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Elektrischer Kondensator für niedrige Betriebsspannungen Die vorliegende
Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator für niedrige Betriebsspannungen
mit übereinander angeordneten, durch Dielektrikumschichten getrennten Belegungen
abwechselnder Polarität. Zwischen den Belegungen unterschiedlicher Polarität liegen
Dielektrikumschichten unterschiedlicher Schichtstärke in der Weise, daß jeweils
eine stärkere und eine schwächere Dielektrikumschicht einander abwechseln.
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Um elektrische Kondensatoren mit besonders hoher Volumenkapazität
herstellen zu können, ist es bereits bekannt, an Stelle von selbsttragenden Dielektrikumschichten
wie Papierbändern oder Kunststoffbändern Lackschichten zu verwenden, deren Stärke
wesentlich unter dem Maß liegt, das eine selbsttragende Verarbeitung dieser Dielektrikumsehichten
gestattet. Um die Verarbeitung dieser dünnen Lackschichten zu ermöglichen, hat man
einerseits Metallfolien, die gleichzeitig als Belegungen dienen, als Träger verwendet
und darauf die Lackschichten, sowie, gegebenenfalls durch Aufdampfen einer Metallschicht,
die Gegenbelegungen aufgebracht. Hierbei erfordern lediglich die metallischen Trägerfolien
einen größeren Raumbedarf. Zu noch höheren Raumkapazitäten gelangt man, wenn man,
wie ebenfalls bereits bekannt, auf geeigneten Hilfsträgerfolien Lackschichten aufbringt,
diese durch Bedampfen mit Belegungen versieht und beim Wickeln der Kondensatoren
die Lackschichten von den Hilfsträgern löst.
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Es lassen sich auf diese Weise bereits Kondensatoren sehr hoher Raumkapazität
herstellen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die in dieser Weise hergestellten
Dünnfolien immer noch Dielektrikumstärken ergeben, deren Durchschlagsfestigkeit
für viele Verwendungszwecke relativ hoch ist, so daß es vom Standpunkt der Spannungsfestigkeit
durchaus zweckmäßig wäre, noch geringere Stärken der Dielektrikumschichten zu verwenden.
Dem steht jedoch entgegen, daß die mechanische Verarbeitbarkeit solcher Dünnfolien,
wenn sie eine gewisse Stärke unterschreiten, auch bei Verwendung von Hilfsträgerfolien
mit großen Schwierigkeiten verbunden ist.
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Es besteht zwar die Möglichkeit, dadurch zu geringeren Dielektrikumschichten
zu gelangen, daß mehrere aufeinanderfolgende Belegungen und Dielektrikumschichten
mechanisch miteinander verbunden werden, etwa in der Weise, daß auf die erste Lackschicht
abwechselnd mehrere weitere Metall- und Lackschichten aufgebracht werden. Ein solcher
Aufbau hat jedoch auch verschiedene Nachteile. Vor allem wird die Produktion dadurch
erschwert und verteuert, daß etwa bei einer großen Anzahl aufeinanderfolgender Schichten
bereits ein Fehler bei der Herstellung einer der Schichten das gesamte Gebilde wertlos
macht.
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Um diese Nachteile zu vermeiden und zu einem Kondensator außerordentlich
hoher Raumkapazität zu gelangen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kondensator
aus zwei Kondensatorbändern aufgebaut ist, von denen das eine aus einer ersten Lackschicht,
einem darauf aufgedampften Metallbelag und einer darüber angeordneten zweiten Lackschicht,
die dünner, vorzugsweise wesentlich dünner ist als die erste Lackschicht, besteht,
während das zweite Band aus einer einen Metallbelag tragenden Lackschicht besteht,
und daß die beiden Bänder so übereinander angeordnet sind, daß der Metallbelag des
zweiten Bandes unmittelbar über der dünneren zweiten Lackschicht des ersten Bandes
liegt.
