DE1564711B2 - Regenerierfaehiger elektrischer kondensator - Google Patents

Description

schicht die gleichpoligen Metallisierungen miteinan- besteht, sind sehr komplex und nur zum geringen Teil der verbunden werden. Findet bei einem derartigen geklärt. Man kann sich etwa folgende Vorstellung Kondensator ein Durchschlag statt, so verflüchtigen darüber machen. Zunächst erfolgt ein Durchschlag sich die Metallisierungen rings um die Durchschlag- zwischen zwei am Dielektrikum anliegenden Belägen, stelle und es entstehen Isolierhöfe 3 und 3'. Die Iso- 5 Die Zeit eines solchen Regenerierablaufs liegt erfahlierhöfe können je nach angelegter Spannung und rungsgemäß zwischen 10~^a bis 10~⁵ sek. mit beKapazität 0,1 bis 3 mm Durchmesser besitzen. Aus trächtlich unterschiedlichen Energieumsätzen. Entder Figur läßt sich entnehmen, daß beim weiteren sprechend wird die anliegende Isolierstoffeinlage an Betrieb auch die zunächst im feldfreien Raum liegen- dieser Stelle mehr oder weniger erwärmt. Dadurch den Isolierstoffschichten 1 und Γ im Bereich der io kann der Zeitpunkt des Folgedurchschlages durch Isolierhöfe 3 und 3' von elektrischen Feldlinien die Isolierstoffeinlage sehr verschieden liegen. Er durchsetzt sind. Bei diesen Isolierstoffeinlagen han- kann zu Anfang oder zu Ende des Anfangsdurchdelt es sich in der Regel um Stoffe, die schlechte Schlages erfolgen und damit den Gesamtablauf des dielektrische Eigenschaften besitzen. Außerdem Regeneriervorganges entscheidend beeinflussen. Da ragen in diese Isolierschichten Spitzen der z. B. auf- 15 die zeitliche Durchschlagsfolge von der Erwärmung gedampften Metallisierungen oft in beträchtlichem der Isolierstoffeinlage stark abhängt, hat auch ihre Ausmaß. An die Oberflächenbeschaffenheit und Span- Dicke sowie ihre Wärmeleitfähigkeit (Folienmaterial, nungsfestigkeit der Isolierstoffeinlage werden keine Imprägnierung) Einfluß auf den Regeneriervorgang, besonderen Anforderungen gestellt. Hinzu kommt, daß die Zusammensetzung der Rege-Trotzdem findet aber an dieser Stelle im allgemei- 20 neriergase sowohl vom Material der Foliensorten als nen kein weiterer Durchschlag durch die Isolierstoff- auch von der zeitlichen Folge von Durchschlag und schichten 1 und 1' statt, weil die Feldstärke um Folgedurchschlag abhängen. Ob beide oder nur eine Faktoren niedriger liegt als am Dielektrikum im Be- Isolierstoffeinlage durchschlagen werden, hängt von reich unzerstörter Elektroden. Dies ist ohne weiteres der Feldstärke am Dielektrikum und der Dicke der aus F i g. 1 zu ersehen. 25 Isolierstoffeinlagen ab.

Bei Verwendung von Dielektrikumsfolien mit Um Folgedurchschläge zu vermeiden, kann man an hoher Spannungsfestigkeit entstehen dagegen in einem folgende nächstliegende Maßnahmen denken: VerAufbau gemäß Fig. 1 sog. Folgedurchschläge, wie wendung dielektrisch hochwertiger Stoffe als Isoliersie in F i g. 2 dargestellt sind. Diese Folgedurch- Stoffeinlagen im feldfreien Raum zwischen den gleichschläge kann man damit erklären, daß auf Grund der 30 poligen Belegungen, porenfreie Oberflächen der Isohohen Spannungsfestigkeit der Dielektrikumsfolien lierstoffeinlagen zur Vermeidung von Spitzen, die nach einem Durchschlag entsprechend F i g. 1 die einen Folgedurchschlag begünstigen, größere Dicke Feldstärke in den Isolierstoffschichten 1 und 1' so der Isolierstoffeinlage zur Erhöhung der Spannungshoch ist, daß ein weiterer Durchschlag — ein Folge- festigkeit. Alle diese Maßnahmen würden aber eine durchschlag — gemäß F i g. 2 erfolgt. 35 Verteuerung bzw. Verschlechterung der Volumen-Das Auftreten eines Folgedurchschlages wird auch kapazität der bisherigen regenerierfähigen Kondenbegünstigt, falls die Isolierstoffeinlage im feldfreien satoren mit sich bringen.

