CH181908A - Elektrostatischer Kondensator. - Google Patents

Description

  Elektrostatischer Kondensator.    Die     l.)urchschlagsfestigkeit    eines     Kon-          densators    wird im allgemeinen bestimmt  durch die     schwächste    Stelle des     Dielektri-          kums.    An dieser Stelle erfolgt bei steigen  der Spannung der Durchschlag.

   Die Erfin  dung geht aus von der     Tatsache,    dass bei  einem Durchschlag an einer schwachen Stelle  des     Dielektrikums    die metallische Belegung  um die     Durchschlagsstelle    herum unter dem  Einfluss des entstehenden Funkens gelegent  lich verschwindet.     flacht    man die Folien  stärke nicht allzu dick, so schmilzt oder ver  dampft der Metallbelag in einem Umkreis  um die     Durchschlagsstelle    herum, der grösser  ist als die Zone, in welcher das     Dielektrikum     zerstört wird.

   Die     Durchschlagsstelle    ist in  folgedessen nach dem Durchschlag durch das  noch vorhandene     Dielektrikum    isoliert, so  dass ein erneuter Durchschlag nicht stattfin  den muss. Der Kondensator heilt sich ge  wissermassen bei dem Durchschlag an der  schlechten Stelle von selbst aus. Die Vor  schläge zur     Herstellung    von auf dieser Er-         kenntnis    aufgebauten Kondensatoren haben  jedoch noch zu keiner allgemeinen Einfüh  rung solcher Kondensatoren geführt, da     die          vervc-endeten        Aletallbeläge    noch nicht die  richtige Dicke besassen.  



  Gemäss der Erfindung sollen zur Herstel  lung der Kondensatoren metallische Beläge  verwendet werden, deren Dicke kleiner ist  als 0,002 mm. Hierdurch wird erreicht, dass  man zum Ausheilen der schlechten Stellen       geringere    Energiemengen benötigt als bei  den     früheren    Versuchen. Die     Verringerung     der Energiemenge zum Ausheilen bei einem  Durchschlag ist deshalb von Wichtigkeit,  weil sonst bei Kondensatoren kleinerer Ka  pazität die eigene Kapazität dieser Konden  satoren nicht mehr ausreicht, um beim  Durchschlag eine solche Strommenge zu  liefern, wie sie erforderlich ist, um die me  tallische Belegung um die schlechte Stelle  herum wegzubrennen.

   Man musste deshalb  seither zum Ausbrennen stets     einen    beson  deren Kondensator parallel schalten, der die      Energie lieferte. Die Folge davon war, dass  man zwar     Kondensatorfolien    vor der be  triebsmässigen     Verwendung        mittels    Parallel  kondensatoren an den schlechten Stellen aus  brennen konnte; bei der betriebsmässigen  Verwendung des     Kondensators    zum Beispiel  in irgend einer Schaltung, bei der nicht ein  besonderer Kondensator als Energielieferant  parallel geschaltet war, fand jedoch eine  Selbstausheilung nicht statt.  



  Durch die Verringerung der zum Aus  heilen erforderlichen Energiemenge, wie sie  durch die Erfindung erreicht wird, erhält  man ausserdem noch den sehr wichtigen Vor  teil, dass die beim Wegbrennen der Belegun  gen an der     Durchschlagsstelle    entstehenden  Wärme- und Gasmengen sehr klein werden.  Dies ist von besonderer Wichtigkeit, damit  beim Durchschlag in einem fertigen     Konden-          satorwickel    nicht durch die entstehenden  Wärme- und Gasmengen Druckspannungen  hervorgerufen     \werden,    welche den Konden  sator aufreissen, so dass er durch diese rein  mechanische Zerstörung     unbrauchbar    wird.  



  Um die zum Ausheilen an einer Durch  schlagsstelle erforderliche Energiemenge mög  lichst klein zu halten, ist es zweckmässig, mit  der     Stärke    der metallischen Beläge soweit  als möglich unter den Wert von 0,002     mm     herunterzugehen. Es haben sich gute Ver  hältnisse ergeben bei Belägen von     einer     Dicke von     etwa    0,001 mm. Sehr gute Ergeb  nisse wurden auch erzielt bei Belägen von  einer Dicke von 0,0001 mm und darunter.  



  Gemäss der Erfindung hergestellte Kon  densatoren haben ferner noch den Vorteil,  dass man mit einer einzigen     Papierzwischen-          lage    zwischen den Metallbelegungen aus  kommen kann. Bei den normalen Konden  satoren werden dagegen immer mehrere     Pa-          pierzwischenlagen    verwendet, damit sich die  schlechten Stellen des Papiers gegenseitig  abdecken. Dieses Abdecken ist bei Konden  satoren gemäss der Erfindung nicht erforder  lich, da durch das Wegbrennen der     Metall-          belegung    um die schlechten Stellen herum  diese schlechten Stellen des Papiers durch  schlagsicher gemacht werden.

