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Regenerierfähiger elektrischer Kondensator
Während für nicht regenerierende Kondensatoren eine Vielzahl von Kondensatordielektrika bekannt ist, sind regenerierende Kondensatoren nur aus bestimmten Dielektrika, wie z. B. Papier, Zellulose- derivaten und Polyäthylenterephthalat. bekanntgeworden. Der Grund liegt vor allem darin, dass die Vor- gänge beim Regenerierprozess bisher weitgehend unbekannt waren und daher auch keine allgemeine Regel für den Aufbau solcher Kondensatoren gegeben werden konnte. Die Erforschung dieser Vorgänge führte zu folgenden Ergebnissen :
Bei regenerierenden Kondensatoren werden die Regeneriereigenschaften wesentlich durch den chemischen Aufbau des Dielektrikums mitbestimmt, und besonders bedeutend für den Regenerierprozess sind hiebei die im Molekül vorhandenen Atome mit stark oxydativen Eigenschaften, z. B.
Sauerstoff und Fluor.
Beim Regenerierprozess wird zur vollständigen Umsetzung des Dielektrikums zu stabilen Oxydationsprodukten (z. B. CO und HO) eine bestimmte Menge eines Oxydationsmittels benötigt. Der prozentuale Anteil dieser Menge, der im Molekül selbst vorhanden ist. wird Oxydationsbilanz genannt. Für einen einwandfreien Ablauf des Regenerierprozesses ist besonders die Oxydationsbilanz der der Metallbelegung unmittelbar benachbarten Dielektrikumsschicht entscheidend, da beim Ausbrand die Isolationsstrecke hauptsächlich durch den Ausbrennhof gebildet wird, dessen Radius vielleicht 100 mal grösser ist als die Stärke der Dielektrikumsschicht.
Es hat sich nun gezeigt, dass bei Dielektrika mit einer Oxydationsbilanz grösser als 10% (z. B. Papier, Acetylzellulose, Äthylzellulose, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylentherephthalat) der Regenerierprozess einwandfrei verläuft. Bei einer Oxydationsbilanz kleiner als 10% (z. B. Polykarbonat, Polystyrol, Poly- äthylen, Polyvinylkarbazol) tritt Verkohlung auf, die niedrige Isolationswerte und zum Teil Kurzschluss zur Folge hat. Diese Stoffe können daher trotz guter dielektrischer Eigenschaften und zum Teil hoher Temperaturbeständigkeit für regenerierende Kondensatoren nicht eingesetzt werden.
Um Stoffe guter dielektrischer Eigenschaften, die aber schlechte Regeneriereigenschaften besitzen, trotzdem zum Aufbau von regenerierenden Kondensatoren verwenden zu können, ist daher bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden, dieses Dielektrikum mit einer dünnen Schicht aus einem Stoff zu überziehen, dessen Oxydationsbilanz grösser als 10% ist. Diese Massnahme hat jedoch den Nachteil zur Folge, dass die Schicht aus dem Sauerstoff abgebenden Stoff einen Teil des wirksamen Dielektrikums bildet. Man kann daher dafür entweder nur solche Stoffe verwenden, die auch sonst gute dielektrische Eigenschaften besitzen, z. B. keinen zu grossen Verlustwinkel, oder man muss in Kauf nehmen, dass mit der Verbesserung der Regeneriereigenschaften eine Verschlechterung der übrigen elektrischen Eigenschaften des Kondensators Hand in Hand geht.
Es hat sich neuerdings gezeigt, dass es nicht erforderlich ist den Sauerstoff abgebenden Stoff im dielektrischen Feld anzuordnen, sondern dass es ebenso möglich ist, ihn gewissermassen in das Innere der Kondensatorenbelegung einzubringen, d. h. in den feldfreien Raum, wodurch seine Einflussnahme auf die dielektrischen Werte des Kondensators vermieden wird.
Es wird daher ein regenerierfähiger elektrischer Kondensator mit mindestens einer aus zwei leitend verbundenen regenerierfähig dünnen Metallschichten bestehenden Belegung, zwischen denen sich im feldfreien Raum eine Isolierstoffeinlage befindet, angegeben, bei dem erfindungsgemäss das Dielektrikum des Kondensators aus einem nichtregenerierfähigen
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Stoff besteht, auf das Dielektrikum die erste regenerierfähig dünne Metallschicht aufgebracht ist, auf welcher eine dünne Schicht eines Stoffes, der mindestens 100/0 des für seine vollständige Umsetzung zu
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ist. Die Einlage befindet sich dabei im feldfreien Raum und beeinflusst die Eigenschaften des wirksamen Dielektrikums nicht nachteilig.
