DD211197A1 - Kondensatorelement mit einheitlichem dielektrikum - Google Patents

Abstract

Kondensatorelement mit einem Dielektrikum, das zwei im wesentlichen parallele Deckflaechen und einen elektrisch leitfaehigen Belag auf jeder Flaeche aufweist. Das Kondensatorelement soll sowohl als Einzelelement als auch in Zusammenschaltung zu einer Batterie einfach herstellbar sein, hohe Durchschlagspannungen ermoeglichen, ohne zusaetzliche konstruktive Mittel und Massnahmen stapelbar, im Metallverbrauch sparsam und in der Verwendung variierbar sein. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass dem konisch oder zylindrisch ausgebildeten dielektrischen Koerper an der groesseren Deckflaeche eine Randwulst zugeordnet ist. Die Randwulst kann Teil des Einzelelements oder Teil einer vom Einzelelement getrennten elektrisch leitfaehigen Platte sein.

Description

Hans-Jürgen Pomplun 20.10.1982

Manfred Undeutsch P 911

IPK: H 01 G, 4/12

Titel der Erfindung

Kondensatorelement mit einheitlichem Dielektrikum

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kondensatorelement mit einem Dielektrikum, das zwei im wesentlichen zueinander parallele ebene Flächen und eine Mantelfläche zwischen den ebenen Flächen aufweist, und mit einem elektrisch leitfähigen Belag auf jeder ebenen Fläche. Das Kondensatorelement ermöglicht die Herstellung eines Kondensators mit hoher Durchschlagfestigkeit oder hoher Überschlagspannung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind tonnenförmige, zylindrische und kegelstumpfförmige Kondensatorelemente bekannt, die hintereinandergeschaltet Kondensatorbatterien ergeben.

Tonnenförmige Kondensatorelemente sind im wesentlichen als Platten mit Verdickungen am Rand anzusehen. Die Randverdickungen und die Formgebung dieser Kondensatorelemente insgesamt sollen Glimm- und Sprühentladungen vermeiden. Jedoch sind die

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tonnenförmigen Kondensatorelemente ohne zusätzliche Vorkehrungen und Armaturen nicht stabil stapelbar bzw. hintereinanderschaltbar. Auch Kondensatorbatterien mit zylindrischen Elementen sind ohne zusätzliche Maßnahmen zur Halterung und Formgebung nicht mit der erforderlichen mechanischen und elektrischen Stabilität herstellbar. So ist es bei einer bekannten Kondensatorbatterie mit zylindrischen Elementen erforderlich, die mit leitfähigen Schichten an den Boden- und Deckflächen versehenen dielektrischen Elemente zusammenzukleben, die Batterie auf einen gemeinsamen Durchmesser abzudrehen und den so entstandenen Zylinder mit einer Glimm- und Sprühentladungen verhindernden Schicht zu versehen. Schließlich ist es bekannt als Töpfe ausgebildete kegelstumpfförmige Kondensatorelemente mit Abständen voneinander ineinanderzuschachteln. Jedes Kondensatorelement ist ein Dielektrikum, das beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Schicht und an seinem äußeren Umfang in der Nähe der Öffnung des Topfes mit einem oder mehreren Rändern zur Erhöhung der Oberflächenisolation und zur Befestigung des Elements in einem Träger versehen ist. Die Nachteile dieser Kondensatorbatterie sind darin zn sehen, daß die Zwischenräume zwischen den auf den gleichen Potentialen befindlichen Belägen benachbarter Kondensatorelemente mit leitfähigen Materialien auszufüllen und daß zur Halterung dieser Kondensatorelemente besondere Armaturen erforderlich sind.

Ziel der Erfindung .. ' .. '- ' ; Λ; „V-·. Y. Y '. - ' '[ ; :': "..:.:''/ '

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mangel der bekannten Kondensatorelemente und Kondensatorbatterien beseitigt und elektrisch wirkungsvolle und einfach zu Batterien zusammenschaltbare Kondensatorelemente geschaffen werden;

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein KondensatoreIeraent zu schaffen, das hohe Durchschlagspannungen ermöglicht,

