DE892485C - Elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

• Elektrischer Kondensator Bei :gegebenen äußeren Abmessungen und gegebener Dicke .des Dielektrikums ist der Kapazitätswert eines elektrischen Kondensators von der Größe der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums abhängig. Beim Aufbau von Kondensatoren strebt man daher die Verwendung von dielektrischen Stoffen hoher Dielektrizitätskonstanten an. Stoffe mit Beimengung von Titan.dioxyd, z. B. in Form von Rutil, :haben eine verhältnismäßig hohe resultierende Dielektrizitätskonstante, da die chemische Verbindung eine ganz besonders hohe Speicherfähigkeit für statische Elektrizitätsmengen aufweist.
• Es sind bereits verschiedene Kondensatorausführungen bekanntgeworden, bei denen das als Dielektrikum dienende Material Beimengungen. von Titandioxyd aufweist. Die hohe Dielektrizitätskonstante von verschiedenen keramischen Dielektriken ist z. B. vorwiegend auf die Beimengungen von Titandioxyd zurückzuführen. Bisher werden die Keramikkondensatoren fast .ausschließlich. als feste Scheiben oder Röhrchen gebaut. Zur Erhöhung der Kapazität werden dabei scheibenförmige Einzelelemente parallel bzw. zur Erhöhung der Spannungsbelastbarkeit in Reihe geschaltet und als Stapelkondensatoren zu Einheiten zusammengefügt und gehaltert. Sowohl für die Scheiben als auch für die Röhrchenform liegt aber ,die geringste Wandstärke wenig unter r mm. Es lassen sich daher größere Kapazitäten selbst bei Parallelschaltung mehrerer Einzelelemente nur schwer herstellen. Es kommen aber in .der Praxis Fälle vor, in denen Kapazitäten von beispielsweise z MF benötigt werden, wobei die auftretende ,Spannung sehr niedrig, z. B. unter roo oder ro Volt, liegt, so daß die Wandstärke der keramischen Einzelelemente von etwa z mm bzw. deren Spannungsbelastbarkeit gar nicht ausgenutzt wird.
• Um auch für diesen Zweck die hohe Dielektrizitätskonstante des Titandioxydes ausnutzen zu können, hat man diese chemische Verbindung in Pulverform mit thermoplastischen Kunststoffen vermengt und eine Folie daraus 'hergestellt. Die Durchschlagsfestigkeit dieser sogenannten Rutilfolie, deren Dielektrizitätskonstante ungefähr q. bis 5 betrug, lag jedoch sehr niedrig. Andererseits war sie trotz der .geringen Rutilbeimengung sehr spröde. Die Folie konnte sich daher nicht in der Praxis durchsetzen.
• Ein anderer Versuch zur Ausnutzung der großen elektrischen Speicherfähigkeit von Rutil richtete sich darauf, diesen Stoff bei der Herstellung von Kondensatorpapier .dem Papierbrei beizumengen. Zur Erzielung einer höhenDielektrizitätskonstanten .des so ;gewonnenen Papierbandes ist jedoch ein sehr hoher Anteil von Rutil in der Papiermasse erforderlich, so daß ein derartiges Beigemenge von gewöhnlichen Papiermaschinen nicht verarbeitet werden kann.
• Mit Titandioxyd angereicherte emailleartige Massen, mit denen metallische Kondensatorfolien dünn überzogen werden, weisen den Nachteil einer hohen Sprödigkeit auf, die beim Wickeln oder Stapeln derartiger Folien zu Rissen und sonstigen Zerstörungen führt.