Raum aus einem weniger wärmebeständigen Material Dem gegenüber wird trotz der Folgedurchschläge besteht und der Kondensator bei erhöhter Tempera- ein einwandfreies Regenerieren und die zu erwartur betrieben wird. In diesem Fall sinkt nämlich die ₄₀ tende hohe Spannungsfestigkeit bei einem Konden-Spannungsfestigkeit der Isolierstoffeinlagen 1 und 1' sator der eingangs beschriebenen Art erreicht, wenn weit unter die der wärmebeständigen Dielektrikums- erfindungsgemäß die Summe der Flächenleitwerte der folie. Auch in diesem Fall ist die Feldstärke nach Metallisierungen auf beiden Seiten der Isolierstoffeinem Durchschlag gemäß F i g. 1 für die Isolierstoff- einlage 1,4 Siemens und der Flächenleitwert einer einlagen 1 und Γ so hoch, daß es zu einem Folge- ₄₅ Metallisierung 0,8 Siemens nicht überschreitet,
durchschlag kommt. Als Belagsmetall verwendet man bevorzugt Alu-Gemäß der F i g. 2 erfolgt der Folgedurchschlag minium. Kondensatoren mit Dielektrika aus Polyprodurch den Durchschlagskanal 4 des ersten Durch- pylen, Polykarbonat, Polyphenylenoxid und Polyteschlags. Der Folgedurchschlag bewirkt das Entstehen trafluoräthylen zeigen in Verbindung mit Isolierstoffzweier weiterer Durchschlagskanäle 6 und 6' und _5o einlagen aus Papier gute Regeneriereigenschaften,
zweier Isolierhöfe 7 und T in den Belägen 2 und 2'. Erfindungsgemäße Kondensatoren lassen sich aller-Der Folgedurchschlag führt zu einer beträchtlich ge- dings auch mit Zink- oder Kadmiumbelägen hersteigerten Erwärmung an der Durchschlagstelle, da in stellen.

der Regel der Folgedurchschlag sich während oder Aus den bekanntgemachten Unterlagen zur Patent-

sofort nach dem ersten Durchschlag ereignet. Durch 55 anmeldung ρ 11 400 D 21 g/10/02 ist zwar bekannt,

die beträchtliche Wärmeentwicklung wird vermutlich bei selbstausheilenden Kondensatoren, bei denen eine

das Regeneriervermögen gestört und es ergeben sich Elektrode aus einem einzigen Metallbelag, der auf

Schädigungen im Dielektrikum, die die Spannungs- das Dielektrikum aufgedampft ist, besteht, die

festigkeit beeinträchtigen, auch wenn im übrigen Flächenleitfähigkeit des Belags bis maximal 0,5 S zu

durch den günstigen Sauerstoffhaushalt der Isolier- 60 bemessen. Diese Kondensatoren zeigen aber, wie

Stoffeinlage günstige Voraussetzungen zum Regene- oben ausgeführt ist, ein völlig anderes Regenerierver-

rieren geschaffen sind. halten als regenerierende Kondensatoren, bei denen

Die Zusammenhänge bei Regeneriervorgängen in vorliegende Erfindung angewendet wird,
elektrischen Kondensatoren mit regenerierfähig dün- Da die Durchschlagsfestigkeit und das Temperaturnen Belägen, bei denen wenigstens eine Elektrode aus 65 verhalten der einzelnen Stoffe, die als Dielektrika zwei oder mehreren miteinander elektrisch leitend oder als Isolierstoffeinlage zwischen den beiden verbundenen Metallisierungen und dazwischen im gleichpoligen Belägen verwendet werden, verschieden feldfreien Raum angeordneten Isolierstoffeinlagen ist, ist die Belagsstärke innerhalb des erfindungsge-

maß angegebenen Bereiches auszuwählen. Durch Versuche läßt sich leicht die zu verwendende Dickenbemessung feststellen. Die vorliegende Erfindung hat sich bei regenerierenden Kondensatoren, deren Isolierstoffeinlage zwischen den gleichpoligen Belägen aus Papier oder Acetycellulose besteht, und deren Dielektrikum aus Polystyrol, Polypropylen, Polyäthylen, Polyäthylenterephtalat, Polycarbonat, Polytetrafluoräthylen oder Polytetrafluoräthylenpropylen besteht, bewährt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 Dielektrikum um die Durchschlagstelle herum weg- Patentansprüche: brennen. Bei den einfachsten Ausführungsformen ist das Dielektrikum beid- oder einseitig mit dünnen

1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, Metallschichten, die während des Betriebs als Elekbei dem wenigstens eine Elektrode aus zwei oder 5 troden wirken, versehen, z. B. bedampft und zu mehreren miteinander elektrisch leitend verbun- einem Kondensatorkörper verarbeitet.