      Wenn auch der Kondensator sich wäh  rend des normalen Betriebes bei einem  Durchschlag selbst ausheilt, so ist es doch  zweckmässig, bereits unmittelbar im An  schluss an die Herstellung die Durchschläge  vorzunehmen. Der Kondensator wird dann  so lange an eine erhöhte     Spannung    gelegt,  bis an sämtlichen schwachen Stellen Durch  schläge stattgefunden haben und um die       Durchschlagsstellen    herum das Metall der  Belegung verschwunden ist. Vorteilhaft       wird    dieses Durchschlagen vor dem Tränken  des     Dielektrikums    vorgenommen, so dass das       Trä        nlungsmittel    die     Durchschlagsstellen    voll  ausfüllen kann.

   Unter Umständen kann das  Tränken auch ganz in Wegfall kommen, da,  nachdem die Durchschläge     stattgefunden     haben, die schwachen Stellen des     Dielektri-          kums    nicht mehr gefährlich sind.  



  Das Ausheilen des Kondensators kann  dadurch gefördert werden, dass als Material  für die Beläge ein Metall mit einem niedri  gen Schmelzpunkt verwendet wird. Beson  ders zweckmässig ist es, reine Metalle zu ver  wenden, das heisst Metalle ohne nichtmetal  lische Einschlüsse, da diese im flüssigen Zu  stande grosse Oberflächenkräfte     besitzen.    Die  Folge davon ist, dass wenn an der Durch  schlagsstelle die Beläge zum     Schmelzen     kommen, sich die geschmolzenen Teilchen  zusammenziehen und die metallische Ver  bindung mit der noch festen. Metallschicht  unterbrechen.  



  Da bei der genannten geringen Stärke  des     i@Ietallbelages    selbständige Metallfolien  nur eine geringe Zerreissfestigkeit besitzen,  ist es zweckmässig, bei der     Herstellung    der  Kondensatoren nicht     selbständige    Metall  folien unter Zwischenlage     eines    Papierban  des zusammenzuwickeln,     sondern    das Papier  band als Träger der Metallschicht zu ver  wenden.

   Die Metallschicht wird dann vor  oder während des Wickelns oder     Legens    des       Kondensators    auf dem     Dielektrikumstreifen,     beispielsweise durch das unter der Bezeich  nung     "gathodenzerstäubung"    bekannte Ver  fahren oder durch Metallverdampfung auf  gebracht. Das rein thermische Verdampfen      von Metall geschieht entweder im Vakuum  oder unter Schutzgas.

   Um das Papier beim  Aufdampfen nicht zu beschädigen und um  rascher     arbeiten    zu     können,        -werden    zweck  mässig Metalle mit     verhältnismässig    niedri  gem     Verdampfungspunkt,        wie    zum Beispiel  Kadmium oder Zink,     verwendet.    Unter Um  ständen ist es vorteilhaft, für die Beläge  Edelmetalle zu verwenden, da. dann bei den  dünnen Metallschichten die Gefahr einer  Oxydation vermieden ist.  



  Da die Metallschicht des Kondensators  einen sehr hohen spezifischen Widerstand  besitzt, müssen Vorkehrungen getroffen  werden, damit an der     Anschlussstelle    der Zu  führungen keine zu starke Erwärmung auf  tritt. Verwendet man zur Stromzuführung  eingelegte metallische Streifen, so müssen  diese in sehr grosser Anzahl vorhanden sein.  Einen wesentlich besseren Anschluss erhält  man dadurch, dass die Metallbeläge     stirn-          seitig    herausgeführt und durch aufgespritz  tes Metall miteinander verbunden werden.  



  Zwei Ausführungsbeispiele des Erfin  dungsgegenstandes sind in den Abbildungen  dargestellt. Hierbei ist der Massstab hinsicht  lich der Dicke der     Schichten    stark vergrössert.  



  In     Fig.    1 bedeutet     a    denjenigen Papier  streifen, auf dem sich der eine Belag befin  det und b den Papierstreifen mit dem an  dern Belag. c und d sind die Beläge, die so  dünn aufgetragen sind, dass sie bei einem  Durchschlag um die Durchschlagstelle herum  verschwinden.<I>f</I> und<I>g</I> sind     Papierzwischen--          lagen    ohne Metallschicht. Unter Umständen  ist es zweckmässig, auch diese Papierlagen  an denjenigen Stellen zu metallisieren, an  denen sie mit der     Nachbarmetallschicht    in  Berührung stehen. Auf diese Weise werden  etwa vorhandene Luftzwischenräume elek  trisch überbrückt.

