CH621207A5 - Regenerable electric capacitor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator, insbesondere für Wechselspannungsanwendungen hoher Energiedichte, welcher aus aufgewickelten Lagen von mit Metallbelägen versehenen Kunststoffolien besteht, wobei metallfreie Randstreifen auf den Längsseiten der Folien angeordnet sind.
Bei regenerierfähigen Wechselspannungskondensatoren hoher Energiedichte, welche aus Kunstsoffolien mit Aluminiummetallisierung bestehen, darf die Belagsdicke höchstens 50 nm betragen, damit die Regenierfähigkeit gewährleistet ist. Bei derart niedrigen Belagsdicken wird das Aluminium bei hohen elektrischen Feldstärken (grösser als 30 V~/n-m) und bei Anwesenheit von Feuchte und/oder Sauerstoff von den Kanten des Belagsrandes und der Poren in der Belagfläche ausgehend zu hochisolierendem Aluminiumoxid umgewandelt. Dieser Vorgang kann bis zum vollständigen Verlust der Kapazität fortschreiten.
Bei Zinkbelägen hört zwar die Korrosion im elektrischen Feld auf, wenn sich eine Oxidschicht an den Kanten gebildet hat, deren Breite von der angelegten Feldstärke abhängt (etwa 0,1 bis 1 mm), jedoch muss der Zinkbelag zur Erzielung einer ausreichenden Belagsleitfähigkeit wegen der geringen spezfi-
schen Leitfähigkeit etwa die doppelte Dicke des Aluminiumbelags aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die Regenerierfähigkeit des Zinkbelags beeinträchtigt ist.
Aus der DT-OS 23 59 431 ist ein Kondensator bekannt, bei welchem zum Abbau der hohen Kantenfeldstärke ein Randstreifen aus einem Metall, insbesondere Alumimium, mit einer Dicke von kleiner als 25 nm aufgebracht ist, das anschliessend durch einen elektrochemischen und/oder chemischen und/oder Temperaturprozess bei Gegenwart von Sauerstoff und/oder Wasser in eine hochohmige Verbindung überführt wird. Für regenerierfähige Kondensatoren ist dieses Verfahren wenig geeignet, da die Gefahr besteht, dass bei der Behandlung der ganze Belag oxidiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen regenerierfähigen Kondensator, insbesondere für Wechselspannungsanwendungen hoher Energiedichte, anzugeben, bei welchem die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten umgangen werden, der in einfacher Weise herzustellen ist, und der sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Kondensator erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass er einen ersten Metallbelag aus Aluminium und einen zweiten Metallbelag aus Kupfer oder Nickel oder Kobalt oder Titan oder Wolfram oder Zink besitzt.
Vorzugsweise besteht der zweite Metallbelag aus Zink.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist die Dické des zweiten Belages geringer als die Dicke des Aluminiumbelages, wobei das Dickenverhältnis ungefähr 1:2 bis 1:5, vorzugsweise ungefähr 1:3, beträgt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Belag breiter als der Aluminiumbelag ist, so dass der zweite Belag an der nicht kontaktierten Belagkante etwas übersteht.
Die Kunststoffolien bestehen vorzugsweise aus Polypropylen, können aber auch aus einem anderen geeigneten Material wie z. B. Polystyrol, Polyäthylen, Polyäthylenterephthalat oder Polyamid bestehen.
Der erfindungsgemässe Kondensator zeichnet sich dadurch aus, dass bei Belägen aus unterschiedlichen Metallen die Vorteile beider Komponenten vorhanden sind, ohne dass ihre nachteiligen Eigenschaften zur Wirkung gelangen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim erfindungsgemässen Kondensator die Dicke des Aluminiumbelages ausreichende Belagleitfähigkeit und einwandfreies Regenerierverhalten gewährleistet, wogegen der dünne zweite Belag zur Leitfähigkeit nur unwesentlich beiträgt und das Regenerierverhalten noch nicht beeinträchtigt, aber durch eine oxydierte Kante die hohe elektrische Kantenfeldstärke verringert.
Weitere Vorteile werden an Hand der Ausführungsbeispiele aufgezeigt.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigt:
Fig. 1 den Prinzipaufbau eines Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 den Prinzipaufbau eines weiteren Ausführungsbeispieles und
Fig. 3 die Kapazitätsänderung bei erhöhter Temperatur des erfindungsgemässen Kondensators im Vergleich zu einem Kondensator mit Aluminiumbelag.
Ausführungsbeispiel 1
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kondensators aus Polypropylenfolien 1 dargestellt. Auf den Folien 1 ist zuerst ein dünner Zinkbelag 2 und auf diesem ein dickerer Aluminiumbelag 3 aufgebracht. Der Zinkbelag 2 ist höchstens 15 nm und der Aluminiumbelag 3 höchstens 30 nm dick, wobei das Dickenverhältnis ungefähr 1:2 bis ungefähr 1:5 (vorzugsweise ungefähr 1:3) beträgt. Die Metallbeläge 2,3 werden durch in der Figur nicht dargestellte Schoopschichten kontaktiert. An den nicht zu kontaktierenden Seiten befinden sich metallfreie Randstreifen 4. Der Zinkbelag 2 ist etwas breiter als der Aluminiumbe2
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lag 3, so dass der Zinkbelag 2 im Bereich der metallfreien Randstreifen 4 etwas über den Aluminiumbelag 3 hinausragt. Die Breite des Zinkbelages 2 beträgt dabei bis zu 1 mm mehr als die Breite des Aluminiumbelages 3.