denen regenerierfähig dünnen Metallisierungen Der aus der deutschen Auslegeschrift 1171532 und dazwischen im feldfreien Raum angeordneten bekannte Aufbau eines Kondensators hat sich als Isolierstoffeinlagen besteht, die mindestens 10 % besonders vorteilhaft erwiesen. Bei diesen Kondendes für seine vollständige Umsetzung zu stabilen io satoren besteht mindestens eine Elektrode aus einer Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmit- oder mehreren Isolierstoffeinlagen, die beidseitig mit tels im Molekül enthalten, und welcher Dielek- regenerierfähig dünnen, kurzgeschlossenen Metallitrika enthält, deren Spannungs- und Durch- sierungen versehen sind. Die andere Elektrode kann Schlagsfestigkeit so hoch sind, daß nach einem identisch aufgebaut sein oder aus Metallfolien be-Durchschlag durch eines der Dielektrika in der 15 stehen. Da die Isolierstoffeinlage während des Benun im Bereich des Durchschlages im elek- triebes im feldfreien Raum liegt, spielen deren dietischen Feld liegenden Isolierstoffeinlage die lektrische Eigenschaften eine untergeordnete Rolle. Durchschlagsfestigkeit überschritten ist, da- Es hat sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, einen durch gekennzeichnet, daß die Summe Stoff zu wählen, der in seinen Molekülen einen Minder Flächenleitwerte der Metallisierungen auf 20 destgehalt an Sauerstoff, nämlich 10 % des für seine beiden Seiten der Isolierstoffeinlage 1,4 S und vollständige Umsetzung zu stabilen Oxydationsproder Flächenleitwert einer Metallisierung 0,8 S dukten notwendigen Sauerstoffs enthält. Dadurch nicht überschreitet. wird es möglich, z. B. Polystyrol oder andere hervor-

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, ragende Dielektrika, die bei Durchschlägen leitende dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungen 25 Kohlenstoffbrücken bilden, bei der Herstellung regeaus Aluminium bestehen. nerierender Kondensatoren zu verwenden. Gleich-

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, falls ist es möglich, ein völlig spitzenfreies Dielekdadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungen trikum herzustellen, da die Spitzen der aufgedampften aus Zink oder Kadmium bestehen. Metallisierungen in die im feldfreien Raum liegende

4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 ₃₀ Isolierstoffeinlage ragen. Ereignet sich trotzdem ein und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier- Durchschlag, so wird infolge der sich dabei entstoffeinlagen aus Papier bestehen. wickelnden erhöhten Temperatur in der sich im feld-

5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, freien Raum befindenden Isolierstoffeinlage genügend dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum Sauerstoff frei, der zur Umsetzung der sich im Dielekaus Polypropylen besteht. ₃₅ trikum befindenden Kohlenstoffatome zu nichtleiten-

6. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, den Kohlenoxiden zur Verfügung steht. Es genügt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum wenn nur eine Elektrode im Kondensator oben beaus Polykarbonat besteht. schriebenen Aufbau besitzt. Die Gegenelektrode

7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, kann z. B. selbständige Metallfolie sein.

dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum ₄₀ Trotzdem ergaben Versuche, daß bei den Konaus Polyphenylenoxid besteht. densatoren, bei denen wenigstens eine Elektrode aus

8. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, zwei kurzgeschlossenen Metallisierungen und einer dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum dazwischen im feldfreien Raum angeordneten Isolieraus Polytetrafluoräthylen besteht. Stoffeinlage besteht und bei denen Dielektrika mit

45 hoher Spannungs- und Durchschlagsfestigkeit verwendet werden, die Spannungsfestigkeit des Konden-

sators überraschend niedrig ist, wenn man die Erfahrungen bei Kondensatoren, deren Elektroden jeweils nur aus einer Meallisierung bestehen und welche die 50 gleichen Dielektrika besitzen, in Erwägung zieht.

Die Erfindung bezieht sich auf einen regenerier- Vorliegende Erfindung setzt sich das Ziel, diesen fähigen elektrischen Kondensator, bei dem wenig- Mangel bei regenerierfähigen Kondensatoren der einstens eine Elektrode aus zwei oder mehreren mitein- gangs angegebenen Art zu beheben,
ander elektrisch leitend verbundenen regenerierfähig Die Erfindung geht von folgenden Beobachtungen dünnen Metallisierungen und dazwischen im feld- ₅₅ aus: Im allgemeinen findet in regenerierfähigeri Konfreien Raum angeordneten Isolierstoffeinlagen be- densatoren, die mindestens eine aus zwei Metallisiesteht, die mindestens 10 °/o des für seine vollständige rungen und einer dazwischen im feldfreien Raum Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötig- liegenden Isolierstoffschicht zusammengesetzte Elekten Oxydationsmittels im Molekül enthalten, und trode enthalten, ein Durchschlag zwischen zwei Bewelcher Dielektrika enthält, deren Spannungs- und 60 lägen, wie er in F i g. 1 dargestellt ist, statt. In dieser Durchschlagsfestigkeit so hoch sind, daß nach einem Figur ist ein Kondensator gezeigt, bei dem die beiden Durchschlag durch eines der Dielektrika in der nun gegenpoligen Elektroden aus Isolierstoffeinlagen 1 im Bereich des Durchschlages im elektrischen Feld bzw Γ und Metallisierungen 2 bzw. 2' bestehen. Die liegenden Isolierstoffeinlage die Durchschlagsfestig- Verbindung zwischen den jeweils miteinander zu verkeit überschritten ist. _ 65 bindenden Metallisierungen kann dadurch hergestellt Unter einem regenerierfähigen Kondensator ist ein werden, daß die gegenpoligen Elektroden abwech-Kondensator zu verstehen, dessen Metallbeläge so selnd an den Stirnseiten überstehen und daß z. B. dünn sind, daß diese bei Durchschlägen durch das durch ein stirnseitiges Aufbringen einer Schoop-