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Dabei läßt sich sogar trotz der ungleichen Schichtstärken der beiden
Dielektrikumschichten gleiche Spannungsfestigkeit dadurch erreichen, daß Dielektrikumschichten
unterschiedlicher Durchschlagsfestigkeit verwendet werden. Da durch das Aufdampfen
von Metallbelägen eine Herabsetzung der Durchschlagsfestigkeit der als Unterlage
dienenden Dielektrikumschicht eintritt, was auf der Bildung metallischer Spitzen
in Poren und Löchern der Unterlage beruht, ist es äußerst vorteilhaft, die Belegungen
in Form aufgedampfter Metallschichten, vorzugsweise Aluminiumschichten, jeweils
auf die dickeren Dielektrikumschichten aufzubringen, während die dünneren Dielektrikumschichten
nicht mit Metall bedampft werden.
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Es ist zwar bei Kondensatoren mit ausbrennfähigen Belegungen und selbsttragenden
Isolierstofffolien als Dielektrikum bereits bekannt, zur Erhöhung
der
Volumenkapazität selbständige Isolierstoffolien unterschiedlicher Stärke als Dielektrikum
oder auch Isolierstoffolien gleicher Stärke zu verwenden und dabei im Kondensator
zwei metallisierte Isolierstoffolien mit der Dielektrikumseite einander zugewandt
anzuordnen und zusätzlich eine dritte, nichtmetallisierte Isolierstoffolie mit aufzuwickeln
(deutsche Auslegeschrift 1013 793). Dadurch besitzt das die Belegungen tragende
und infolgedessen eine geringere Durchschlagsfestigkeit aufweisende Dielektrikum
insgesamt eine größere Stärke als das nichtmetallisierte Dielektrikum. Da bei den
bekannten Kondensatoren selbsttragende Folien verwendet werden, spielen die mit
der Herstellung von Kondensatoren aus nicht selbsttragenden Dünnfolien zusammenhängenden
mechanischen Probleme dabei keine Rolle. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei
Verwendung dieses bekannten Schichtungsprinzips in der nach der vorliegenden Erfindung
abgewandelten Weise bei Dünnfolienkondensatoren sich auch die eingangs geschilderten
mechanischen Probleme lösen lassen.
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Ein etwas abgeänderter Aufbau entsteht dann, wenn an Stelle des zweiten
Bandes, das aus einer Lackschicht und einer darauf aufgedampften Belegung besteht,
ein anderes Band verwendet wird, bei dem auf die Belagschicht eine zweite Lackschicht
und darauf eine zweite Metallschicht aufgetragen ist, wobei die beiden Metallschichten
leitend miteinander verbunden sind, und der zweite Metallbelag des zweiten Bandes
unmittelbar über der zweiten Lackschicht des ersten Bandes im Kondensator angeordnet
ist. Da hierbei die beiden Lackschichten zusammen eine größere mechanische Festigkeit
besitzen als eine allein, kann die erste Lackschicht in geringerer Stärke ausgebildet
werden, so daß hierdurch eine weitere Erhöhung der Volumenkapazität erzielt werden
kann. Die im feldfreien Raum liegende zweite Lackschicht, die dielektrisch unwirksam
ist, kann durch Auswahl eines geeigneten Stoffes so ausgebildet werden, daß sie
beispielsweise eine besondere mechanische Festigkeit besitzt, bzw. es können in
diese zweite Lackschicht Stoffe eingelagert werden bzw. sie kann aus Stoffen gebildet
werden, die die Regenerierfähigkeit des Kondensators günstig beeinflussen, wie bereits
an anderer Stelle vorgeschlagen wurde.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung können die Figuren dienen.
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In F i g. 1 ist die Abhängigkeit der Gesamtkapazität eines aus mehreren
Belegungen und Dielektrikumschichten gebildeten Kondensators von dem Verhältnis
der Schichtstärke dl : d2 bei konstanter Gesamtdicke dl -- d2 dargestellt.
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F i g. 2 zeigt im Querschnitt zwei übereinanderliegende Belegungen
3 und 4 entgegengesetzter Polarität, die abwechselnd durch Dielektrikumschichten
1 bzw. 2 der Schichtstärke d1 bzw. d, voneinander getrennt sind.
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Es ist in der Kondensatortechnik allgemein üblich, in verschiedenen
Verfahren, etwa durch Wickeln, Falten, Schichten u. dgl., Kondensatoren aus derartigen
aus zwei Dielektrikumschichten 1 und 2 und aus zwei Belegungen 3 und 4 gebildeten
Elementen aufzubauen. Ein Beispiel dafür ist in F i g. 3 dargestellt. Die Figur
zeigt, daß beim Aufbau solcher Kondensatoren jeweils die gleichen Elemente der in
F i g. 2 dargestellten Art übereinanderliegen, so daß die gleichen Dielektrikumschichten
und Belegungen in der Reihenfolge periodisch angeordnet sind.