Die Aluminiumschicht 3 gewährleistet bei hoher Regeneriersicherheit eine gute Leitfähigkeit, während die dünnere Zinkschicht 2 ein Fortschreiten der Korrosion an den Kanten und Poren verhindert. Dies wird darauf zurückgeführt, dass im überhöhten elektrischen Feld an den Belagkanten und Poren eine durch Teilentladung verursachte Oxidation des Zinkbelags 2 stattfindet. Das Zinkoxid besitzt nun im Gegensatz zum Aluminium eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, um die überhöhte Kantenfeldstärke auf ein ungefährliches Mass zu reduzieren. Dadurch wird die Korrosion des Belags zum Stillstand gebracht.
An Stelle von Zink können auch Kupfer, Nickel, Kobalt, Titan oder Wolfram verwendet werden, da deren Oxide ebenfalls halbleitende Eigenschaften besitzen und somit die überhöhte Kantenfeldstärke in gleicher Weise reduzieren.
Für die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Kondensators ist es dabei unerheblich, ob - wie in Fig. 1 dargestellt - der Aluminiumbelag 3 auf dem Zinkbelag 2 angeordnet ist; es kann auch umgekehrt zuerst der Aluminiumbelag und dann der Zinkbelag aufgebracht werden.
Ausführungsbeispiel 2:
In der Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines weiteren Aus-
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führungsbeispieles dargestellt, wobei der Zinkbelag 2 und der Aluminiumbelag 3 auf unterschiedlichen Seiten der Polypropylenfolien 1 mit metallfreien Randstreifen 5 bzw. 6 angeordnet sind. Die Breite der metallfreien Randstreifen 5 und 6 ist dabei 5 so bemessen, dass unter Berücksichtigung der Wickelversetzung x der Zinkbelag 2 auf der Seite der metallfreien Randstreifen 5,6 bis zu 1 mm über den Aluminiumbelag 3 übersteht. Auch diese Ausführungsform hat hinsichtlich der Spannungsfestigkeit die gleichen Vorteile wie der in Fig. 1 dargestellte Aufbau, io Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass das Aufbringen des Zinkbelags 3 auf getrennten Seiten der Folie 1 eine genaue Kontrolle der Belagsstärken ermöglicht. Vorteilhaft ist es weiterhin, dass Poren in einem Belag mit höchster Wahrscheinlichkeit durch eine einwandfreie Belagsfläche der zweiten Folie 15 abgedeckt werden, womit sich von vornherein keine unzulässig hohen Feldstärken durch Poren in den Belägen ergeben.
In Fig. 3 ist die Kapazitätsabnahme À c/c in Abhängigkeit von der Betriebsdauer t bei Wechselspannungsbetrieb und 20 einer Umgebungstemperatur von 70 °C dargestellt. Während beim erfindungsgemässen Kondensator (Kurve 1), welcher aus unimprägnierten Polypropylenfolien mit Zink-Aluminium-Belag aufgebaut war, nur eine Kapazitätsabnahme von weniger als 1 % nach tausend Stunden Betriebsdauer zu verzeichnen 25 war, hatten Vergleichskondensatoren aus Polypropylenfolien mit einem Aluminiumbelag gleicher Gesamtdicke (Kurve 2) eine Kapazitätsabnahme von mehr als 10%.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, insbesondere für Wechselspannungsanwendungen hoher Energiedichte, welche aus aufgewickelten Lagern von mit Metallbelägen versehenen Kunststoffolien besteht, wobei metallfreie Randstreifen auf den Längsseiten der Folien angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ersten Metallbelag (3) aus Aluminium und einen zweiten Metallbelag (2) aus Kupfer oder Nickel oder Kobalt oder Titan oder Wolfram oder Zink besitzt
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Metallbelag (2) aus Zink besteht.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Belags (2) geringer als die Dicke des Aluminiumbelags (3) ist.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenverhältnis des zweiten Belags (2) zum Aluminiumbelag (3) ungefähr 1:2 bis 1:5 beträgt.
5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenverhältnis des zweiten Belags (2) zum Aluminiumbelag (3) ungefähr 1:3 beträgt.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Belag (2) breiter als der Aluminiumbelag (3) ist und an der nicht kontaktierten Belagkante über den Aluminiumbelag hinausragt.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Belag (2) und der Aluminium* belag (3) auf einer Seite der Folie (1) angeordnet sind.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Belag (2) auf der Folienoberfläche angeordnet ist.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Belag (2) und der Aluminiumbelag (3) auf unterschiedlichen Seiten der Folie (1) angeordnet sind.
10. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (1) derart verwickelt sind, dass die zweiten Beläge (2) und Aluminiumbeläge (3) aneinander liegen.
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolien (1) aus Polypropylen bestehen.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |