DE1146202B

DE1146202B - Keramischer Kondensator zur Verwendung bei hohen Betriebsspannungen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1146202B
Application number: DEP23138A
Authority: DE
Inventors: Dr Eberhard Seidel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1959-07-11
Filing date: 1959-07-11
Publication date: 1963-03-28
Also published as: CH402185A; GB924822A; BE592791A

Description

Keramischer Kondensator zur Verwendung bei hohen Betriebsspannungen und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen keramischen Kondensator zur Verwendung bei hohen Betriebsspannungen, der mit einer seine scharfen Kanten abrundenden lackartigen Tauchmasse überzogen ist, auf der eine weitere Lackschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke aufgebracht ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensators.
Von Kondensatoren wird häufig gefordert, daß die stromführenden Teile, z. B. die Kondensatorbeläge, gegen die Umgebung gut isoliert sind. Wenn ein solcher Kondensator zwecks Durchschlagsprüfung teilweise in ein Quecksilberbad getaucht und ein Pol einer Spannungsquelle an dieses Bad und der andere Pol an die Stromzuführungsdrähte des Kondensators angeschlossen wird, so muß der Kondensator 1 Minute lang eine Spannung von 3kV , aushalten können.
Es ist bekannt, elektrische Kondensatoren zur Isolation mit Gießharzen zu überziehen. Die Anwendung von Gießharzen, wie Epoxyd- oder ungesättigten Polyesterharzen, in Gießformen erfordert eine umständliche Arbeitsweise und Formtechnik, die bei kleinen Bauelementen unrentabel ist. Es ist deshalb versucht worden, geschmolzene oder flüssige Gießharze im Tauchverfahren in dicker Schicht auf elektrische Bauelemente aufzubringen, um somit die Formentechnik zu umgehen. Dabei wird das Gießharz anschließend heiß oder kalt auf den Bauelementen selbst gehärtet. Auch bei diesem Verfahren müssen umständliche Maßnahmen getroffen werden, um vor der Verfestigung der Überzüge ein Abfließen derselben zu verhindern. Man hat hierfür bei heißhärtenden Gießharzen eine Erhitzung gewählt, die stets unter dem mit fortschreitender Polymerisation ansteigenden Schmelzpunkt bleibt. Bei Kalthärtern läßt man die frisch getauchten Bauelemente rotieren. Bei diesen Verfahren treten ferner Verluste durch vorzeitig erhärtete Wannenrückstände auf. Außerdem wird die Isolation zum Teil geschwächt, da Einschlüsse von Luftblasen praktisch unvermeidbar sind.
Aus diesen Gründen ist man bestrebt, bei der Isolation von elektrischen Bauelementen von der Gießharztechnik abzukommen und auf die einfachere Lacktechnik überzugehen, wobei der durch Tauchen auf dem Bauelement aufgebrachte Lack durch Adhäsion am Bauelement festhält und nach dem Tauchvorgang sofort erftarrt und nicht ableckt.
Es ist bereits bekannt, Kondensatoren mit einer lackartigen Tauchmasse zu überziehen, die gleichzeitig alle scharfen Kanten, Ecken, Spitzen od. dgl., die das Bauelement aufweist, abrundet. Bei derartigen Tauchmassen handelt es sich um lackartige Anreibungen, die zu etwa zwei Dritteln grobkörnige Füllstoffe, wie Quarzmehl oder Kalkspat, enthalten. Darüber hinaus werden Lösungsmittel und etwas Einbrennharz zugefügt, das bei der anschließenden Heißhärtung die Füllstoffkörner verklebt, so daß ein poriger, dicker Überzug entsteht, aus dem die Lösungsmittel entweichen können, ohne die Schicht aufzutreiben. Mit solchen nach dem Tauchverfahren aufgebrachten und bei 150° C eingebrannten Schichten lassen sich zwar alle scharfen Kanten und Ecken sowie Unebenheiten der Bauelemente überdecken, aber keine ausreichend große elektrische Isolation erreichen. Die Tauchmassen sind nämlich inhomogen und porös. Ihre Durchschlagsfeldstärke beträgt nur etwa 12 kV/mm. Damit überzogene keramische Kondensatoren schlagen in Quecksilber bereits bei 2 kV - durch. Selbst wenn die Poren durch Imprägnieren mit geschmolzenem Paraffin verschlossen werden, wird die geforderte Prüfspannung von 3 kV - während einer Minute nicht erreicht. Es ist deshalb in vielen Fällen notwendig, das Bauelement außer mit der dicken Tauchmasse noch mit einer Isolierschicht zu versehen.
Nun ist es zwar bekannt, Kondensatoren mit zwei Überzügen zu versehen. Diese unterscheiden sich aber nicht nur bezüglich der Ausgangsstoffe und der Verarbeitungstechnik, sondern auch in ihrer Funktion erheblich von den Überzügen des Kondensators nach der Erfindung. So werden z. B. bekannte Kondensatoren in heiße Schmelzen von thermoplastischen Stoffen getaucht, die in der Kälte hart, bei Hitze flüssig sind. Gemeint sind hierbei offenbar Paraffine, Wachse oder Asphalte. Abgesehen von den Schwierigkeiten wegen des niedrigen Schmelzpunktes dieser Stoffe lassen sich hiermit keine Überzüge erreichen, welche die scharfen Kanten eines Kondensators abrunden oder hochisolierend sind. Bei einem anderen Kondensator dieser Art besteht zwar die erste Schicht aus einem Tauchlack, jedoch wird von dieser Schicht keine Überdeckung und Abrundung der scharfen Kanten verlangt, da dieser Kondensator mit kappenartigen Endstücken versehen ist. Als zweite Schicht dient ein Silikonlack, der aber bei hohen Temperaturen polymerisiert werden muß.
Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung bei einem Kondensator eingangs erwähnter Art dadurch vermieden, daß die weitere Lackschicht aus einem hochisolierenden, lufttrockenden Isolierlack auf der Basis von Äthylzellulose besteht. Zweckmäßig erfolgt die Aufbringung des Isolierlackes durch Tauchen. Ein solcher Isolierlack auf der Basis von Äthylzellulose kann luftgetrocknet werden, was die Herstellung vereinfacht und verbilligt.
Die Schichtstärke des Isolierlackes beträgt vorzugsweise etwa 0,2 mm.
Es sei noch erwähnt, daß die Verwendung von Derivaten der Äthylzellulose als Isolierüberzüge für Kondensatoren bereits bekannt ist. Von diesen Derivaten kann aber nicht ohne weiteres auf die Verwendbarkeit des Ausgangsstoffes selbst geschlossen werden; außerdem ist die Verwendung des Ausgangsstoffes einfacher und billiger.
Schließlich sei noch erwähnt, daß es auch bekannt ist, Äthylzellulose-Lacke zum Isolieren von elektrischen Drähten zu verwenden. Als einziger Isolierüberzug für elektrische Bauelemente ist ein Äthylzellulose-Lack aber nicht geeignet, da dieser dünnschichtig aufgebrachte Lack scharfe Kanten der Keramik nicht ausreichend überzieht. Es muß also zunächst dafür gesorgt werden, daß der Kondensatorkörper keine kantenartigen Unebenheiten mehr aufweist, was z. B. durch Überziehen mit einer dicken Tauchmasse erfolgen kann. Gegen die Verwendung lufttrocknender Lacke bei elektrischen Kondensatoren hatte man aber bisher ferner Bedenken, da man befürchtete, daß sich der Verlustfaktor von mit solchen Lacken überzogenen Kondensatoren infolge der nicht vernachlässigbaren Wasseraufnahme der Lacke zu sehr verschlechtern würde. Der Verlustfaktor von Kondensatoren, die mit feuchtigkeitsunempfindlichen Äthylzellulose-Lacken überzogen sind, verändert sich durch diesen Überzug aber überraschenderweise praktisch nicht.
Der Isolierlack kann bis etwa 15 0/0, vorzugsweise 10%, des Äthylzelluloseanteils an Thixotropierungsmitteln aufweisen, wobei die Durchschlagsfeldstärke infolge dieser Mittel noch ansteigt. Zweckmäßig bestehen die Thixotropierungsmittel aus kolloider Kieselsäure und/oder kolloiden Aluminiumsilikaten. Bei über 150'oigem Zusatz dieser Thixotropierungsmittel nimmt die Durchschlagsfeldstärke wieder ab.
Ein Kondensator nach der Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt stark schematisiert einen Schnitt durch einen Kondensator nach der Erfindung. Ein keramisches Röhrchen 1, das das Dielektrikum bildet, ist mit Belägen 2 und 3 und zwei Stromzuführungsleitern 4 und 5 versehen. Auf dem Kondensator sind durch Tauchen zwei Schichten 6 und 7 von je etwa 0,5 mm Stärke einer porösen, lackartigen Tauchmasse aufgebracht, die bei etwa 150° C eingebrannt wurden. Auf diesen Tauchmassenüberzügen 6 und 7 ist durch abermaliges Tauchen eine dünne Isolierschicht 8 von etwa 0,2 mm Stärke eines lufttrocknenden Isolierlackes auf der Basis von Äthylzellulose aufgebracht. Die Isolierschicht 8 kann gegebenenfalls durch mehrmaliges Tauchen und Trocknen hergestellt sein. Die Lufttrockenzeit jeder einzelnen Schicht beträgt etwa 1 bis 2 Stunden.

