DE1011527B

DE1011527B - Elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE1011527B
Application number: DEB21364A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Maylandt; Dipl-Ing Hermann Straeb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1952-07-26
Filing date: 1952-07-26
Publication date: 1957-07-04

Description

Elektrischer Kondensator Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstausheilenden Kondensator, d. h. auf einen elektrischen Kondensator, der mindestens eine Belegung enthält, die bei Durchschlägen an schwachen Stellen des Dielektrikums unter dem Einfluß des Durchschlaglichtbogens wegbrennt.
Derartige Kondensatoren heilen zwar bei Durchschlägen an schwachen Stellen des Dielektrikums aus, bei an Wechselspannung liegenden Kondensatoren besteht aber die Möglichkeit, daß, auch wenn keine Durchschläge stattfinden, an einzelnen Stellen, insbesondere im Innern der Kondensatorwickel, infolge betriebsbedingter Erwärmung und der dabei steigenden dielektrischen Verluste schließlich eine Temperatur erreicht wird, bei der das Kondensatordielektrikum zerstört wird.
Es kann z. B. vorkommen, daß in einem Kondensator mit Papier als Dielektrikum die Temperatur örtlich auf 200° C ansteigt und dadurch eine exotherme Zersetzung der Zellulose verursacht und der Kondensator niederohmig leitfähig wird.
Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß mindestens eine Belegung eines selbstausheilenden Kondensators aus einem Metall besteht, dessen Schmelztemperatur unter der Zersetzungs- oder F ormänderungstemperatur des verwendeten Dielektrikums liegt. Ein derartiger Metallbelag schmilzt und verliert dadurch an den übererwärmten Stellen seinen Zusammenhang (er »reißt auf «) schon vor der Zersetzung des verwendeten Dielektrikums, so daß hier auch kein elektrisches Feld mehr vorhanden ist.
Ein vollkommen betriebssicherer, selbstausheilender Kondensator enthält daher gemäß der Erfindung mindestens eine Belegung, die bei Durchschlägen an den schwachen Stellen des Dielektrikums unter dem Einfiuß des Durchschlaglichtbogens wegbrennt, und mindestens eine Belegung, die beim Auftreten Örtlicher Erwärmung schmilzt, wobei die Schmelztemperatur dieser Belegung unter der Zersetzungstemperatur des Kondensatordielektrikums liegt. Die bei Lichtbogendurchschlägen ausbrennende Metallbelegung ist dabei in bekannter Weise als dünne Metallschicht in einer Stärke von etwa 0,01 bis 0,2 @L, insbesondere von 0,05 bis 0,1 #t auf ein dielektrisches Band aufmetallisiert, während die zweite Belegung aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, aus einer selbsttragenden Folie oder ebenfalls aus einer auf ein Dielektrikum aufmetallisierten Schicht bestehen kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar in Fig. 1 ein Kondensator, dessen eine Belegung aus einer selbsttragenden Metallfolie eines niedrigschmelzenden Metalls besteht und dessen andere Belegung als dünne Schicht auf eine Seite eines dielektrischen Bandes aufmetallisiert ist, Fig.2 einen ähnlich aufgebauten Kondensator, dessen selbstausheilende Belegung auf beide Seiten eines dielektrischen Bandes aufmetallisiert ist, und Fig. 3 einen Kondensator, dessen beide Belegungen als dünne Schichten auf dielektrische Bänder aufmetallisiert sind.
In Fig. 1 bezeichnen die Ziffern 10 und 11 5 #x starke Folien aus einer eutektischen Legierung von 60% Wismut und 40% Kadmium, welche bei 145° C schmilzt. Die Folien 10 und 11 sind an den Stirnseiten des Kondensators, an denen sie über die Kondensatorstirnseiten vorstehen, durch aufgespritzte Metallbrücken 12 und 13 miteinander verbunden. Das -irksame Dielektrikum des Kondensators besteht aus einem Papierband 14 und die zweite Belegung aus einem auf ein Papierband 15 einseitig aufmetallisierten Zinkbelag 16 mit einer -Stärke von 0,07 w als Blindbelegung. Selbstausheilende Zinkbelegungen haben besonders gute Ausbrenneigenschaften. Von guten Ausbrenneigenschaften eines Belegungsmetalls wird bei einem selbstausheilenden Kondensator dann gesprochen, wenn sich sein Isolationswert nach einer großen Zahl von Ausbränden gegenüber seinem ursprünglichen Isolationswert nicht wesentlich verschlechtert hat.