• Eine gegenüber den bekannten Lösungsversuchen wesentlich vorteilhaftere Art der Herstellung von Wickel-, Falt- oder Stapelkondensatoren unter Verwendung solcher Dielektriken, die Stoffe mit hoherelektrischer Speicherfähigkeit enthalten, wird nach der Erfindung (darin gesehen, daß die dielektrischen Schichten weder als selbständige Folien ausgebildet noch .auf die metallischen Beläge aufgesintert werden, sondern daß sie aus einem pulverförmigen Stoff hoher Dielektrizitätskonstanten bestehen, der durch einen Zusatzstoff von bei ao° C zähplastischer Konsistenz und von hoher Haftfähigkeit an Metall gebunden ist. Als pulverförmigen Stoff von hoher elektrischer Speicherfähigkeit Ikann vorzugsweise das bereits erwähnte Titandioxyd verwendet werden. Ein geeigneter Bindungsstoff für dieses Pulver ist z. B. Ozokerit oder Chlornaphthalin oder ein ähnliches wachsartiges chemisches Produkt. Die in elektrischer Hinsicht verhältnismäßig günstigen Eigenschaften dieser Bindungsstoffe, wie geringe Feuchtigkeitsaufnahme, 'hohe Isolierfähigkeit, haben ihre Verwendung in der Kondensatortechnik als Verguß- undTränkungsmittel bereits üblich werden lassen: Die Herstellung eines Wickelkondensators unter Verwendung dieses zusammengesetzten dielektrischen Materials kann nun in verschiedener Weise erfolgen. So'werden etwa zwei Al:uminiurnbändei zunächst dadurchhaftfähig gemacht, daß ihre Oberfläche mit einer hauchdünnen Schicht der genannten wachsartigen Bindungsstoffe. überzogen wird. Beim Aufrollen dieser Bänder zu einem Wickel werden sie von beiden Seiten mit dem pulverförmigen Stoff von 'hoher Elektrizitätskonstante, z. B. mit Rutil, abgeblasen, so daß sich dann das Pulver an .der haftfähigen Oberfläche des Foiienbandes- absetzt. In ausreichender Dichte bildet die Pulverschicht auf der Oberfläche einen in jeder Hinsicht.zuverlässigen isolierenden Abstandshalter der Beläge. Kleine, noch vorhandene, nicht dicht belegte Stellen werden ausreichend durch den Bindungsstoff selbst isoliert. Den fertigen Wickel wird man zweckmäßig noch mit Füllmasse durchtränken und dabei vorzugsweis- Vakuum in Anwendung bringen. Die Anwendung ges Vakuums führt zu einer ausreichenden -Entlüftung ,des Kondensators, wodurch sowohl Feuchtigkeit als auch die Möglichkeit .des Entstehens von Sprühentladungen in dem Kondensator beseitigt werden. Der Trocknungs-und Tränkprozeß. ähnelt ganz dem, der für die üblichen Papierkondensatoren allgemein .angewendet wird.
• Eine weitere Möglichkeit, einen Wickelkondensator unter Verwendung des vorgeschlagenen zusammengesetzten dielektrischen Materials herzustellen, besteht darin, den pulverförmigen Stoff hoher Dielektrizitätskonstanbe mit dem durch Erwärmung flüssig gemachten Bindungsstoff emulsionsartig zu mischen und dann dieses Material in pastenartiger. Konsistenz .auf die Folie aufzutragen. Diese Auftragung kann mit Vorteil etwa in der Weise geschehen, wie photochemische Emulsionsschichten auf Celluloid, Papier- oder Glar:-schichten aufgetragen werden.
• Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des gleichmäßigen Aufbringens einer -dünnen dielektrischen Schicht aus dem zusammengesetzten .diel@ektrischen Material besteht darin, dieBänder durch,das wärme Emulsionsbad hindurchzuziehen. Bei dieser Methode ist es besonders wichtig, daß die homogene Zusammensetzung der Emulsion dauernd gewährleistet ist. Dies geschieht in an sich bekannter Weise .durch Rührwerke, die den pulverförmigen Stoff am Absetzen hindern und ihn indem flüssigen Bindungsstoff ständig irr gleichmäßiger Schwebe halten.
• Ferner kann man die dielektrische Schicht nach Art .des Einfärbens von Druckmatrizen mittels Walzen auf den Folien aufbringen.
