Kondensator mit geschichtetem, am Rande verstärktem Dielektrikum. Die Technik bedient sich häufig der aus Metallfolien mit dazwischen gelagerten öl- imprägnierten Isolierstoffschichten gewickel ten Kondensatoren, die üblicherweise zu flachen Paketen gepresst sind. Diese Konden satoren werden aber sehr leicht durch Glimm- erscheinungen, die vorzugsweise an den Rändern der metallischen Belegung auf treten, zerstört, wobei die hohe dielektrische Festigkeit der Isolierstoffe in den innern Partien der Kondensatoren nie voll ausge nützt ist.
Versuche haben gezeigt, dass es möglich ist, die Kondensatoren leistungsmässig be deutend höher zu belasten, wenn das Dielek trikum in den Randpartien zwischen den metallischen Belegungen durch Zwischen schichten aus Isolierstoff verstärkt wird.
Es muss aber darauf geachtet werden, dass die leistungssteigernde Wirkung von solchen Zwischenschichten nicht durch einen andern Effekt wieder aufgehoben wird. Da die Kon densatoren nach erfolgter Wicklung üblicher weise zu flachen Wickeln gepresst werden, deren Innenpartien geringere Dicke als die zusätzlich verstärkten Randgebiete aufweisen, entstehen Übergangsgebiete, innerhalb wel chen die Schichten mehr oder weniger starken Richtungsänderungen ausgesetzt sind.
Die metallischen Belegungen können nun durch diese Richtungsänderung derart deformiert werden, dass abgesehen von Brächen, Kan ten mit derart kleinen Krümmungsradien ent- stehen, dass die auf diesen Kanten auftreten den Feldkonzentrationen der durch die Rand verstärkung beabsichtigten Verhinderung der Glimmerscheinungen entgegenwirken.
Es wurde bereits früher versucht, das Auf treten von Glimmerscheinungen dadurch zu reduzieren, dass den metallischen Belegungen beidseitig über die ganze Elektrodenfläche Isolierstoffschichten mit möglichst lockerem Gefüge und rauher Oberfläche angelegt wur den. In diesem Zusammenhang wurde auch erwähnt, dass es genügt, diese .lockeren und rauben Schichten nur in den Kondensator rändern den metallischen Belegungen beid seitig anzulegen.
Die durch eine solche Rand verstärkung an und für sich bedingte Lei stungssteigerung wurde aber aufgehoben durch die Tatsache, dass die Zwischenschich ten aus lockeren und rauben Schichten nicht so dünn gemacht werden kannten, dass sich die oben erwähnten Feldkonzentrationen ver meiden lassen.
Sollen Kondensatoren, wie sie vorzugs weise für Niederspannungen (bis. zu einigen 100 Volt) verwendet werden, mit nicht mehr als etwa 2 bis 6 durchgehenden Isolierstoff schichten üblicher Dicke wirkungsvoll ver stärkt werden, so ,genügen hierzu meist schon 1 bis 3 den metallischen Belegungen wenig stens an ihren nicht aus dem Kondensator austretenten Rändern beidseitig angelegte Zwischenschichten. Dadurch,
dass die Zwi schenschichten direkt den metallischen Bele- gungen anliegen, wird aber die oben erwähnte Gefahr der Bildung von soharfen Kanten beim Übergang von den Innenpartien zu den Randgebieten relativ gross, weshalb die Dicke dieser Zwischenschichten zu begrenzen isst und die einzelnen Zwischenschichten in der Breite vorteilhaft abgestuft werden.
Die Erfindung betrifft demgemäss einen Kondensator, vorzugsweise für Niederspan nungen, mit einem Dielektrikum, das aus mehreren mit einem Isoliermittel imprägnier ten Iolierstoffschichten aufgebaut ist, der da durch gekennzeichnet ist, dass zur Verstär kung des Dielektrikums der Randgebiete gegenüber dem Innengebiet wenigstens an den nicht aus dem Dielektrikum austreten den Rändern der metallischen Belegungen beidseitig mindestens eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial von höchstens 12 .10-4 cm Dicke eingebaut ist.
Durch die Beschränkung der Zwischen schichten auf eine Dicke von höchstens 12 .10-4 cm wird es möglich, den Übergang der metallischen Belegungen von dem Kon- densatorinnern zu den Rändern so zu gestal ten, dass jegliche eine unerwünschte Feld konzentration begünstigende Krümmung so wie jede die Elektroden unzulässig deformie rende Wirkung vermieden werden kann. Trotz der geringen Dicke dieser Zwischen schichten ergibt sich aber bei den in Nieder spannungskondensatoren üblicherweise ver zeichneten Zwischenschichten h' aus Isolier wendeten Isoliermaterialien eine sehr be trächtliche Leistungssteigerung.
Es sei dies nun an Hand von Zahlenbei spielen sowie mit Hilfe der Fig. 1 bis 6 ein gehend erläutert.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine beispielsweise Anordnung der verschiedenen ungepressten Schichten. wie sie zur Wicklung eines Kondensators verwendet werden. Zwi schen den beiden metallischen Belegungen B sind beispielsweise drei durchgehende, mittels strichpunktierter Geraden dargestellte Isolier stoffschichten D eingebaut. Den metallischen Belegungen sind an den beiden Rändern er findungsgemäss beidseitig die gestrichelt ge- angelegt, wobei diese Zwischenschich ten höchstens eine Dicke von 12.10-4 cm aufweisen. Damit nach erfolgter Wicklung des Kondensators zwischen allen aufeinander liegenden Belegungen die gleichen Schicht anordnungen auftreten, müssen, wie gezeich net, z.