   Diese elektrische Über  brückung der Luftzwischenräume lässt sich  noch -weiter verbessern durch Verwendung  von doppelseitig metallisiertem Papier.  



  Die Metallschicht c ragt auf der einen  Seite mit ihrem Papierträger a ins Freie  und die Metallschicht d mit ihrem Träger b  auf der andern Seite. Durch Ausfüllen der    Zwischenräume an den beiden Stirnseiten  mit einem leitenden Körper werden sämt  liche Ränder des gleichen Metallbelages mit  einander     verbunden,    so     da.ss    für den Strom  eintritt in die Belegung eine grosse Fläche  zur Verfügung steht und unzulässige Er  wärmungen nicht auftreten können.

   Das  Ausfüllen     mit    einem leitenden     Körper        kann     durch Aufgiessen, Aufspritzen oder Auf  stäuben von Metall geschehen, das in den  Abbildungen durch     Punktierung        dargestellt     ist.  



  Die Stirnseiten werden für den     Stroman-          schluss    zweckmässig nicht ganz, sondern nur  Nilweise mit dem leitenden Körper aus  gefüllt, damit nachher beim Tränken das       Tränkungsmittel    noch gut in den     Konden-          satorkörper        eindringen    kann.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    2  sind bei gleicher Schichtbreite     etwas    schmä  lere Papierbreiten verwendet, so dass mehr  Raum für den     Anschlusskörper    an den Stirn  seiten zur Verfügung steht.  



  Bei dem     beschriebenen    Verfahren lassen  sich sehr gut nichtfaserige     Isolierstoffe    als       Dielektrikum    verwenden. Diese Isolierstoffe,  die aus     Zellulosederivaten    oder aus bei höhe  rer     Temperatur    schmelzbaren,     härtbaren    oder  nicht     härtbaren    Stoffen,     wie    zum Beispiel  polymeren     Vinylverbindungen    bestehen kön  nen, haben     durch    den Fortfall der Faser  struktur den Vorteil, dass sie keine Trän  kung erfordern.

   Anderseits besitzen diese  Stoffe bei der Herstellung in     dünnen    Schich  ten sehr viele schwache     Stellen.    Verwendet  man diese Stoffe nun bei Kondensatoren  gemäss der Erfindung, so schaden diese  schwachen Stellen nichts, da bei dem ersten  Durchschlag an diesen Stellen die Metall  belegung verschwindet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Elektrostatischer Kondensator, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Belag dünner ist als 0,002 mm, zum Zwecke, errei chen zu können, dass bei einem Durchschlag ein im Bereich der Durchschlagsstelle liegen der Teil mindestens eines Belages so weit verschwindet, dass die Stromleitung zwischen den zwei Belägen unterbrochen wird.

   PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung des Konden sators nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Belag mit einer kleine ren Dicke .als 0,002 mm auf einem Streifen aus dielektrischem Material aufgebracht wird. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Kondensator nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Metall belag aus einem Metall besteht, dessen Verdampfungspunkt in der Grössenord nung von demjenigen von Zink und Kadmium. liegt. ?. Kondensator nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Metall belag aus einem Metall ohne nichtmetal lische Einschlüsse besteht. 3. Kondensator nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Metall belag aus Edelmetall besteht. 4. Kondensator nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Stirn enden des Kondensators als Stroman- schlussflächen dienen.

   5. Kondensator nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, da.ss die Beläge gleicher Polarität mit dem sie tragenden Dielektrikum auf einer Seite des Kondensators gegenüber der Nachbardielektrikumsschicht vor stehen.

   6. Kondensator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 und 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen der am Rande vorstehenden Metallschicht und den Dielektrikums- schichten mit einem leitenden Körper wenigstens teilweise derart ausgefüllt sind, dass sämtliche Ränder der zusam mengehörenden Metallschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. 7. Kondensator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zwischenräume wenigstens teilweise mit Metall aus gefüllt sind. . B.

   Kondensator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zwischenräume wenigstens teilweise mit einer aufgegos senen Metallschicht ausgefüllt sind. 9. Kondensator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zwischenräume wenigstens teilweise mit einer auf gestäubten Metallschicht ausgefüllt sind. 10. Kondensator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zwischenräume wenigstens teilweise mit einer auf gespritzten Metallschicht ausgefüllt sind. 11.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Metall beläge vor der Herstellung des Konden sators auf die Dielektrikumstreifen auf gebracht werden. <B>12).</B> Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Metall beläge während des Zusammenbaues der Beläge zu einem Kondensator auf gebracht werden. 13. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Metall schicht durch Kathodenzerstäubung auf das Dielektrikum aufgebracht wird. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass die Metall schicht aus einem Metalldampf auf das Dielektrikum niedergeschlagen wird. 15. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass das Aufdampfen im Vakuum geschieht. 16. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass das Aufdampfen unter Schutz gas geschieht.