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Während es bisher häufig üblich war, wie in F i g. 2 und 3 dargestellt,
jeweils gleiche Dielektrikumschichtstärken dl und dz zu verwenden, führt eine unsymmetrische
Anordnung, wie sie beispielsweise in F i g. 4 dargestellt ist, wobei die Schichtstärke
dl größer gewählt ist als die Schichtstärke d2, zu einer Vergrößerung der spezifischen
Volumenkapazität. Selbstverständlich ist es genauso möglich, die Schichtstärke dl
entsprechend kleiner zu wählen als die Schichtstärke d2, um zu der gleichen spezifischen
Volumenkapazität zu gelangen.
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F i g. 5 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines Kondensators gemäß
der Erfindung, wobei zwei Dünnfolienbänder übereinander angeordnet sind, beispielsweise
aufgewickelt sind, von denen das eine aus einer ersten Lackschicht 5, einen Metallbelag
6 und einer zweiten dünneren Lackschicht 7 gebildet ist, während das zweite Band
aus einer Lackschicht 8 und einem darauf aufgebrachten Metallbelag 9 besteht. Die
Metallbeläge, vorzugsweise regenerierfähig dünn aufgedampfte Aluminiumschichten,
sind dabei auf die Lackschicht 5 bzw. 8 aufgedampft und haben hierbei die Poren
und Löcher, die in der Oberfläche dieser Lackschichten 5 und 8 vorhanden sind, ausgefüllt
und dort Spitzen gebildet, die die Durchschlagsfestigkeit der Lackschichten 5 und
8 herabsetzen. Es ergibt sich daraus, daß die Lackschicht 7, auf die kein Metallbelag
aufgebracht ist, eine relativ höhere Durchschlagsfestigkeit besitzt als die beiden
Lackschichten 5 und 8; es ist daher möglich, durch geeignete Dimensionierung zu
erreichen, daß, obwohl die Stärke der Lackschicht 7 dünner, vorzugsweise wesentlich
dünner als die der Lackschicht 5 gemacht wird, die Durchschlagsfestigkeit dieser
durch die Lackschicht 7 gebildeten dünneren Dielektrikumschicht nicht kleiner ist
als die der durch die Lackschichten 5 und 8 gebildeten dickeren Dielektrikumschicht.
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F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei
wird ein Kondensator ebenfalls aus zwei Kondensatorbändern hergestellt, von denen
das eine in gleicher Weise aus den beiden Lackschichten 5 und 7 und dem Metallbelag
6 aufgebaut ist wie in dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5, während das zweite
Band gebildet ist aus einer ersten Lackschicht 10, einem darauf aufgebrachten Metallbelag
11, einer auf den Metallbelag 11 aufgebrachten Lackschicht 12 und
einem mit dem ersten Metallbelag leitend verbundenen Metallbelag 13. Auch hier sind
alle Metallbeläge vorzugsweise aufgedampfte Aluminiumbeläge, die in regenerierf'ähig
dünner Schichtstärke aufgedampft sind. Die zweite Lackschicht 12, die im feldfreien
Raum liegt, dient in erster Linie zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des zweiten
Kondensatorbandes, und es wird dadurch vor allem bezweckt, die erste Lackschicht
10 in geringerer Schichtstärke ausbilden zu können. Das wird besonders einfach dann
erreicht, wenn die zweite Lackschicht 12 aus einem Stoff gebildet wird, der
eine sehr hohe mechanische Festigkeit aufweist. Es ist aber auch weiterhin möglich,
die Lackschicht 12 so auszubilden, daß sie durch ihre Zusammensetzung die Regenerierfähigkeit
des Kondensators günstig beeinfiußt. Beispielsweise kann -man dadurch erreichen,
daß auch bei wirksamen Dielektrikumschichten 5, 7 und 10 aus Stoffen, die dazu neigen,
leitfähige
oder korrodierende Spaltprodukte beim Durchschlag zu bilden, regenerierfähige Kondensatoren
erzeugt werden können.