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Elektrischer Wickelkondensator aus einem beidseitig metallisierten
Dielektrikumband Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wickelkondensator, der
aus einem beidseitig metallisierten Dielektrikumband aufgebaut ist, das aus einer
einseitig lackierten Folie aus einem porösen Isolierstoff besteht.
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Es ist bereits ein elektrischer Kondensator bekannt, der durch das
Zusammenwickeln von zwei dielektrischen Streifen gebildet wird, von denen jeder
auf einer Seite eine Lackschicht und auf der anderen Seite eine aufgedampfte Metallschicht
aufweist.
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Ferner ist es bekannt, zwecks Herstellung eines elektrischen Kondensators
auf die beiden Seiten eines bandförmigen Dielektrikums Metallbeläge in Form eines
in einem Lösungsmittel mit Lackanteil suspendierten, vorzugsweise schuppen- oder
plättchenförmigen Metallpulvers z. B. durch Aufspritzen aufzutragen. Nach dem Verdunsten
des Lösungsmittels wird der Lackanteil z. B. durch Wärmeeinwirkung gehärtet. Dadurch
wird vermieden, daß die Metallpartikeln in Poren und Risse des dielektrischen Trägers
eindringen. Verschiedene beidseitig metallisierte dielektrische Stoffe werden zu
dem Kondensatorkörper vereinigt. Gegebenenfalls wird die dielektrische Zwischenlage
vor der Metallisierung lackiert.
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Schließlich ist ein elektrischer Kondensator bekannt, der aus einem
auf einer Seite glatten Papier aufgebaut ist, dessen glatte Seite unmittelbar mit
einem Metallbelag versehen ist und dessen andere Seite eine Lackschicht aufweist,
auf die ein weiterer Metallbelag aufgetragen ist. Auf diese Weise kann auf keiner
Seite des Papiers ein Eindringen des Metallbelags in Poren des Papiers stattfinden.
Die glatte Papierseite hat keine Poren, und auf der unglatten Papierseite verhindert
die Lackschicht ein solches Eindringen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein auf beiden Seiten
mit einer Metallschicht versehenes Dielektrikum für Wickelkondensatoren zu schaffen,
dessen tasächlich wirksame dielektrische Schichtstärke wesentlich geringer ist als
eine materielle Stärke, während es seine uneingeschränkten Festigkeitseigenschaften
zufolge seiner physikalischen Stärke beibehält. Mit anderen Worten, es soll zwischen
zwei Belagschichten eine wirksame dielektrische Schicht geschaffen werden, die eine
wesentlich geringere Stärke besitzt als das tatsächlich zwischen den beiden Belagschichten
vorhandene Material. Dadurch soll die Volumenkapazität des Wickelkondensators erhöht
werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem elektrischen Wickelkondensator,
der aus einer einseitig lackierten, porösen Isolierstoffolie aufgebaut ist, deren
beide Seiten mit einem Metallbelag versehen sind, nach der Erfindung die Isolierstoffolie
auf ihrer nicht lackierten Seite in ihrem ursprünglichen porösen Zustand belassen
und so metallisiert, daß die Metallschicht in die Poren der Isolierstoffolie eingedrungen
ist.
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Bei dem Wickelkondensator nach der Erfindung besitzt das Dielektrikum
annähernd die Dicke der Lackschicht auf der porösen Abstandsschicht, und gleichzeitig
bleiben die Festigkeit und die gute Verarbeitungsfähigkeit der porösen Abstandsschicht
als Träger für die Metallschichten erhalten. Zu den weiteren Vorteilen des erfindungsgemäßen
Wickelkondensators rechnet die Herabsetzung der Abmessungen im Vergleich zu den
erzielten Isolationseigenschaften. Diese Konstruktion liefert ein sehr dünnes aktives
Dielektrikum und ermöglicht gleichzeitig eine gute Abstützung des isolierenden Materials
für das aktive Dielektrikum und die Metallschichten. Die auf diese Weise auf einem
porösen Träger angeordnete Lackschicht bildet eine glatte Unterlage für die sie
bedeckende Metallschicht, was
zur Verbesserung der Selbstheileigenschaften
des fertigen Kondensators beiträgt. Die guten Selbstheileigenschafen gewährleisten,
daß der fertige Kondensator eine brauchbare Kapazität und einen guten Isolationswiderstand
aufweist.
