DE1439622A1

DE1439622A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE1439622A1
Application number: DE19631439622
Authority: DE
Inventors: Edward Blank
Original assignee: TOBE DEUTSCHMANN LAB
Current assignee: TOBE DEUTSCHMANN LAB
Priority date: 1962-03-20
Filing date: 1963-03-18
Publication date: 1969-09-25
Also published as: US3206661A; CH415850A; GB1018908A

Description

DIPL..INO. MARTIN SCHUMAbHBK ,

■«•im* Deutscnmann/Wolf/LI-Gapacitoi

Tobe Deutschmann Laboratories, 2391 Washington Street, Ganton, Massachusetts, USA

KONDENSAT O'R

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator mit geringer Induktivität und auf eine Methode, diesen herzustellen.

Es ist oft wünschenswert, einem Kondensator ein Maximum gespeicherter Energie in möglichst kurzer Zeit zu entnehmen. Solche schnell entladenden Kondensatoren finden wachsende Anwendung, insbesondere auf dem Gebiet der Kernforschung und verwandten Gebieten. Andere Verwendungen von Kondensatoren mit geringer Induktivität und geringem Verlust ergeben sich bei Programmen, die Kondensatoren großer Ladung wie in Hochleistunggeneratoren benötigen. Es sind Kondensatoren gefertigt worden, die eine relativ hohe Energie liefern, oft in der Größenordnung von 6000 Joules (Wattsekunden) , und die in einer Zeit in der Größenordnung von Mikrosekunden und Millisekunden entladen können. Um solche Ent-

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ladungsmengen mit voller Intensität zu erhalten, muß der Kondensator so entworfen und konstruiert sein, daß seine inneren Induktivitäten und Widerstände· minimal klein sind. Obwohl die bisher gefertigten Kondensatoren für viele schnelle Entladungszwecke geeignet sind, besteht ein wachsender Bedarf an Kondensatoren, die in der Lage sind, noch schneller zu entladen und höhere Arbeitsfrequenzen zu erzielen als bisher möglich.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen hochkapazitiven Hochspannungskondensator zu schaffen, der eine äußerst geringe Induktivität hat und den man so konstruieren kann, daß er äußerst hohe Arbeitsfrequenzen ermöglicht. Außerdem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator zu schaffen, der eine lange Lebensdauer hat und so entworfen ist, daß er die zerstörenden Wirkungen innerer Beanspruchung, die durch schnelle Entladung großer Energiemengen Zustandekommen, stark herabsetzt.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Kondensator zu schaffen, der relativ kompakt und billig in der Herstellung ist. Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen¹ in der Schaffung von Kondensatoren, die geeignet sind für hohe Spannungsspitzen und Spannungen wechselnder Eichtung und in einem weiten Bereich der Umgebungsiemperatur arbeiten können.

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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kondensator mit geringer Induktivität zu schaffen, in welchem die Mittel zur Verbindung der leitfähigen Beläge des Kondensators mit den Anschlüssen geringe Induktivität haben. Ein Heiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Kondensator zu schaffen, dessen leüfähigen Beläge mit kurzen, angeformten Anschlußflaschen versehen sind, die sich mit den Anschlüssen des Kondensators über sehr kurze Bahnen, die von sich aus geringe Induktivität haben, verbinden lassen.

Weiterhin hat die vorliegende Erfindung das Ziel, eine verbesserte Konstruktionsmethode für Wickelkondensatoren, in denen Anschlußlaschen zum Verbinden mit den Kondensatoranschlüssen aus dem Material gebildet sind, aus dem die leitfähigen Beläge bestehen, zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Vielzahl von dünnen, flexiblen Schichten vor, einschließlich eines parallel sich gegenüberliegenden Paars leitfähiger Beläge mit einer dazwischenliegenden dielektrischen Schicht. Die dielektrische Schicht isoliert elektrisch diese leitfähigen Beläge voneinander. Diese Schichten sind kontinuierlich viele Male um eine Mittelachse (oder eine Mittelebene) gewickelt. Die leitfähigen Beläge sind jeweils mit herausgeschnitteten Teilen entlang einer Seitenkante geformt, so daß sie eine Reihe

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abwechselnder Vorsprünge und Vertiefungen bilden, die sich in Abständen als Anschlußlaschen verwenden lassen.