• Außerdem verdient Erwähnung die Möglichkeit, die emulsionsartige dielektrische Schicht mittels einer Pumpe auf die Kondensatorfolie aufzuspritzen. Dabei kann mit Vorteil eine Pumpe Verwendung finden, deren Membran eine hochperiodische Bewegung ausführt und so mit dazu beiträgt, die Emulsion in ständiger Bewegung zu halten und ein Absetzen (des pulverförmigen Schwebestoffes zu verhindern. Beim Aufbringen dieser dielektrischen Schichten ist nun noch folgendes zu beachten: Die Pulverteilchen des Titandioxydes haben keine einheitliche Dielektrizitätskonstante. Diese ist bei Rutil z. B. in der einen Kristallisationsrichtung etwa 170 und in der anderen go, so daß bei. der wahllosen Aufbringung eines derartigen dielektrischen Stoffes nur mit einem Mittelwert gerechnet werden kann. Aus diesem Gründ ist es vorteilhaft, die Pulverteilchen zu richten. Dieses geschieht in der Weise, daß während des Aufbringens der Schicht ein elektrisches Feld von höher Stärke angelegt wird. Dabei stellt sich die Achse der einzelnen Rutilteilchen mit der höchsten Dielektrizitätskonstante in Richtung der Feldlinien. Bildet die Kondensatorfolie die eine Elektrode, an der das hohe elektrische Feld liegt, so sind die Teilchen bestrebt, sich mit der Achse ihrer höchsten Dielektrizitätskonstante senkrecht zur Folienoberfläche zu stellen.
• Um den Pulverteilchen die Ausrichtung ihrer Kristallisation.sachse mit der höchsten Dielektrizitätskonstante zu ermöglichen, muß dafür gesorgt werden, daß die Reibung der Teilchen an Odem sie umgebenden Medium während des Einwirkens des elektrischen Feldes möglichst gering ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, bei Auftragen der Schicht durch Bestäubung diese im Vakuum vorzunehmen und sinngemäß beim Auftragen der flüssigen Emulsionsschicht das Richtverfahren durchzuführen, solange der Bindungsstoff noch leicht fließend ist und demzufolge noch eine Ausrichtung der Teilchen zuläßt.
• Bekanntlich bilden die Kanten des metallischen Belagsbandes immer einen schwachen Punkt in gewickelten, gefalteten oder gestapelten Kondensatoren. Da das Band in der Regel sehr dünn ist und aus Streifen größerer Breite geschnitten wird, läßt sich .die Schärfe der Schnittkante nicht vermeiden. Besonders ungünstig ist es, wenn Schnittkante auf Schnittkante liegt. Zur Vermeidung dieser Lage wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die Beläge, falls sie gleich breit sind, um einige Millimeter seitlich gegeneinander zu verschieben, oder das eine Band einige Millimeter breiter zu wählen als das andere.
• Eine weitere Möglichkeit zur Beseitigung der Gefahr des Durchdringens der Bandkante besteht nach der Erfindung darin, .daß in den Wickel oder Stapel metallische Kondensatorfolien gelegt werden, ,die in der Weise doppelt gefaltet sind, daß sich zwei ihrer ursprünglich sich einander gegenüberliegenden Randkanten stoßen und daß zwischen diesen Folien nicht gefaltete metallische Folien liegen, die beiderseits über die Falzränder der gefalteten Folien hinausragen. Auf diese Weise liegen nur die abgerundeten Falzkanten im Bereich des im Stapel oder Wickel vorhandenen Druckes, mit dem die einzelnen Folien aufeinandergepreßt sind.
• Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit zur Beseitigung der Gefahr des Durchdringens der scharfen Schnittkante der Bänder besteht darin, daß einer der metallischen Kondensatorbeläge in der Weise einfach gefaltet wird, daß zwei seiner ursprünglichen Randkanten aneinanderliegen und diese gefaltete Kondensatorfolie so in den Stapel-oder Wickelverband. eingefügt wird, daß die Endkanten herausragen, wobei vorzugsweise in der Folienfalte elektrische Anschlußfähnen eingeführt sind.
• Zur Erläuterung der in der letztgenannten Weise aufgebauten Wickel- oder Stapelkondensatoren dient die Darstellung von einigen Kondensatorfolien im Schnitt.