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Zum Aufbau von Kondensatoren nach der Erfindung wird Kraftpapier bevorzugt
als poröses Abstandsmaterial verwendet. Jedoch kann man auch zahlreiche andere poröse,
isolierende Abstandsmaterialien verwenden, z. B. Leinenpapier, Glasfasern, die in
Form eines Stoffs oder einer Matte gewebt bzw. verarbeitet sind, vernetztes Nylon
in gewebtem oder ungewebtem Zustand sowie andere poröse, isolierende Abstandsmaterialien
und Kombinationen der angegebenen Materialien. Die Metallschichten können aus einem
beliebigen geeigneten Metall, vorzugsweise Zink oder Aluminium, aufgebracht werden,
und zwar im Wege des Spritzens, Aufdampfens, Versprühens und auf andere bekannte
Weise. Es ist zweckmäßig, dasjenige Metallisierungsverfahren anzuwenden, von dem
bekannt ist, daß es bei der Lackschicht anwendbar ist.
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Die Abstandsschicht aus porösem Kraftpapier wird auf einer Seite mit
einer Lackschicht überzogen und auf ihrer Rückseite durch Metallisieren mit einer
Metallschicht versehen, und außerdem wird sie in geeigneter Weise imprägniert, um
die verbleibenden Hohlräume in dem porösen Gefüge auszufüllen. Auf diese Weise läßt
sich die vorteilhaftest mögliche Konstruktion erzielen. Diese Konstruktion liefert
ein dünnes Dielektrikum auf einem flexiblen kräftigen Träger und ist außerdem infolge
des Imprägnierens mit einem flüssigen Dielektrikum frei von Hohlräumen. Die glatte
Oberfläche der Lackschicht liefert eine ideale Unterlage für eine Metallschicht.
Die auf diese Lackschicht aufgebrachte Metallschicht erweist sich ihrerseits in
dem gewickelten Kondensator wegen ihrer hervorragenden Eigenschaften als vorteilhaft.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht eine zusätzliche leitende
Schicht vor, die mit der auf der Lackschicht befindlichen Metallschicht in elektrisch
leitender Berührung steht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wickelkondensators nach
der Erfindung sind zwei beidseitig metallisierte Dielektrikumsbänder so zusammengewickelt,
daß die auf die Lackschichten der beiden porösen Isolierstoffbänder aufgebrachten
Metallschichten aufeinanderliegen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.
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F i g.1 ist eine perspektivische Darstellung eines teilweise abgewickelten
Wickelkondensators und läßt die imprägnierte Tragschicht erkennen, auf die gemäß
der Erfindung Metallschichten durch einen Metallisierungsvorgang aufgebracht sind;
F i g. 2 ist ein in einem erheblich größeren Maß-stab gezeichneter schematischer
Schnitt durch die gemäß F i g. 1 aufeinanderliegenden Schichten und zeigt die Zusammensetzung
der Schichten bei dem erfindungsgemäßen Kondensator.
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In F i g. 1 ist ein Kondensatorteil 10 teilweise abgewickelt dargestellt,
um die aufeinanderliegenden Windungen der isolierenden und porösen Abstandsschichten
11 und 12 erkennen zu lassen, aus denen sich der eigentliche Kondensator 10 zusammensetzt.
Gemäß F i g. 2 sind zwei solche Abstandsschichten 11 und 12 vorgesehen, von denen
jede auf einer Seite mit einer Lackschicht 13 bzw. 14 versehen ist.
Die frei liegende Fläche jeder Lackschicht 13 und 14 ist im Wege des Metallisierens
mit einer Metallschicht 15 bzw. 16 versehen. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich
ist, weisen die Lackschichten 13 und 14
auf der rechten Seite Randstreifen
auf, die nicht metallisiert sind. Diese nicht metallisierten Randstreifen 17 und
18 werden dadurch erzeugt, daß die betreffenden Flächen der Lackschichten während
des Metallisierens abgedeckt werden, um das Aufbringen von Metall auf diese Randstreifen
zu verhindern. Man kann die geschichteten Materialien in der bei 10 angedeuteten
Weise aufwickeln, um die Metallschichten 15 und 16 in Berührung miteinander zu bringen,
so daß sie einen gemeinsamen Belag bilden.
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Die Lackschicht ist nur auf die eine Seite jeder Abstandsschicht aufgebracht.
Ferner ist jede Abstandsschicht 11 und 12 auf ihrer Rückseite mit
einer weiteren, durch Metallisieren erzeugten Metallschicht 19 bzw. 20 versehen.
Gemäß F i g. 2 umfaßt die Konstruktion somit acht Schichten. Hierbei wird die oberste
Schicht durch die Metallschicht 19
gebildet, die sich beim Metallisieren an
der Abstandsschicht 11 verankert.
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Die Abstandsschicht 11 ist mit einer Lackschicht 13 überzogen, und
die Metallschicht 15 erstreckt sich über die Oberfläche der Lackschicht 13, so daß
sie in Berührung mit der Metallschicht 16 kommt. Die Metallschicht 16 ist ihrerseits
auf einer Lackschicht 14 angeordnet, die die eine Seite der Abstandsschicht
12 überzieht, auf deren Unterseite wiederum eine Metallschicht 20 angeordnet
ist. Es sei bemerkt, daß die aus F i g. 2 ersichtlichen Abmessungen nur der Veranschaulichung
dienen und nicht maßstäblich sind.