Jeder der Vorsprünge jedes leitfähigen Belags ragt über dieselbe Seitenkante der dielektrischen Schicht hinaus, wobei die Laschen eines leitfähigen Belags im Bereich der Vertiefungen eines benachbarten Belags liegen. Alle Laschen eines leitfähigen Belags sind in Abständen nebeneinander auf einer Seite der Mittelebene angeordnet, alle Laschen des anderen leitfähigen Belags sind in gleicher Weise auf der anderen Seite der Mittelebene angeordnet. Ein Anschluß verbindet alle Laschen des einen leitfähigen Belags, ein zweiter Anschluß alle Laschen des anderen leitfähigen Belags.

Man wird diese und andere Ziel der vorliegenden Erfindung besser verstehen, wenn man sie an Hand der beiliegenden Zeichnungen durchdenkt:

Fig. 1 gibt eine perspektivische Ansicht eines

Kondensators nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Kondensators im Querschnitt entlang der Linie II-II 'in- Fig. 1,

Fig. 3 gibt eine perspektivische Ansicht der gewickelten Beläge wieder, die ein grundlegendes Element dieser Erfindung darstellen, 909839/0343

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Fig· 4 zweigt abgewickelt ein Segment der Belä- ' ge, die in Fig·. 3 dargestellt sind,

Fig· 5 zeigt eine Zwischenstufe beim Aufwickeln der Beläge, die in Fig. 3 dargestellt sind, in Draufsicht,

Fig· 6 ist eine Draufsicht der Anordnung in Fig. 3»

Fig. 7 ist eine Abänderung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung.

In Figur 1 ist eine Darstellung der Erfindung mit einem rechteckigen Behälter 1 gezeigt. Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf Kondensatoren anderer Form anwenden, z. B. auf zylindrische.

Die Wahl der Form des Kondensators wird hauptsächlich durch äußere Verhältnisse bestimmt, so z. B. durch die Zahl der für einen bestimmten Zweck benötigten Kondensatoren und durch den Saum, in dem sie unterzubringen And. Der Behälter 1 besteht emm M±mm geeigneten Material, z. B. aus schweißbarem oder aus rostfreie» Stahl. Bin Deckel 2 aus eine» geeigneten dielektrischen Material wird in üblicher Weise am oberen äand ame Befcal-fcere 1 b*f estigt. Dieser Deekel 2 kann mit eine« läjaigs laufenden Mittelsteg 3 versehen sein, auf dessen

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beiden Seiten parallele Satnme !schienen 4 und 5 mit geringer Induktivität angebracht sind. Diese Sammelschienen 4· und 5 können praktiseherweisie mit üblichen Mitteln an dem Deckel f estgemacht werden.

Die Äondensatorbieläge sind aus flexiblen, leitfähigen Folien eines Materials, wie z. B. dünnes Aluminium, gebildet. Sie sind in ^igur 4 mit 7 und 8 bezeicnnet. Sowohl die Stärke als auch die Breite der leitfähigen Beläge 7 und 8 Jcann verschieden sein; dies hängt von den jeweils gewünschten Konstruktionsmaßen ab. Diese leitfahigen Beläge können gleich oder verschieden breit sein und sind auf gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen dielektrischen Schicht 9 im Abstand parallel zueinander angeordnet. Die dielektrische Schicht 9 isoliert elektrisch die leitfäiiigen Beläge 7 und 8 voneinander. Diese dielektrische" Schicht kann.aus einer hochwertigen, festen Kondensatorfolie mit hoher Dichtigkeit bestehen. Es können auch andere dielektrische Schichten benutzt werden; das hängt von der gewünschten dielektrischen Durchschlagfestigkeit und von den gewünschten sonstigen dielektrischen Faktoren ab.