• Die metallische Kondensatorfolie i nach Abb. i liegt zwischen den Kondensatorbelägen 2 und 3. Die Folie i ist auf ihrer einen Oberfläche mit einer zusammenhängenden Emulsionsschicht aus dem vorgeschlagenen zusammengesetzten dielektrischen Material bedeckt, daraufhin in der Weise doppelt gefaltet worden, daß die bedeckte Oberfläche außen liegt und die ursprünglichen Randkanten q. und 5 sich stoßen und mitten im Stapel liegen. An dieser Stelle wird :die Schärfe der Randkanten unwirksam und kann somit nicht mehr die Gefahr des Durchdringens der Schnittkante durch die dielektrische Schicht auslösen.
• Die Schnittzeichnung der Abb. 2 zeigt die Abwandlung, daß die Elektrode i, die in der beschriebenen Weise doppelt gefaltet ist, eine blanke Oberfläche hat, während .die Kondensatorbeläge z und 3 allseitig mit der Dielektrikumsemulsion bedeckt sind.
• Die Schnittzeichnung der Abb.3 zeigt die einfach gefaltete Kondensatorfolie i und die gleichfalls nur einfach gefaltete, mit dielektrischer Schicht bedeckte Kondensatorfolie 2. Die ursprünglichen Randkanten der Folien liegen aneinander, und .die Folien sind in der Weise gegeneinander versetzt, daß diese Randkanten beiderseitig aus dem Wickel-oder Stapelverband herausragen. Die blanken Innenflächen der gefalteten Folie 2 .ermöglichen in einfacher Weise den elektrischen Anschluß dieses Belages .dadurch, daß eine dünne Anschlußfahne 3 in die Kondensatorfolie eingeführt ist.
• Allgemein ist zu den vorgeschlagenen Kondensatorausführungen noch zu sagen, daß es grundsätzlich genügt, wenn nur die Folienflächenteile, die sich im Wickel- oder Stapelverband einander berühren, mit der dielektrischen Schicht bedeckt sind. Die nur teilweise Bedeckung,der Kondensatorfolien gewinnt Bedeutung für den Aufbau von Kondensatoren, in denen eine hohe Verlustleistung in Folge von. Hochfrequenzbelastung eintritt. Solche Kondensatoren entwickeln im Betrieb viel Wärme und müssen daher zur Vermeidung einer Zerstörung mit ausreichender Wärmeableitung versehen werden.
• Solche Wickelkondensatoren z. B. werden vorteilhafter so gebaut, daß nur ein Teil, z. B. die Hälfte der Belagsbänder, mit dielektrischer Schicht bedeckt ist. Diese Bänder werden .dann aufgewickelt, wobei .die blanken, nicht bedeckten Flächen seitlich aus dem Wickel ;herausragen. Der herausragende Teil der Beläge kann dann in an sich bekannter Weise wechselseitig umgeschlagen werden, so daß die umgeschlagenen Enden auf den flachgedrückten Wickel gelegt werden können. Der umgeschlagene Teil eignet sich vorteilhaft zum elektrischen Anschluß des Wickels, da hier als Zuführung eine beigelegte Fahne größeren Querschnittes verwendet werden kann, die auch eine gute Wärmeableitung herbeiführt. In .dieser Weise hergestellte Flachwickel sind vorteilhaft in gestapelterForm zwischen Klammervorrichtungen zu verwenden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß seine dielektrische Schicht aus einem pulverförmigen Stoff von hoher Dielektrizitätskonstante besteht, der durch einen Zusatzstoff von bei 2o° C nähplastischer Konsistenz und hoher Haftfähigkeit an Metall gebunden ist.
2. 2. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß :er mittels metallischer Folien aufgebaut ist, an denen .die gebundene dielektrische Schicht haftet.
3. 3. Kondensator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich bekannter Weise gestapelt, gefaltet oder gewickelt ist.
4. 4. Kondensator nach Anspruch :2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer von den beiden Kondensatorbelägen mit der dielektrischen Schicht bedeckt ist.
5. 5. Kondensator nach wahlweise einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, :daß er nach der Wicklung, Faltung bzw. Stapelung unter Verwendung von Vakuum und Wärme getrockrn2t und anschließend getränkt ist.
6. 6. Kondensator nach wahlweise einem der vorgenannten Ansprüche, .dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kondensatorbeläge gegeneinander versetzt sind, so daß keine Randkanten aufeinanderliegen.