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Die Metallschichten 15 und 16 sind glatt, da sie auf
den glatten Lackschichten 13 und 14 erzeugt werden. Die Glätte der
genannten Flächen trägt zur Selbstheilungswirkung des fertigen Kondensators bei,
denn das Metall kann von jeder Kurzschlußstelle aus verdampfen. Somit ergibt die
Ausbildungsform nach der Erfindung nicht nur kleine Abmessungen, sondern auch einen
hervorragenden Isolationswiderstand, da eine vollständige Selbstheilung gewährleistet
ist. Es sei bemerkt, daß in Anwendungsfällen, bei denen der Isolationswiderstand
nur von sekundärer Bedeutung ist, sich die erfindungsgemäßen Vorteile der kleinen
Abmessungen auf Kosten eines geringeren Ausmaßes der Selbstheilungswirkung erzielen
lassen, indem man eine glatte Metallschicht (15 oder 16) in Berührung mit einer
rauhen Metallschicht (19 oder 20) aufwickelt.
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Die Metallschichten 19 und 20 sind in die zugehörigen porösen Abstandsschichten
11 und 12 eingedrungen, so daß sie sich den betreffenden Lackschichten 13 bzw. 14
nähern, wobei nur sehr dünne aktive Schichten des durch die Abstandsschichten gebildeten
Dielektrikums verbleiben; beispielsweise trennt die Abstandsschicht 11 mit der Lackschicht
13 die Metallschicht 19 von der Metallschicht 15 um eine erheblich kleinere Strecke,
als es der Dicke der Abstandsschicht 11, entsprechen würde. Das aktive Dielektrikum
zwischen den Belägen 15 und 19 wird dadurch im wesentlichen nur durch
die Lackschicht
13 gebildet. Die Abstandsschicht
11 dient jedoch als Unterstützung für die Lackschicht 13 und die Metallschichten
15 und 19. Die Abstandsschicht 11 ist außerdem absorptionsfähig für das Imprägnierungsmittel,
das nach dem Aufwickeln der Schichten in den Kondensator 10 eingeführt wird.
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Im folgenden werden nähere Angaben über eine Ausbildungsform der Erfindung
gemacht, die jedoch nur zur Veranschaulichung dienen und nicht als Einschränkung
der Erfindung zu betrachen sind.
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Aus doppelt metallisierten Bahnen wurde ein Wickelkondensator nach
der Erfindung hergestellt und geprüft. Jede zusammengesetzte Bahn bestand aus nicht
kalandriertem Kraftpapier als poröse Abstandsschicht, das auf einer Seite lackiert
und sowohl auf der Lackschicht als auch auf .der Rückseite metallisiert war. Ein
Kraftpapierstreifen mit einer Breite von etwa 45 mm und einer Dicke von etwa 0,005
mm wurde auf einer Seite mit einer Lackschicht aus Celluloseacetatsorbat lackiert;
zu diesem Zweck wurde ein Gemisch aus Celluloseacetatsorbat und N,N'-Methylbisacrylamid
aufgebracht, und das damit überzogene Papier wurde über Nacht erhitzt, um eine Lackschicht
entstehen zu lassen. Danach wurde Zink in einer Vakuummetallisierungseinrichtung
auf das mit dem Überzug versehene Papier aufgedampft. Um die erwähnten Randstreifen
von der Metallschicht frei zu halten, wurden diese Streifen während des Metallisierens
abgedeckt. Die Dickenabmessung der Metallschicht läßt sich nicht zum Zwecke der
Überwachung der Herstellung messen. Das fertige zusammengesetzte Kondensatorband
besaß eine Dicke von etwas weniger als 0,0065 mm.
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Zwei derartige Kondensatorbänder mit einer Breite von etwa 45 mm wurden
in 300 Windungen mit 297 kapazitiv wirksamen Windungen auf einen Dorn mit einem
Durchmesser von etwa 3,2 mm aufgewickelt. Die aufgewickelten Kondensatorbänder wurden
in geeigneter Weise mit einem mit Azobenzol stabilisierten natürlichen Mineralwachs
imprägniert. Die Klemmenzuführungen wurden mit den betreffenden schichtförmigen
Belägen mit Hilfe von aufgespritztem Lot verbunden, das auf die betreffenden metallisierten
Ränder der Metallschichten an beiden Enden des Kondensators aufgebracht wurde.
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Der fertige Kondensator wurde nach dem Imprägnieren bei einer Spannung
von 150 V über einen Widerstand ausgebrannt. Der Kondensator besaß einen Isolationswiderstand
von 4500 Megohm und eine Kapazität von 4,05 Mikrofarad bei einem Verlustfaktor von
7-10-3.