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Kondensator zur Verhinderung von Funkenbildung an elektrischen Kontakten
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator zur Verhinderung von Funkenbildung
an elektrischen Kontakten mit als elektrische Widerstandsschicht ausgebildeten Belegungen.
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Es ist an sich bekannt, zur Verhinderung von Funkenbildung an elektrischen
Kontakten Kondensatoren vorzusehen, .die beim Öffnen des Kontaktes sonst auftretende
Funken verhindern. Zum Ausschalten von Funken, die sich beim Schließen des Kontaktes
ergeben, ist es bekannt, entsprechend bemessene Serienwiderstände zu den Kondensatoren
einzubauen.
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Um Kapazität und Widerstandswert in einem einzigen Bauelement zu vereinigen
und dadurch eine vereinfachte Herstellung und eine Verringerung des Platzbedarfs
zu erzielen, ist vorgeschlagen worden, die metallischen Belegschichten des verwendeten
Kondensators als Ohmsche Widerstände auszubilden, was durch entsprechende Bemessung
des spezifischen Oberflächenwiderstandes des Belegmaterials erreicht wird.
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Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß wegen der flächenhaften
oder bandförmigen Ausdehnung der Belegungsschichten beim Anschluß der Stromzuführungen
benachbarten Endpunkten der aufgewickelten Belegfolien oder der Metallschichten
kein nennenswerter Ohmscher Serienwiderstand entsteht, wenn man die den Anschlußpunkten
benachbarten Teilkapazitäten des Kondensators betrachtet. Der Ohmsche Serienwiderstand
wird vielmehr erst in Richtung auf die von den beiden Anschlußpunkten entfernt liegenden
Teilkapazitäten wirksam. Demgemäß entlädt sich ein so aufgebauter Kondensator an
den Anschlußpunkten der Stromzuführungen direkt über einen geschlossenen parallelgeschalteten
Kontakt, ohne daß zur Verhinderung der dabei entstehenden Funken ein Serienwiderstand
dazwischengeschaltet ist.
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Es ist also nicht möglich, die angestrebte Wirkung der Funkenlöschung
vollständig zu erzielen, wenn man Kondensatoren vorsieht, die zwar durch entsprechende
Bemessung der Widerstandswerte der Belegschichten neben der gewünschten Kapazität
auch einen gewissen Ohmschen Serienwiderstand aufweisen, jedoch wegen der in Längsrichtung
zu den Belegschichten im wesentlichen nicht voneinander entfernten Anschlußmittel
für die Stromzuführungen Teilkapazitäten aufweisen, die keinerlei Ohmschen Serienwiderstand
haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kondensatoren der erwähnten
Gattung durch geeignete Maßnahmen eine bessere Funkenlöschung an parallelgeschalteten
elektrischen Kontakten zu erzielen und dabei den Aufbau des Kondensators durch Verringerung
seiner räumlichen Ausmaße noch zu vereinfachen.
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Bei keramischen Kondensatoren, die im wesentlichen in der Hochfrequenztechnik
Verwendung finden, ist es bekannt, verhältnismäßig kleine Kapazitätswerte und hohen
Widerstand durch Verwendung von Widerstandsmaterial für die Belegungsschichten oder
das Dielektrikum zu erzielen.
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Für die Zwecke der Funkenlöschung an Kontaktstellen ist es jedoch
im allgemeinen notwendig, sogenannte Wickelkondensatoren mit verhältnismäßig großer
Kapazität zu verwenden. Um nun bei der Kombination eines derartigen Kondensators
mit den notwendigen Serienwiderständen in einem einzigen Bauelement eine befriedigende
Löschwirkung, insbesondere beim Schließen des parallelgeschalteten Kontaktes zu
erzielen, muß dafür gesorgt werden, daß sämtliche Teilkapazitäten des Kondensators
einen Serienwiderstand aufweisen, über den die Entladung erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Anschluß mit einer
der Metallschichten an einem Punkt verbunden ist, der in Längsrichtung der Schichten
eine wesentliche Entfernung von einem an einer zweiten der Schichten befindlichen
zweiten Punkt besitzt, mit dem der andere Anschluß des Kondensators
verbunden
ist, und daß die Schichten einen spezifischen Oberflächenwiderstand: von ungefähr
2 Ohm und im übrigen eine solche Länge und Breite aufweisen, daß der Kapazitätswert
des Kondensators zumindest 0,01,uF und der durch die Widerstandsschichten hervorgerufene
Wirkwiderstand' des Kondensators zumindest 10 Ohm beträgt.
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Für den vorgesehenen Verwendungszweck kann der gewünschte Kapazitätswert
des Kondensators nach der Erfindung zwischen 0,01 und 10 ,uE gewählt werden, während
der Widerstandswert zwischen 10 Ohm und 20 Kiloohm liegen kann.
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Die Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise
beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Kondensatorwickel, F i g. 2 die
zu einem Kondensator gehörenden in einer Ebene ausgebreiteten Schichten, wobei die
Anschlußeinrichtungen mit den Enden verbunden sind, die voneinander abgewendet sind,
welche Enden. zu den Widerstandsschichten gehören, F i g. 3 eine Abwandlung der
Anordnung der F i g. 2, wobei die eine der Widerstandsschichten länger als die andere
ist, F i g-. 4 gleichfalls eine Abwandlung der Anordnung der F i g. 2, wobei die
Anschlußpunkte der Anschlüsse näher beieinanderliegen, und F i g. 5 schematisch
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kondensator; F i g. 6 zeigt eine Abwandlung
der Anordnung der Fig. 1.