Man gewinnt dabei den zusätzlichen Vorteil, dass mindestens ein Teil der Metallschichten statt auf dielektrisch wirksame Schichten auf die im feldfreien Raum liegenden Einlagen aufmetallisiert wird, wodurch die dabei entstehenden Spitzen, die sich durch Ausfüllen von Poren durch Metallteilchen bilden, statt in das Dielektrikum zu ragen und dort die Durchschlagsfestigkeit und den Verlustwinkel zu verschlechtern, in den feldfreien Raum ragen, wo sie völlig unschädlich sind. Das Wesen der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. l zeigt ein Band 1 aus einem die Regenerierfähigkeit bedingenden Stoff, das mit regenerierfähig dünnen Metallbelegungen 2 und 3'versehen ist. die gegebenenfalls über eine Brücke 4 miteinander leitend verbunden sind. Die leitende Verbindung 4 zwischen den Metallbelegungen 2 und 3 kann zusammen mit der Aufmetallisierung von 2 und 3, nach der Metallisierung oder auch erst, nachdem die metallisierte Folie in einem Wickelkondensator eingebracht worden ist, mit der stirnseitigen Kontaktschicht hergestellt werden. Das in Fig. l dargestellte beidseitig metallisierte Band lässt sich als Belegung
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auch möglich, dass das Kondensatordielektrikum mit der regenerierfähigen Belegung und deren Einlage zu einer mechanischen Einheit verbunden wird. Das zeigt Fig. 2.
Dort ist ein dielektrisches Band 5 dar- gestellt, das mit einer ersten Metallisierung 2 versehen worden ist, auf die die Sauerstoff abgebende Einlage in Form einer etwa 1 p starkenLackschicht aufgebracht ist. Auf die Einlage 1 ist ein weiterer Metallbelag 3 aufmetallisiert, der, wie bereits beschrieben, gleichzeitig mit der Metallisierung vor der Herstellung des Kondensators oder nach dessen Herstellung durch die leitende Verbindung 4 mit der Metallbelegung 2 verbunden wird.
Besteht das Dielektrikum, mit dem die Belegung in Fig. l verwickelt wird bzw. das dielektrische Band 5 in Fig. 2 aus einem schrumpffähigen Kunststoff, z. B. gerecktem Polystyrol, so kann ein mit den Belegungen in Fig. l oder 2 hergestellter Kondensator zur Erhöhung der Kapazitätskonstanz durch Tempern geschrumpft und dadurch verfestigt werden.
Die Erfindung lässt sich, wie in den Fig. 3-6 gezeigt wird, besonders vorteilhaft verbinden mit dem an sich bekannten Verfahren zur Herstellung von Dünnfolienkondensatoren. Es werden dabei auf gegebenenfalls zur Erzielung einer geeigneten Haftfestigkeit vorbehandelte Trägerfolien aus Papier oder einem Kunststoffmaterial Lackschichten aufgebracht und durch Aufdampfen mit einer Metallbelegung versehen.
Die Lackschicht mit den darauf befindlichen beiden Metallschichten und der Zwischenschicht wird unmittelbar vor Herstellung des Kondensators von der Trägerfolie abgezogen und zu einem Dünnfolienkondensator verwickelt. Gemäss Fig. 3 wird eine solche Trägerfolie 6 mit einer dielektrischen Lackschicht 7 gewünschter Stärke versehen, auf die dann eine ersteMetallbelegung 2, dann in ähnlicher Weise wie die erste Lackschicht 7 eine zweite Lackschicht 1, vorzugsweise in einer Stärke von etwa l , aus einem Sauerstoff abgebenden Stoff und dann eine zweite Metallbelegung 3 aufgebracht wird. Auf die zweite Metallbelegung kann, wie Fig. 4 zeigt, eine weitereLackschicht 8, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material besteht und die gleiche Dicke aufweist wie die Lackschicht 7 aufgebracht werden.
Nach Abziehen von der Trägerfolie 6 erhält man dann entweder, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Anordnung, bestehend aus einer ersten Lackschicht 7 und einer Belegung aus den Metallschichten 2 und 3, die eine Einlage 1 einschliessen, oder, falls man noch eine zweite Lackschicht 8 aufgebracht hat, die Anordnung nach Fig. 6.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Wickellage eines Kondensators, die durch seitlich versetzte Anordnung zweier in Fig. 2 dargestellter Schicht-Folien entsteht. Fig. 8 zeigt in ähnlicher Weise eine Wickellage eines Kondensators, die. aus zwei der in Fig. 5 dargestellten Schicht-Folien durchseitlich versetzte Anordnung hergestellt wurde. Man erhält dabei einen Kondensator mit einem einlagigen Dielektrikum. In ähnliches Weise gelangt man durch Aufwickeln der in Fig. 6 dargestellten Schicht-Folien zu einem zweilagigenKondensator, von dem in Fig. 9 ebenfalls eine Wickellage angegeben wird. Die seitliche Versetzung der Mehrschicht-Folien kann auch unterbleiben.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Belegungen lassen sich jedoch auch mit weiteren dielektrischen Bändern verarbeiten. Man wird in diesem Fall die Lackschichten 7 und 8 zweckmässigerweisebesonders dünn wählen. Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Kondensatoren, bei denen die Lackschichten 7 und 8
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als einziges Dielektrikum dienen, zeichnen sich demgegenüber durch besonders hohe Raumkapazität aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator mit mindestens einer aus zwei leitend verbundenen regenerierfähig dünnen Metallschichten bestehenden Belegung, zwischen denen sich im feldfreien Raum eine Isolierstoffeinlage befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum des Kondensators aus einem nichtregenerierfähigen Stoff besteht, auf das Dielektrikum die erste regenerierfähig dünne Metall-
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imhält, aufgebracht, vorzugsweise auflackiert ist, und darüber die zweite mit der ersten leitend verbundene Metallschicht angeordnet ist.