CH647351A5

CH647351A5 - Electrical capacitor

Info

Publication number: CH647351A5
Application number: CH471879A
Authority: CH
Inventors: Herbert Foerster
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1979-05-21
Publication date: 1985-01-15
Also published as: DE2827216A1; DE2827216C2; FR2429485A3; FR2429485B3; BE877129A

Description

Die Erfindung geht aus von einem selbstheilenden imprägnierten elektrischen Kondensator nach der Gattung des Patentanspruches 1. Es ist bereits ein derartiger Kondensator bekannt (DE-AS 2 019 939), bei dem ein asymmetrisches Mischdielektrikum vorgesehen ist, dessen Beläge auf jeweils einer Seite von zwei Papierbändern aufmetallisiert sind. Diese Papierbänder bilden zusammen mit einem Kunststoffband zwischen den nichtmetallisierten, einander zugekehrten Rückseiten der Papierbänder das eine Teildielektrikum. Bei dieser bekannten Ausführung besteht das andere Teildielektrikum aus zwei Kunststoffbändern, welche zwischen sich ein Papierband einschliessen.

Ein derartiges, aus sechs Einzelbändern bestehendes Gesamtdielektrikum bietet zwar befriedigende elektrische Werte, für eine grössere Zahl von Anwendungsfällen ist jedoch der fertigungstechnische Aufwand sehr hoch, zumal durch zusätzliche Massnahmen bei verbesserter Wirtschaftlichkeit technisch gleichwertige oder sogar hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften verbesserte Dielektrika gefunden werden können.

Der erfindungsgemässe selbstheilende elektrische Kondensator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 hat gegenüber den bekannten Anordnungen den Vorteil, dass beim Ersatz von zwei dünneren Kunststoffbändern durch ein dickeres Kunststoffband zunächst eine Kostensenkung möglich ist. Weiterhin ergibt sich durch die Erhöhung der Kunststoffvolumenanteile auf Kosten der Papieranteile eine Senkung der dielektrischen Verluste, was eine höhere spezifische Blindleistung ermöglicht, und eine Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit, wodurch auch bei Gleichspannung höhere Feldstärken zulässig sind. Diese höhere Belastbarkeit wiederum hat geringere Volumina, geringere Gewichte und wiederum geringere Kosten zur Folge.

Die Verwendung von Tränkmittelmischungen, insbesondere in Verbindung mit der Verwendung von Papierbändern mit unterschiedlich rauhen Oberflächen, ermöglicht auf einfache Weise eine vollständige Imprägnierung in den Spalten zwischen Papier und glattem Kunststoffband. In vielen Fällen wird wegen der Quellung des Kunststoffbandes eine einwandfreie Imprägnierung überhaupt erst ermöglicht, andererseits wird der Spalt zwischen der Papieroberfläche und dem angrenzenden Belag auf dem metallisierten Papier klein gehalten, so dass die Ausbildung von schädlichen Entladevorgängen im Tränkmittelspalt weitestgehend verhindert ist. Aus diesem Grund muss auch die Spaltweite zwischen rauherer Papieroberfläche und Kunststoffoberfläche begrenzt werden. Versuche haben ergeben, dass der Mittenrauhwert dieser Papieroberfläche abhängig von der Quellung der Folie höchstens 1,5 um betragen sollte.

Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösungen möglich. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft der Aufbau des nicht metallisierten Dielektrikums als Zweibanddielektrikum bewährt, wobei der Kunststoffvolumenanteil überwiegt. Die Kunststoffbänder bestehen zweckmässigerweise aus Polypropylen-Folien, welche bei guten dielektrischen Eigenschaften eine voll befriedigende Imprägnierung gestatten, wenn die Tränkmittelmischung mindestens 20% eines die Kunststoffolien anquellenden Tränkmittels und mindestens 10% eines die Kunststoffolien praktisch nicht anquellenden Tränkmittels enthält. Diese Tränkmittel sind zweckmässigerweise Silikonöl und Mineralöl.