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Glimm- und Sprühentladungen vermeidet, ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen stapelbar, im Metallverbrauch sparsam, einfach herstellbar und in der Verwendung variierbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgaibe dadurch gelöst, daß der an einer Seite der Mantelfläche befindlichen ebenen .Fläche/ ein Wulstrand zugeordnet ist und daß die auf der anderen Seite der Mantelfläche befindliche ebene Fläche wenigstens nahezu die Größe der vom Wulstrand umschlossenen Fläche hat. Dabei kann das Kondensatorelement als Zylinder oder als Kegelstumpf ausgebildet sein. Der Wulstrand kann sich innerhalb oder außerhalb der Mantelfläche befinden. Ist er innerhalb der Mantelfläche angeordnet, so ist der Wulstrand vorteilhaft Teil des Zylinders oder Kegelstumpfes. Die nicht vom Wulstrand umgebene mit einem elektrisch leitfähigen Belag versehene Fläche ist dann kleiner als die Querschnittsfläche des Zylinders oder Kegels am Wulstrand. Beim Zylinder müßte die Mantelfläche eingerückt sein, beim Kegelstumpf ist das auf Grund der unterschiedlich großen Deckflächen nicht erforderlich, wenn sich der Wulstrand innerhalb der größeren Deckfläche befindet und nicht breiter ist als die Radiendifferenz der unterschiedlich großen Deckflächen. Ist die Mantelfläche eingerückt, so kann der auf der zugehörigen kleineren Deckfläche befindliche leitfähige Belag in gleichmäßiger Breite auf einen Teil der eingerückten Mantelfläche ausgedehnt sein, wodurch Verlötungen bei Verwendung der Kondensatorelemente in Batterien günstig gestaltet und durchgeführt werden können. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Wulstrand nicht Teil des konischen oder zylindrischen Kondensatorelements selbst, sondern Teil einer dünnen elektrisch leitfähigen Platte ist, die auf die auf der einen Seite der Mantelfläche befindliche ebene Fläche aufgelegt ist. In dem Fall ragt der Wulstrand über die Mantelfläche hinaus, und das Kondensatorelement hat die Form eines Zylinders aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus Keramik. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Kondensatorelemente können vorteilhaft und in einfacher Weise aneinander gelegt werden, wobei jeweils der an einer Seite der Mantelfläche eines Kondensatorelements befindlichen ebenen Fläche

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die an der anderen Seite der Mantelfläche des benachbarten Kondensatorelements befindliche ebene Fläche benachbart liegt, Vorteilhafter Weise ist die Kondensatorbatterie in eine Plastumhüllung eingegossen oder eingespritzt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung in Schnittdarstellung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 ein kegelstumpfförmiges Kondensatorelement, Pig. 2 ein zylindrisches Kondensatorelement, Pig. 3 ein zylindrisches Kondensatorelement mit einer dünnen elektrisch leitfähigen Platte,

Pig. 4 eine Kondensatorbatterie mit konischen Kondensatorelementen,

Pig. 5 eine Kondensatorbatterie mit zylindrischen Kondensatorelementen und

Pig« 6 eine Kondensatorbatterie mit dünnen elektrisch leitfähigen Platten*

In Pig. 1 ist ein Kegelstumpf 1 aus einem dielektrischen Material an einer seiner Deckflächen mit einem Wulstrand 2 versehen. Beide Deckflächen 3; 4 des im Schnitt dargestellten Kegelstumpfes 1 sind je mit einem elektrisch leitfähigen Be~ lag 5; 6 gleicher Größe versehen, die über Zuführungen 7; 8 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden sind. Die Dicke des beispielsweise aus Bariumtitanat bestehenden Dielektrikums zwischen den aus Silber bestehenden Belägen kann je nach dem Verwendungszweck 5 bis 50 mm betragen. Die Kapazität beträgt beispielsweise 5 - 5000 pP und die Betriebsspannung 10-20 kV.

In Pig. 2 besteht das Kondensatorelement aus einem zylinderförmigen Dielektrikum 9, dessen Mantelfläche 10 in der Nähe einer Deckfläche 11 eingerückt und dessen andere Deckfläche

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mit einem Wulstrand 13 versehen ist. Auf der Deckfläche 12 ist innerhalb des Wulstrandes 13 ein elektrisch leitfähiger Belag 14 angeordnet. Ebenso ist auf der Deckfläche 11 ein elektrisch leitfähiger Belag 15 vorgesehen, der in gleichmäßiger Breite auf den eingerückten Teil 16 der Mantelfläche gezogen ist.

Das Kondensatorelement der Fig. 3 besteht aus einem zylindrisehen Dielektrikum 17 aus Bleititanat-Zirkonat, an dessen Deckflächen 18; 19 dünne aus Kupfer bestehende Metallplatten 20; 21 mit Wulsträndern 22; 23 anliegen. Diese Metallplatten 20; 21 sind mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden.

Die in Fig. 4 dargestellte Kondensatorbatterie besteht aus hintereinandergeschalteten kegelstumpfförmigen Kondensatorelementen 24ι zwischen denen sich elektrisch leitfähige Beläge 25 befinden und von denen jedes an einer Deckfläche mit einem Wulstrand 26 versehen ist_s in den die Deckfläche ohne Wulstrand des benachbarten Kondensatorelements hineinragt, so daß die sich auf den einander zugekehrten Deckflächen befindlichen elektrisch leitfähigen Beläge 25 berühren. Die auf der ersten und letzten Deckfläche 27; 28 der Kondensatorbat^ terie befindlichen Beläge 29; 30 sind mit Anschlüssen 31; 32 für eine nicht dargestellte Spannungsquelle versehen. Das dielektrische Material der einzelnen Kondensatorelemente 24 kann zur Ermöglichung eines definierten Temperaturganges unterschiedlich sein.