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Der in F i g. 1 dargestellte Kondensator besteht aus zwei zu einem
Wickel aufgerollten Bändern 10, 11 eines dünnen Dielektrums, beispielsweise-Papier
oder ein Plastikmaterial, das auf der einen Seite mit einer elektrisch leitenden
Metallschicht 12, 13; beispielsweise aus Zink oder Aluminium bedeckt ist. Die Dicke
der Schicht ist so bemessen, daß der gewünschte Serienwiderstand erhalten wird.
Die beiden Bänder 10, 11 besitzen eine Kante ohne Metallüberzug, welche Kanten für
Kriechströme zwischen den elektrisch leitenden Widerstandsschichten 12, 13 einen
ausreichend langen Pfad darstellen.
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Um den Widerstand der Schichten 12, 13 auszunutzen, wird ein Anschluß
14 zu Beginn der Herstellung des Kondensatorwickels mit der einen der elektrisch
leitenden Schichten, beispielsweise 12, an deren inneren Ende verbunden. Ist der
Kondensatorwickel fast fertiggerollt, so wird ein zweiter Anschluß 15 mit dem äußeren
Ende der verbleibenden elektrisch leitenden Schicht 13 verbunden. Dabei wird der
durch den fertigen Kondensator fließende kapazitive Verschiebstrom gezwungen, einen
Serienwiderstand zu durchfließen, der bei gleichmäßig verteiltem Widerstand der
leitenden Schichten ebenso groß ist wie der Gesamtwiderstand einer in deren Längsrichtung
gemessenen leitenden Schicht (vgl. F i g. 2).
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Nach der Erfindung kann ein Kondensator mit einem Kapazitätswert von
0,25,uF und einem Serienwiderstand von. 300 Ohm aus zwei lackierten und mit Zink
metallisierten Papierbändern hergestellt werden, deren Dicke 0,009 mm, deren Breite
13 mm und deren Länge 2000 mm bei einem spezifischen Oberflächenwiderstand der Zinkschicht
von 2 Ohm beträgt. Die entsprechende Dicke der Zinkschicht verleiht dem Kondensator
die bereits bekannten selbstheilenden Eigenschaften, Mit der einen Zinkschicht wird
der Anschluß 14 verbunden, die Papierbänder werden zu einem Kondensatorwickel aufgerollt,
ein zweiter Anschluß 15 (s. Fig. 5) wird mit der verbleibenden Zinkschicht verbunden,
wonach der Kondensatorwickel auf bekannte Weise getrocknet und imprägniert wird.
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Als. geeigneter Feuchtigkeitsschutz kann eine äußere Umhüllung, beispielsweise
in Form einer Metallröhre 16, vorgesehen werden, deren Enden mit Wachs oder einem
thermoplastischen Material verschlossen werden. Auf diese Weise kann ein Funkenlöschkondensator
hergestellt werden, der für hohe Betriebsspannungen geeignet ist, und der eine fast
unbegrenzte Lebensdauer hat.
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Die Herstellung von erfindungsgemäßen Kondensatoren mit verschiedenen
Kapazitätswerten in bezug auf den Serienwiderstand ist sehr einfach. Wird ein kleiner
Kapazitätswert, jedoch der gleiche oder ein größerer Serienwiderstand gewünscht,
so wird die eine der Widerstandsschichten entsprechend etwas kürzer bzw. auch die
übrige Schicht etwas länger gemacht; und wird ein kleiner Serienwiderstand gewünscht,
so werden die Verbindungspunkte der Anschlußmitteldichter beieinandergelegt, In
der F i g. 3 erstreckt sich die Schicht 13 nur bis zum Punkt 17, wodurch der Kapazitätswert
kleiner wird als der des Kondensators der F i g. 2, während in der F i g. 4 die
Anschlüsse 14 und 15 an Punkten angeschlossen sind, die von den Enden der entsprechenden
leitenden Schicht etwas entfernt sind, wodurch der Serienwiderstand kleiner wird.
Die F i g. 6 zeigt eine Abwandlung der Anordnung der F i g. 1, wobei das Band 10
mit zwei Widerstandsschichten 121 und 122 überzogen wurde, die in der Längsrichtung
voneinander etwas. getrennt sind und die an dem einen Ende über ein Kurzschlußglied
123 miteinander verbunden sind. Der Anschluß 15 ist mit dem entgegengesetzten Ende
der Schicht 121 verbunden. In derselben Weise ist das Band 11 mit zwei elektrisch
leitenden Schichten 131 und 132 überzogen, die in der Längsrichtung voneinander
getrennt sind und die an dem -einen Ende über ein Kurzsohlußglied 133 miteinander
verbunden sind.
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Der Anschluß.14 ist mit dem entgegengesetzten Ende der Schicht 132
verbunden. Die Herstellung des Kondensatorwickels erfolgt derart, daß die Bänder
10. und 11 das eine über dem anderen zusammengerollt werden, wobei mit dem Ende
angefangen wird, an dem sich die Kurzschlußglieder befinden. Bei einem auf diese
Weise hergestellten Kondensator wird der Widerstand -der elektrisch leitenden Schichten
im übermaß ausgenutzt, während gleichzeitig die Induktanz des Kondensatorwickels
wirksam reduziert wird.