Quellende Kunststoffolien sind einerseits vorteilhaft, weil dadurch die angrenzenden Tränkmittelspalte verkleinert und somit ebenfalls Entladevorgänge behindert werden. Dies bedeutet, dass höhere Feldstärken mit den bekannten technischen und wirtschaftlichen Vorteilen möglich werden. Andererseits muss aber das Dielektrikum trotz der die Eindringspalte verengenden Quellung zunächst vollständig imprägniert werden. Diese während des Imprägniervorganges gestellten Forderungen können mit Hilfe solcher Tränkmittelmischungen erfüllt werden, wobei als nicht anquellende, gut benetzende Komponente der Silikonölanteil wirkt, während Mineralöl eine anquellende Wirkung für den Kunststoff ausübt. Der Silikonölanteil dient dabei als Transporthilfe und bremst den Quellvorgang derart, dass das Imprägniermittel so weit eindringen kann, dass die Spalte vollständig gefüllt wird. Nach der Imprägnierung kann dann über Diffusionsvorgänge der Mineralölanteil die Polypropylen-Folie anquellen, d.h. die Spalte vorteilhaft verengen, so dass im Idealfall die noch verbleibenden Spalte mit dem elektrotechnisch hochwertigen Silikonöl ausgefüllt sind. Diese Massnahme wird um so wichtiger und zweckmässiger, je dicker die quellenden Folien sind, weil die absolute Dickenzunahme infolge der Quellung um so grösser ist, je dicker die Kunststoffolie ist.

Gebräuchliche, als Kondensatordielektrika geeignete

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Kunststoffe haben grundsätzlich schlechtere Ausbrenn- und Selbstheileigenschaften als Kondensatorpapier. Dieser durch Erhöhung der Kunststoffanteile gewichtige Nachteil kann nun wiederum durch entsprechend geringere Flächendichte der aufmetallisierten Beläge kompensiert werden, wenn s geeignete Belagsmateralien verwendet werden. Die Beläge müssen so gestaltet und ausgebildet sein, dass durch Feldstärke- und Klimaeinflüsse kein nennenswerter Schichtabbau und demzufolge kein Kapazitätsverlust auftritt.

Aus diesem Grund werden vorteilhaft entweder Alumi-niumschichten verwendet mit 0,5 bis 5% Kupferanteilen, oder die Metallbeläge werden aus Zinkschichten hergestellt mit einer Metalloxydvorbekeimung. Im erstgenannten Fall der Aluminiumschichten soll die aufgedampfte Menge des Belagmaterials unterhalb ca. 9 ug/cm2 liegen. Bei Verwendung von 15 Zinkschichten erfolgt die Vorbekeimung zweckmässigerweise mit Metalloxyden und/oder mit Mischoxyden aus der Gruppe der Metalle Aluminium, Magnesium, Wismut, Antimon, Blei, Cadmium, Wolfram, Molybdän, Beryllium,

Indium, Titan, Barium, Chrom, Zirkon, Nickel, Kobalt oder 20 Mangan. Diese Stoffe erscheinen für die Vorbekeimung teilweise aufgrund von Versuchen, teilweise aufgrund von theoretischen Überlegungen besonders geeignet wegen des Aufbaus ihrer Kristallgitter. Die Metallbeläge sollten in diesem Fall eine Flächendichte von maximal ca. 15 jj.g/cm2 haben. 25

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt. Die Abbildung zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Fünfbanddielektrikum. Dieses zerfällt in zwei Teildielektrika 10 und 11, wobei das Teildielektrikum 10 aus zwei Papierbän- 30 dern 12 und 13 sowie einem Kunststoffband 14 besteht. Das Teildielektrikum 11 besitzt ein Kunststoffband 15 und ein Papierband 16. Die Kunststoffbänder sind Polyprogpylenfo-lien.

Auf die Papierbänder 12 und 13 des Teildielektrikums 10 35 ist an ihrer äusseren Oberfläche jeweils ein Metallbelag 17 und 18 durch Vakuumverdampfen aufgebracht. Dabei reicht der Metallbelag 17 auf der linken Seite bis zum Anschlussrand, der Metallbelag 18 wird auf der in der Zeichnung rechten Seite kontaktiert, worauf in diesem Zusammenhang *o jedoch nicht näher eingegangen wird.