7. 7. Kondensator nach wahlweise einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Kondensatorbeläge nur auf den gegenseitigen Berührungsflächen mit dielektrischer Schicht bedeckt sind. B. Kondensator nach wahlweise einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Belägsfolien auf gegenüberliegenden Seiten so weit aus dem Stapel-oder Wickelverband herausragen, daß :die herausragenden Teile auf den Stapel bzw. den flachgelegten Wickel umgeschlagen werden können. Kondensator nach wahlweise einem, der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wickel oder Stapel metallische Kondensatorfolien liegen, idie in der Weise doppelt gefaltet sind, daß sich zwei ihrer ursprünglichen, sich einander gegenüberliegenden Randkanten stoßen, und daß zwischen diesen Folien nicht gefaltete metallische Folien liegen, die beiderseits über die Falzränder der gefalteten Folien hinausragen. io. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Wickel bzw. Stapel metallische Kondensatorfolieri liegen, .die in der Weise einfach gefaltet sind, .daB zwei ihrer ursprünglichenRandkanten aneinanderliegen und aus .dem Stapel-oder Wickelverband herausragen, wobei vorzugsweise in die Folienfalte elektrische Anschlußfahnen eingeführt werden. ii. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche i bis io, gekennzeichnet :durch eine Herstellungsweise, die darin besteht, daß .der metallische Kondensatorbelag zunächst oberflächlich haftfähig gemacht wird, z.. B. durch einen dünnen Überzug mit Chlornaphthalin, und .dann mit :dem pulverförmigen Stoff von. hoher Dielektrizitätskonstante vorzugsweise durch Anblasen bestaubt wird. 12. Kondensator nach Anspruch i i, .dadurch gekennzeichnet, daß die Bestaubung während des Wickelns bzw. während der Stapelung vorgenommen wird. 13. Kondensator nach Anspruch io oder ii, .da-durch gekennzeichnet, daß :der pulverförmige Stoff von hoher Dielektrizitätskonstante bei der Bestaubung unter :der Einwirkung eines starken elektrischen Feldes steht. 14. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche i i :bis 13, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Bestaubung im Vakuum vorgenommen wird. 15. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche i bis io, :dadurch gekennzeichnet, .daß der Bindungsstoff der :diaelektrischen Schicht aus einem wachsartigen Stoff besteht, der einen hohen Schmelzpunkt hat, und die dielektrische Schicht in einer infolge Erwärmung pastenartigen Konsistenz auf die Folie aufgetragen wird. 16. Kondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Kondensators die Bedeckung :der metallischen Kondensatorfolie in der Weise vorgenommen ist, daß sie durch das warme Bad, in dem sich :das zusammengesetzte dielektrische Material befindet, hindurchgezogen wird. 17. Kondensator nach -Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Kondensators das mit der flüssigen dielektrischen Schicht bedeckte metallische Konden-Batorblatt bei einer Temperatur, die oberhalb des Schmelzpunktes .des dielektrischenMaterials liegt, in ,geringem Abstand an einer Elektrode vorbei-bewegt ist, die gegenüber dem elektrischen Potential des metallischen Kondensatorblattes einen hohen Potentialunterschied aufweist. i8. Kondensator nach Anspruch 15 bis 17, gekennzeichnet :durch eine Herstellungsweise, die darin besteht, daß die mit dielektrischer Schicht- bedeckte metallische Kondensatorfolie nach dem Erstarren auf eine bestimmte Gesamtstärke gewalzt wird. ig. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine Herstellungsweise, die darin besteht, daß der an und für sich fertige Wickel bzw. Stapel nochmals auf eine Temperatur gebracht ist, bei welcher das dielektrische Material flüssig oder mindestens fließend ist. 2o. Kondensator nach wahlweise einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindungsstoff der dielektrischen Schicht aus einem wachsartigen Stoff besteht, der einen hohen Schmelzpunkt hat, und die dielektrische Schicht in einer durch Erwärmung hervorgerufenen flüssigen Konsistenz mittels einer Pumpe, vorzugsweise einer solchen, deren Membran hochperiodische Bewegungen ausführt, auf .die metallische Kondensatorfolie aufgespritzt wird.