Der verwendete Isolierlack hatte folgende Zusammensetzung:

65,40 Gewichtsprozent spez. Lösungsmittel für

Äthylzellulose aus 70% aromatischem

Kohlenwasserstoff und 30% Alkohol,

11,76 Gewichtsprozent schwerflüchtige Lösungs-

mittel, wie Äthylglycol, Amylalkohol oder

Glycol-Borsäure-Ester,

1;40 Gewichtsprozent Trikresylphosphat oder

dergleichen Weichmacher,

1,91 Gewichtsprozent feinste thixotropierende

Hilfsstoffe, wie kolloide Kieselsäure, Alu-

miniumsilikate, Sojalecithin,

19,05 Gewichtsprozent Äthylzellulose,

0,48 Gewichtsprozent Stabilisator für Äthyl-

zellulose.

Dieser Isolierlack hat eine Durchschlagsfeldstärke von etwa 70 kV/mm. Er besitzt eine gelbe, opalisierende Farbe.

Die Durchschlagsprüfung eines so hergestellten Kondensators ergab in Quecksilber Werte von 5 bis 7 kV.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Keramischer Kondensator zur Verwendung bei hohen Betriebsspannungen, der mit einer seine scharfen Kanten abrundenden lackartigen Tauchmasse überzogen ist, auf der eine weitere Lackschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Lackschicht aus einem hochisolierenden, lufttrocknenden Isolierlack auf der Basis von Äthylzellulose besteht.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke des Isolierlackes etwa 0,2 mm beträgt.
3. Kondensator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierlack bis etwa 15%, vorzugsweise 100/0, des Äthylzelluloseanteiles an Thixotropierungsmitteln enthält.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierlack die Thixotropierungsmittel in Form von kolloider Kieselsäure und/oder kolloiden Aluminiumsilikaten enthält.
5. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung des Isolierlackes durch Tauchen erfolgt.