In Mg. 5 ist eine Kondensatorbatterie dargestellt, die aus zylindrischen Kondensatorelementen 33, ähnlich dem zu Pig. 2 beschriebenen Kondensatorelement, besteht. Jedes Kondensatorelement 33 besitzt einen Wulstrand 34 und einen eingerückten Teil 35 der Mantelfläche 36 und ist an der Deckfläche innerhalb des Wulstrandes 34 sowie an der am eingerückten Teil 35 am nächsten liegenden Deckfläche mit einem elektrisch leitfähigem Belag 37 versehen, wobei die Beläge an den benachbarten

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Deckflächen zweier aufeinanderfolgender Kondensatorelemente 33 miteinander kontaktieren. Die Beläge 38; 39 auf den äußeren Deckflächen 40; 41 sind mit Anschlüssen 42; 43 für eine nicht dargestellte Spannungsquelle versehen. Die gesamte Kondensatorbatterie wird von einer Plastumhüllung 44 eingeschlossen, die zusätzlich zu den Wulsträndern 34 Glimm- und Sprühentladungen entgegenwirkt. Dabei hat die Plastumhüllung 44 eine geringere Schmelztemperatur als die Beläge 37; 38; 39 und eine geringere Dielektrizitätskonstante als die Kondensatorelemente 33·

Die in Pig. 6 dargestellte Kondensatorbatterie besteht aus zylindrischen dielektrischen Kondensatorelementen 451 zwischen denen sich dünne elektrisch leitfähige Platten 46 befinden, die mit Wulsträndern 47 versehen sind. Die Kondensatorelemente 45 können unterschiedliche Dicken haben und aus unterschiedlichen dielektrischen Materialien bestehen. Die Kondensatorbatterie weist zwei außen liegende Deckflächen 48; 49 auf, die mit zwei elektrisch leitfähigen Belägen 50; 51 mit elektrischen Anschlüssen 52; 53 versehen sind. Wenn die einzelnen Kondensatorelemente 45 eine Kapazität von 15 pF haben, so beträgt die Kapazität der zur Batterie hintereinandergeschaIteten Kondensatorelemente 1,5 pF· Besteht zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten 46 eine Spannung von 10 kV, so ermöglicht die Kondensatorbatterie zwischen den elektrischen Anschlüssen eine Gesamtspannung von 100 kV bei 10 Kondensatorelementen. Die Erfindung ist nicht an die Anzahl der Kondensatorelemente innerhalb einer Batterie gebunden. Sie kann im Bedarfsfall höher sein. Sie ist auch nicht an die angegebenen Dicken-, Kapazitäts- und Spannungswerte der einzelnen Elemente gebunden. Es ist auch möglich die Beläge der Kondensatorelemente in verschiedener Weise in Reihe oder parallel zu schalten. Die^ Erfindung ermöglicht durch die Formgebung der Kondensatorelemente deren zentriertes Aneinanderfügen.

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Claims (8)

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   / ·

   Erfindungaanspruch

   1. Kondensatorelement mit einem Dielektrikum, das zwei im wesentlichen zueinander parallele ebene Flächen und eine Mantelfläche zwischen den ebenen Flächen aufweist, und mit einem elektrisch leitfähigen Belag auf jeder der ebenen Flächen, gekennzeichnet dadurch, daß der an einer Seite der Mantelfläche befindlichen ebenen Fläche ein Wulstrand zugeordnet ist und daß die auf der anderen Seite der Mantelfläche befindliche ebene Fläche wenigstens nahezu die Größe der vom Wulstrand umschlossenen Fläche hat·
2. 2. Kondensatorelement gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mantelfläche zylindrisch ist.
3. 3. Kondensatorelement gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mantelfläche kegelstumpfförmig ist.
4. 4. Kondensatorelement gemäß Punkt 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Mantelfläche in der Nähe der auf der anderen Seite befindlichen ebenen Fläche eingerückt ist.
5. 5. Kondensatorelement gemäß Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der auf der ebenen Fläche auf der anderen Seite der Mantelfläche befindliche elektrisch leitfähige Belag sich in gleichmäßiger Breite auf einem Teil der eingerückten Mantelfläche erstreckt.
6. 6. Kondensatorelement gemäß Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Wulstrand Teil einer dünnen elektrisch leitfähigen Platte ist, die mindestens auf die auf der einen Seite der Mantelfläche befindliche ebene Fläche aufgelegt ist. .
7. 7. Kondensatorbatterie, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kondensatorelementen nach mindestens einem der Punkte 1 bis 6, wobei jeweils der an einer Seite der Mantelfläche

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   eines Kondensatorelements befindlichen ebenen Fläche die an der anderen Seite der Mantelfläche des benachbarten Kondensatorelements befindliche ebene Fläche benachbart liegt.
8. 8. Kondensatorbatterie gemäß Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß sie in Plastumhüllung eingegossen oder umspritzt ist.

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