Bei einem Spannungsdurchschlag brennt daher bei dem gezeichneten Kondensator der Zinkbelag 16 um die Durchschlagstelle herum weg, während bei örtlicher Erwärmung zwischen' den Belegungen 10, 11 und 16 infolge dielektrischer Verluste eine der Metallfolien 10 oder 11 an derjenigen Stelle wegschmilzt, an welcher die Erwärmung die Schmelztemperatur der Wismut-Kadmium-Legierung erreicht. Der Kondensator nach Fig. 2 enthält eine Belegung aus 5 #t starken Folien 20, 21 aus einer eutektischen Legierungvon41,6%Wismut, 32%Blei, 20%Quecksilber und 6,4% Kadmium. Die andere Kondensatorbelegung besteht aus auf beide Seiten eines Papierbandes 22 aufmetallisierten 0,07u starken Zinkschichten 23, 24. und das wirksame Dielektrikum des Kondensators aus Polystyrolfolien 25. Die Folien 20, 21 sind an den Kondensatorstirnseiten durch Metallbrücken 26, 27 miteinander verbunden. Bei diesem Kondensator liegt das Papierband 22 nicht im elektrischen Feld und ist daher elektrisch nicht beansprucht. Das wirksame Dielektrikum bilden die Polystyrolfolien 25, die geringe dielektrische Verluste aufweisen, aber durch Erweichung bzw. Schmelzen ihre ursprüngliche Folienform verlieren. Aus diesem Grund wurde in diesem Fall für die niedrigschmelzenden Folien 20, 21 die obenerwähnte Legierung mit einem Schmelzpunkt von 56 bis 59° C gewählt, da bei dieser niedrigen Schmelztemperatur im Fall eines Wärmedurchschlages die Polystyrolfolie noch temperaturbeständig ist.
Eine besonders für Hochspannungskondensatoren geeignete Ausführungsform eines Kondensators ist in Fig. 3 veranschaulicht. Als Dielektrikum sind hierbei durchweg Folien aus halogenierten Kohlenstoffen verwendet, speziell aus einem Stoff, der unter dem Handelsnamen Teflon bekanntgeworden ist, einen niedrigen Verlustfaktor und eine Temperaturbeständigkeit bis 300° C aufweist. Auf die Teflonfolien 30, 31 sind dabei 0,05 i, starke unterteilte Zinkschichten 32, 33, 34 aufmetallisiert, während die Teflonfolien 35, 36 ebenfalls aufmetallisierte und unterteilte Belegungen 37, 38 aus einer eutektischen Legierung von 82% Kadmium und 18%-Zink (Schmelzpunkt 263°C) als Blindbelegung tragen. Anschlußbrücken 39, 40 sind an die auf den Stirnseiten vorstehenden Zinkbelegungen 32, 34 aufgespritzt.
Eine gute Sicherheit gegenüber Wärmedurchschlägen ist auch bei diesem Kondensator erreicht. Wesentlich ist in jedem Fall, daß die Schinelztempetatur der bei Wärmedurchschlägen wegzuschmelzenden Belegung auf die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Dielektrikums abgestellt ist, d. h. also, daß in jedem Fall das verwendete Metall bei einer niedrigeren Temperatur schmelzen muß als der Zersetzungstemperatur des Dielektrikums, wie dies bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Werden bei dem Kondensator nach Fig.3, bei welchem beide Belegungen auf dielektrische Bänder aufmetallisiert sind, zudem noch die Schichtwiderstände der beiden Belegungen 32, 33, 34 und 37, 38 gleich groß gemacht, was durch entsprechende Bemessung der Schichtdicke zu erreichen ist, so wird der weitere Vorteil erzielt, daß die Belegungen 37, 38 nicht nur bei Wärmedurchschlägen schmelzen, sondern auch bei Spannungsdurchschlägen um die Durchschlagstelle herum wegbrennen.
