwinkel des Kondensators in unerwünschter Weise selbst
dann, wenn der Kondensator nach dem schlecht ausgeheilten Durchschlag zunächst noch
in Betrieb bleiben kann.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß
man bei einem elektrischen Wickelkondensator, von dessen Belegungen wenigstens eine
in eine große Anzahl kleiner Flächenelemente unterteilt ist, jedes dieser Flächenelemente
mit den ihm benachbarten Elementen durch dünne, bei einem Durchschlag wegschmelzende
Stege verbindet. Durch geeignete Bemessung der Größe der Flächen, ebenso wie der
Breite und Länge der die Flächen verbindenden Stege kann man erreichen, daß die
ganze Umgebung einer durchgeschlagenen Stelle im Dielektrikum vom übrigen Belag
elektrisch abgetrennt und damit völlig isoliert wird. Die Stege können außerordentlich
dünn gemacht werden, wenn man sie nach einem bereits früher vorgeschlagenen Verfahren
herstellt, das darin besteht, daß alle die Stellen, die bei der Metallisierung im
Vakuum von Metall frei bleiben sollen, mit einem dünnen Hauch eines die Metallisierung
nicht annehmenden Stoffes (insbesondere eines Öles od. dgl.) bedeckt werden. Es
ist mit diesem Verfahren möglich, die metallfreien Trennlinien zwischen den einzelnen
Flächenelementen in außerordentlicher Schärfe herzustellen, und es gelingt dabei,
die diese Trennlinie durchsetzenden Metallstege bis zu einer Dicke von etwa o,i
mm herunter mit Sicherheit herzustellen. Zum ,Abtrennen von mit einigen Stegen von
o, i mm Dicke mit den Nachbarelementen verbundenen Flächenelementen sind nur außerordentlich
geringe Energien erforderlich, .die selbst ein Niederspannungskondensator ohne weiteres
aufbringen kann. Die zum Abschmelzen der Stege notwendige Energie kann noch dadurch
herabgesetzt werden, daß der Metallbelag aus niederschmelzenden Legierungen hergestellt
wird.
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Für höhere Spannungen kann man die Stege entsprechend stärker dimensionieren,
so daß sie erst bei Durchschlägen mit größerer Energie abschmelzen. Es ist auch
gleichgültig, ob die Belegungen so dünn sind, daß sie bei einem Durchschlag um die
Durchschlagsstelle wegbrennen oder ob es sich um nicht wegbrennende Belegungen handelt.
In beiden Fällen wird durch das Abschmelzen der Stege die leitfähige Stelle im Dielektrikum
elektrisch vom Metallbelag getrennt. Im Gegensatz zu den bereits bekannten Kondensatoren
mit unterteiltem, nicht wegbrennendem Dielektrikum, bei denen alle Teilflächen über
einen Steg mit der ihnen gemeinsamen Stromzuführung verbunden sind, werden dabei
bei der erfindungsgemäßen Ausführung aber nur sehr kleine Teilflächen abgetrennt,
wie sie bei der bekannten Ausführung nicht herstellbar sind. Wenn es sich um nicht
wegbrennende Belegungen handelt, muß man lediglich bei der Bemessung der Stegbreite
berücksichtigen, daß diese Belegungen wesentlich dicker sind als die selbstausheilenden.
Man muß die Stege also schmaler machen, wenn sie bei nicht allzu großen Strömen
bereits abschmelzen sollen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Gegenstandes der
Erfindung als Beispiel dargestellt; die Abbildungen zeigen alle die Draufsicht auf
ein metallisiertes Papier, wobei die Metallflächen weiß und die metallfrei gelassenen
Flächen schwarz dargestellt sind.
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In Abb. i und a sind rechtwinklige Flächenelemente dargestellt, wobei
in Abb. i die die Rechtecke verbindenden Stege in der Mitte der Seiten der Rechtecke,
in Abb. a in den Ecken der Rechtecke angeordnet sind; in Abb. 3 sind Dreieckelemente
und in Abb. q. Rautenelemente dargestellt.
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In den Abb. i bis 3 sind die Stege mit s bezeichnet. Erfolgt beispielsweise
in Abb. ¢ in der Fläche a ein Durchschlag, so schmelzen infolge des zu dieser
Fläche
hinfließendenDurchschlagsstroms die Stege b, c, d und e ab, so daß
die gesamte Fläche a, d. h. eine hinreichend große Fläche um die eigentliche Durchschlagsäffnung
herum, vom Belag abgetrennt ist. Diese Rautenelemente sind deswegen besonders günstig,
weil sie einfachere Vorrichtungen zum Aufbringen des Öles bzw. des den Metallniederschlag
hindernden Stoffes zu benutzen erlauben als die anderen. In elektrischer Hinsicht
ist dagegen die Bemusterung mit Dreiecken etwas günstiger, weil hier nur drei Stege
wegschmelzen müssen, um eine Fläche völlig abzuschalten, während es bei allen anderen
Mustern mindestens vier sind.