Normalerweise wird eine Vielzahl solcher dielektrischer Schichten anstatt einer einzigen Schicht benutzt, wenn die Konstruktionsbsdingungen es erfordern. Gewöhnlich - bei

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schnell entladenden Kondensatoren - ist es vorteilhaft, eine Vielzahl dünner, wenig poröser Schichten anstatt einer einzigen Schicht größerer Dicke zu verwenden, um die Gleichspannungsdurchschlagfestigkeit und die Spannung, bei der Koronaentladungen "beginnen, zu erhöhen.

Die leitfähigen Beläge 7 und 8 sind mit einer Vielzahl von VorSprüngen 10 und 11 entlang den jeweiligen korrespondierenden Seitenkanten ausgebildet. Diese Vorsprünge und die zwischen ihnen liegenden Vertiefungen 13 und 14 bilden in Abständen Anschlußlaschen entlang den jeweiligen korrespondierenden Kanten jedes leitfähigen Belags 7 und 8. Diese Laschen können durch das Ausschneiden der Vertiefungen 13 und 14 gebildet werden. Die Laschen 10 sind versetzt gegpaüber den Laschen 11 und in einer Reihe angeordnet mit den Vertiefungen 13· Die Laschen haben vorzugsweise eine Gesamtlänge von zumindest 1/3 der Gesamtlänge der leitfähigen Beläge und nicht mehr als der Hälfte der Länge der leitfähigen Beläge. Diese Schichten 7» 8 und 9 sind so angeordnet, daß die Laschen 10 u&d 11 seitwärts über die Abschlußkante 15 der dielektrischen Schicht 9 hinausragen. Diese parallele Anordnung der flexiblen Beläge wird vorzugsweise, wie in Figur 5 gezeigt, so gewickelt, daß die Laschen 10 auf einer Seite der Mittelachse 16 (Figur 5) liegen und die Laschen 11 auf der änderen Seite der Mittelachse. Eine dazwlschen-

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liegende dielektrische Schicht 8A, die parallel zu den Belägen 7, 8 und 9 und hinter Belag 7 liegt, isoliert die leit-. fähigen Beläge 7 und 8 beim Aufwickeln voneinander. Schicht 8A ist ähnlich und aus dem gleichen Material wie Schicht 9 gebildet. Es ist beabsichtigt, durch die Angaben über die Anordnung der Laschen 10 und 11 auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 16 (Figur 5) bzw. des Mittelstücks 21 (Figur 6 und 7) deutlich zu macjf^daß die Laschen 10 von den Laschen 11 so räumlich getrennt sind,, daß sie unabhängig voneinander verbunden und angeschlossen werden können. In der in Figur 5 dargestellten Anordnung sind die Laschen 10 in versetzter, vorstehender Art angeordnet, derart, daß jede Lasche 10 hervorstehende Oberflächenteile 18 und 19 hat. Diese Anordnung kann für das Gewährleisten eines maximalen Stromflusses entlang der vorstehenden Oberfläche dieser leitenden Laschen oder Vorsprünge von Bedeutung sein. Die in Figur 5 dargestellte Kreisring-Form kann, wenn gewünscht, in zylindrischen Kondensatoren benutzt werden. In dem-hferin beschriebenen rechteckigen Kondensator jedoch sind die aufgewickelten parallelen Schichten zu der in Figur 6 gezeigten Form zusammgengedrückt. Vorzugsweise wird ein isolierendes, dielektrisches Mittelstüct 21 in die gewickelten Beläge eingeschoben, um die hervorstehenden Laschen 10 von den vorstehenden Laschen 11 zu isolieren. Dieser in Figur 3 dargestellte Wickelkörper 22 wird in einen Behälter gebracht.