Die Papierbänder 12,13 und 16 besitzen unterschiedlich rauhe Oberflächen und sind derart angeordnet, dass bei den Papierbändern 12 und 13 die glattere Oberfläche bedampft ist, während die rauhere Oberfläche dem Kunststoffband 14 zugekehrt ist. Die glattere Seite des Papierbandes 16 ist dem benachbarten, in der Zeichnung nicht dargestellten, Metallbelag 17 zugekehrt, die rauhere Oberfläche des Papierbandes 16 liegt an der Kunststoffolie 15 an. Durch diese Anordnung ergeben sich zwischen den besonders glatten Oberflächen der Kunststoffbänder und der Papierbänder ausreichende Tränkmittelspalte, welche zunächst ein Eindringen des Tränkmittels ermöglichen und anschliessend durch die Quellung des Kunststoffes weitestgehend verschlossen werden.

Durch die Kombination aller oder zumindest einiger der zuvor geschilderten Massnahmen erreicht man also ein in wirtschaftlicher und in technischer Hinsicht verbessertes Kondensatordielektrikum, wobei trotz eines vereinfachten Aufbaus durch zusätzliche Massnahmen die elektrischen Eigenschaften verbessert werden konnten. Zu diesen Massnahmen gehören folgende: Die Verwendung von Papierbändern mit den geschilderten unterschiedlich rauhen Oberflächen; die Verwendung der geeigneten Imprägniermittelmischungen, welche bei Benutzung von Polypropylenfolie als Kunststoffband mindestens 20% Mineralöl als anquellendes Tränkmittel und mindestens 10% Silikonöl als nicht anquellendes, in dielektrischer Hinsicht besonders vorteilhaftes Tränkmittel enthalten; die Erhöhung der Kunststoffvolumenanteile auf Kosten der Papieranteile ; die Anwendung der gegen Korrosionseinflüsse stabileren AI- oder Zn-Belag-schichten. Durch die vorgeschlagenen Massnahmen erhält man Kondensatoren mit geringeren Verlusten und höheren zulässigen Spannungen, wobei dennoch erhebliche Kostensenkungen bei der Herstellung möglich sind. Die vorzugsweise verwendeten Polypropylen-Folien besitzen gute dielektrische Eigenschaften und sind auf dem Markt problemlos erhältlich. Die Verwendung besonders dicker Kunststoffolien, wodurch die Fertigung gegenüber der Verwendung mehrer dünner Folien erheblich verbilligt wird, wurde möglich, nachdem die Imprägnierprobleme gelöst und ausreichend dünne und stabile Belagsschichten aufgebracht werden konnten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Selbstheilender imprägnierter elektrischer Kondensator mit einem asymmetrischen Mischdielektrikum, dessen Beläge auf jeweils eine Seite von zwei Papierbändern aufmetallisiert sind, welche zusammen mit einem Kunststoffband zwischen den'hichtmetallisierten, einander zugekehrten Rückseiten das eine Teildielektrikum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Teildielektrikum (11) jeweils nur ein Kunststoffband (15) und ein Papierband (16) enthält, dessen Oberflächen unterschiedliche Rauhtiefen besitzen, wobei die rauhere Oberfläche unter Bildung eines Tränkmittelspaltes an der benachbarten Kunststoffoberfläche und die glattere Oberfläche an dem Metallbelag (17) des zum erstgenannten Teildielektrikum (10) gehörenden Papierbandes (12) anliegt, und dass Tränkmittelmischungen verwendet sind, welche sowohl die Kunststoffolien (14,15) anquellende Anteile als auch die Kunststoffolien nicht anquellende Anteile aufweisen.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem Zweibanddielektrikum (11,15,16) der Kunststoffvolumenanteil überwiegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbänder (14, 15) aus Polypropylen-Folien bestehen.

4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tränkmittelmischung mindestens 20% eines die Kunststoffolien (14,15) anquellenden Tränkmittels und mindestens 10% eines die Kunststoffolien praktisch nicht anquellenden Tränkmittels enthält.

5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Polypropylen-Kunststoffolien (14,15) die Tränkmittelmischung Silikonöl und Mineralöl enthält.

6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeläge (17, 18) aus AI-Schichten mit 0,5 bis 5 Gew.-% Cu-Anteilen bestehen.

7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeläge (17,18) eine Flächendichte von maximal 9 jj.g/cm2 haben.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeläge (17,18) aus Zn-Schich-ten mit Metalloxyd-Vorbekeimung bestehen.

9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeläge eine Flächendichte von maximal 15 ng/cm2 haben.