B. noch zwei durchgehende Isolier stoffschichten unterhalb und eine oberhalb der metallischen Belegung eingebaut werden. Ein aus einer solchen Schichtanordnung ge wickelter Kondensator wird vorteilhaft zu einem flachen Wickel gepresst, so dass sowohl innen, wie am Rand, die Schichten satt an einander liegen. Es entsteht dann ein Wickel, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.
Nimmt man an, jede der durchgehenden Isolierstoffschichten D habe eine Dicke von 8.10--4 cm und jede Zwischenschicht R eine solche von 12.10-4 cm, so ergibt sich für die in Fig. 1 dargestellte Schichtanordnung eine Randverstärkung von ungefähr 100%. Konnte der unverstärkte Kondensator mit einer Spannung U1 betrieben werden, ohne dass Glimmerscheinungen auftraten, so kann nun der verstärkte Kondensator erfah rungsgemäss mit einer Spannung
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betrieben werden, was einer Leistungserhö hung um den Faktor 2 gleichkommt.
Verstärkt man einen Kondensator mit bei spielsweise 5 durchgehenden Isolierstoff- schichten von 15.10-4 cm mit Zwischen schichten von 8.10---4 cm Dicke, wobei die letzteren, wie in Fig. 1 dargestellt, eingebaut sind, so ergibt sich eine Verstärkung der Randgebiete um etwa 20<I>555</I>.
was immer noch die beachtliche Spannungserhöhung um den Faktor
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und somit eine Leistungssteige- rung um den Faktor 1,2 ermöglicht.
Es ist dabei natürlich immer vorausge setzt, dass die dielektrische Festigkeit der un- \erstärkten Partien eine derartige Erhöhung der Spannung überhaupt zulässt.
Fig. 8 zeigt eine andere beispielsweiseAn- ordnung der verschiedenen Schieliten im un- gepressten Zustand. Zwischen den metalli- sehen Belegungen B, die zur besseren Kühlung auf gegenüberliegenden Seiten aus den Isolierstoffschichten austreten, sind in diesem Beispiel 4 durchgehende Isolierstoff- schiehten D angeordnet und die erfindungs gemässen Zwischenschichten B zur Verstär kung des Randes sind nur an den nicht aus dem Dielektrikum austretenden Rändern der metallischen Belegung eingeschoben.
Nimmt man an, die durchgehenden Schichten D haben eine Dicke von je 10 . 10-4 cm und die Zwischenschichten R eine solche von je 12 . 10-4 cm, so ergibt sich daraus eine Ver stärkung der Randgebiete um etwa 30% , was einer Spannungssteigerung um den Fak tor
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und einer Leistungssteigerung von 30 % entspricht.
Es kann natürlich in allen Ausführungs, beispielen die zulässige Leistung um einen weiteren Faktor 2 gesteigert werden, wenn in den Randgebieten, wie bereits bekannt, dass Dielektrikum zwischen den metallischen Belegungen B durch eine metallische Zusatz belegung Z unterteilt wird, wie Fig. 4 zeigt, wobei aber wiederum darauf zu achten ist, dass der Übergang der metallischen Belegun gen von den Innenpartien zu den Randpartien nach erfolgter Pressung, wie oben erwähnt, möglichst sanft erfolgt, was bedingt, dass die Zusatzbelegungen möglichst dünn gehalten werden. Vorteilhaft werden daher die metalli schen Zusatzbelegungen der einen durchgehen den Isolierst offschicht als leitender Belag aufgespritzt, aufgedampft oder aufgedruckt.
Ausserdem können diese Zusatzbelegungen in gleichen Schichtniveaus untereinander gal vanisch verbunden sein, um eine gleichmässige Spannungsverteilung über die ganze Dicke des verstärkten Dielektrikums zu gewähr leisten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit meh reren eingelagerten Zwischenschichten zeigt Fi7g. 5. Es sind beispielsweise je drei Zwi schenschichten B von höchstens 12 . 10-4 cm Dicke eingebaut, wobei die einzelnen Schich ten verschieden breit und so aufeinander ge lagert sind, dass treppenförmige Pakete ent- stehen, wie dies durch die Geraden a-a an zwei Stellen angedeutet ist. Durch die Höhe der Stufen von maximal 12 . 10-4 cm wird die oben erwähnte unzulässige Deformation der metallischen Belegung weitgehend behoben.
Ein derart treppenförmiges Paket von beispielsweise drei Zwischenschichten R auf einer durchgehenden Isolierstoffschicht D liegend, ist in Fig. 6 vergrössert dargestellt. Der Übergang von Stufe zu Stufe kann noch gemildert werden, indem der E der einzelnen Stufen mittels Paraffin oder ähnlichen, vorzugsweise plastischen, isolieren den Stoffen, wie die schraffierten Stehlen zeigen, aufgefüllt wird. Dadurch wird der Übergang der metallischen Belegungen von den Innen- zu den Randpartien praktisch stetig.
Die aufeinandergelegten Zwischenschich ten R können natürlich auch vor der Wick lung des Kondensators im Gebiet A leicht abgeschliffen und zusätzlich gepresst werden, wodurch das Zwischenschichtpaket etwa den Verlauf der schrägen, strichpunktierten Linie zeigen wird.