FürBelegungen mit niedrigemSchmelzpunkteignen sich bei Herstellung im Aufdampfverfahren insbesondere kadmiumhaltigeLegierungen, daKadmium einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck besitzt.
Selbstverständlich können außer den bereits genannten und außer den kadmiumhaltigen Legierungen auch andere verwendet werden. Legierungen mit unter Berücksichtigung der Zerstörungstemperatur der verwendeten Kondensatordielektrika in Frage kommenden Schmelzpunkten können aus bekannten physikalischen Tabellen (z. B. Tabelle 51215 auf S. 1292 im »Taschenbuch für Chemiker und Physiker« von d'Ans-Lax, Ausgabe 1943) entnommen werden. Hierbei kommen nicht nur die in den Tabellen angegebenen eutektischenLegierungen inFrage, sondern es können auch Legierungsverhältnisse zugelassen werden, die von dem jeweiligen Eutektikum erheblich . abweichen, da das Aufreißen von in dünnen Schichten hergestellten Kondensatorbelegungen bei den angegebenen Temperaturen weitgehend unabhängig vom Legierungsverhältnis ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrischer Kondensator, der mindestens eine Belegung enthält, die bei Durchschlägen um

die Durchschlagstelle herum wegbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine seiner Belegungen aus einem Metall besteht, dessen Schmelztemperatur unter der Zersetzungs- oder Formänderungstemperatur des verwendeten Kondensatordielektrikums liegt.
2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine seiner Belegungen auf mindestens eine Seite eines dielektrischen Bandes aufmetallisiert und so dünn ist, daß sie bei Durchschlägen an der Durchschlagstelle' ausbrennt, und die andere Belegung, deren Schmelztemperatur unter der Zerstörungstemperatur des Kondensatordielektrikums liegt, aus einer selbsttragenden Folie besteht.
3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da,ß beide Belegungen auf, dielektrische Bänder au:fmetallisiert sind.
4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 und 3, dadurch. gekennzeichnet, da,ß auch dxe niedrigschmelzemde Belegung in einer so dünnen Schicht auf ein dietektrisches Band a,ufinetall''feiert ist, daß sie bei einen Durchschlag um die Dtit~chschlagstelle herum ausbrennt.
5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bäfegungen des Kondensators denselben Schichtwiderstand haben.
6. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder einem der folgendem., dadurch gekennzeichnet, daß die bei Durchschlägen um die Durchschlagstelle, herum ausbrennende Metallbelegung aus einer dünnen Metallschicht mit guten Ausbreameigenschaften, die niedrigschmelzen.de Belegarg aus einem eu.tektischen Gemisch n.iedrigschmel-2mder Metalle mit einen Schmelzpunkt von 5@0 bis 300° C besteht.
7. Elektrischer .Kondensator nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Belegung Kadmium enthält. B. Elektrischer Kondensator nach Ansprudz 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet; da,ß die niedrigschmelzende Belegung Wismut und Kadmium enthält. 9. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die n.ie-d.rigschrnelzende Belegung aus einer Legierung vom 60- % Wismut und. 40 % Kadmium besteht. 10. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, da,ß die niedrigschmelzende Belegung aus einer eutektischeal Legierung von 41,6 % Wismut, 32 % Blei, 2'0 % Quecksilber und 6,411/o Kadmium besteht. 11. Elektrischer Kondensator nach Anspruch ?6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die n,iedxigschmelzende; Belegung aus einer eutektischan Legierung von 32"/o Blei, 50% Zinn, und 18% Kadmium besteht. 12. Elektrischer Kondensator nach, Anspruch 1 oder ainean der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daB die niedrigschme,lzen.da Legierung aus einer Legierung von Zink und Kadmium besteht. 13. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daB die niadrigschmolzen.da Belegung aus einer eutektischen Legierung von 82 % Kadmium und 18 % Zink besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 233 022.