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laeaaöltaa 10 »aft 11 sind (Jeweils ( - 10 an 2% 11 an 26) mit dan letiLimaciaoi Platten 25 und 26,, die sich vorzugsweise über äiö I&nge der Laschen, erstrecken, verbunden. Biese leitenden £3utö&g& 25 und 26 sind mit den Sammelscnienen 4 und 5 durch. 3?la.trt?e 28 verbunden, um einen möglichst breiten und kurzen Verbindungsweg für den Strom innerhalb des Kondensators au

Der SondenAsrtior enthält ein geeignetes Imprägniermittel. Bei solchen iuprägni ermitteln handelt es sich z.B. um Mineralöl, QAlikon-tfflüesigkeit, Polyisobutylen und chlorierte Diphenyle.

Wie in !"dfgur 6 und 7 dargestellt, können die Laschen 10 und Tl versehi^oenartig, ζ. B. vor- und rückwärts gestaffelt sein, idt© auch 31·» um eine andere lorm der hervortretenden Ob€srfläche anautführen, zeigt.

geaeigten Anordnung geben die Vorsprünge oder Laschen, ö&e mm oben leitenden Belägen oder Folien gebildet sind, bes~

als bish&r aö^glioh. Hinau kommt, |daß dieee verbindenden Laschen oder Vor Sprünge ^ie Wahr- Oma Durchbrechens des dielektrischen Material«

*a# Sesssäft aiiseoliließrt. Solche Laschen verringern die nötige läcyR» und den nötigen Druck und schalten dadUBQh öid& Wskeeoheinlichkeit des Schadens auf Grund vcn inneren Spannungen während des Wirkens mit Spitzsenströmen aus.

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Bei äer Sestaltttng (ies :Soaaenaatoa?s sind die verlängerten. Beläge 7 und S auf gejpnüterliege^den Seiten der Schicht 9 angeordnet, wobei -üie Laschen über die Seitenkante der . dielektrischen Sciticlit 9 hsmausragen. Diese Beläge in ihrer paralleleÄ, gegenüberliege¹¹^¹¹· Anordnung werden dann um einen ifern gewaic&elt., vorzugsweise auf einen Dorn» um ihnen die in ^'igur 5 dargestellte Form zu geben. Anschließend werden die gewickelten, parallelen, spiralförmigen Beläge von dem Dom abgenommen un^su der I?orm zusammengedrückt, die in i'igur 6 dargestellt ist« Danach wird das isolierende lüttelstück 21 eingesetzt und die als solche geformten Beläge werden in einen Behälter gebracht. Anschließend werden sowohl die Laschen 10 als auch die Laschen 11 verbunden. Diese werden dann einzeln durch leitfähige Mittel mit den Anschlußsehienen 4 und 5 verbunden;; der Deckel 2 wird an dem Behälter befestigt, nachdem der Wickel imprägniert und geölt ist.

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Claims

1.) Kondensator mit geringer Induktivität, im einzelnen gebildet aus einem Paar paralleler, langgestreckter, leitfähiger, flexibler Beläge mit einer dielektrischen Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Beläge entlang einer Seitenkante abwechselnd Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen und daß die Vorsprünge angeformte Laschen bilden, welche über die Seitenkante der dielektrischen Schicht hervorragen und jeweils auf einer Ebene (Linie) mit einer Vertiefung des anderen leitfähigen Belags gegenüberliegen.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von parallelen Belägen hat.

3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge und die dielektrische Schicht kontinuierlich um eine Mittelachse gewickelt sind.

4. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen des einen leitfähigen Belags auf der einen Seite der Mittelachse oder Mittelebene und die Laschen des anderen Belags auf der anderen Seite der Mittelachse oder Mittelebene liegen.

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5. Kondensator nach Anspruch 1 "bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der benachbarten Vorsprünge nicht auf einer Linie liegen, sondern gegeneinander gestaffelt sind.

6. Kondensator nach Anspruch 1 bis 5f dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Vorsprünge in bezug auf die Mittelachse im Uhrzeigersinn, ein anderer Teil im Gegenuhrzeigersinn gestaffelt ist.

7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorsprünge insgesamt über wenigstens ein Drittel und nicht mehr als die Hälfte der Länge des leitfähigen Belags, dem sie angeformt sind, erstrecken.

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