DE1764549A1 - Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2,
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
P 17 64 549.7-33 VPA 68/2532
Elektrischer Schicht- "bzw. Stapelkondensator und Verfahren
zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schicht- bzw. Stawelkondensator, welcher durch Aufteilen eines Mutterkondensators
in Einzelkapazitäten hergestellt ist, wobei der Mutterkondensator insbesondere auf einer Trowael mit großem Durchmesser
aufgewickelt ist und in radialer Richtung und Umfangsrichtung in Einzelkapazitäten aufgeteilt ist.
Ein derartiger Kondensator ist aus der deutschen Patentschrift 892 321 bekannt. Es werden dabei Dielektrikumsfolien und Belegungen
oder metallisierte Dielektrikumsfolien aufeinandergeschichtet und so ein Mutterkondensator gebildet. Durch zwei zueinander
senkrechte Trennvorgänge werden aus dem Mutterkondensator die gewünschten Teilkapazitäten hergestellt. Werden die
Mutterkondensatoren auf einer Trommel mit großem Durchmesser gewickelt, dann ergeben sich Teilkapazitäten aus den Trennvorgängen,
welche in radialer Richtung und in TJmfangsrichtung vorgenommen
werden.
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IJs hat sich gezeigt, daß in den Trennflächen zwischen gegenpoligen
Metallbelegungen unterschiedlichen Potentials Überschläge stattfinden und zwar schon bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen.
Dadurch wird die Kontaktierung derartiger Kondensatoren
beschädigt und die Isolationsgiite verschlechtert.
Als Dielektrikumsfolien kommen im wesentlichen Gießfolien und Sxtruderfolien in Präge. Bei der Herstellung der Gießfolien wird
der Kunststoff in einem Lösungsmittel vollständig gelöst. Die Lösung wird als dünner Film oder als dünne Schicht auf eine Unterlage
aufgebracht, getrocknet und von der Unterlage als Folie v/ieder abgezogen. Gewöhnlich wird der gelöste Kunststoff dabei
aus einen Behälter auf ein vorbeigeführtes endloses Band oder eine sich drehende Walze aufgebracht und nach dem Trocknen von
dem Band bzw. von der Walze als Folio wieder abgezogen. Diese Folio kann, um weitere Verarbeitungsschritte zu erleichtern,
gereckt werden.
Bei der Heroteilung der Sxtruderfolien wird der Kunststoff in
einen Behälter geschmolzen. Die Schmelze wird unter Druckanwendung
durch eine Düse oder einen engen Schlitz auf eine Unterlage, z.B. ein endloses Band oder eine Walze oder einen Spannrahmen,
aufgespritzt und von der Düse als Folie weggezogen.
Ec hat sich ferner gezeigt, daß bei der Herstellung von Schichtkondensatoren,
welche durch Zerteilen aus einem Mutterkondencator hergestellt v/erden, an den Sch:iittflachen Zonen niedriger
Spannungsfeotigkcit sich zeigen. Der Mutterkondensator kann ein großer Stapelkondensator oder ein auf einer Trommel mit
großen Durchmesser hergestellter Mutterwickelkondensator sein. Besteht das Dielektrikum aus Gießfolien, die noch Lösungsmittelreste
vom Herstcllungsprozeß enthalten, dann bereitet dao
Trennen der Wickelkörper in Einzelkondensatoren, insbesondere bei größeren Kapazitätswerten (große Trennflächen) Schwierigkeiten.
Bei Spannungabelaatung treten in einer schmalen, an die Trennfiäehe angrenzenden Zone nichtaushoilende Durchschläge
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auf,' die zum Kurzschluß des Kondensators führen. Entfernt man
vor der Mutterwickelherstellung bzw. der Herstellung des Mutterstapelkondensators
die Lösungsmittelreste, z.B. durch längeres Lagern der Folien bei höherer Temperatur im Vakuum, oder
verwendet man Extruderfolien, die im Unterschied zu den Gießfolien kein Lösungsmittel enthalten, dann zeigen sich zwar
keine nichtauahcilfähigen Durchschlage in der kritischen Zone,
aber es treten schon Überschläge bei relativ niedrigen Spannungen (etwa bei 250 V bei 5/U Dielektrikumsdicke) auf. Dadurch
wird in diesen Schnittflächen die Spannungsfestigkeit geringer als im Innern des Kondensators, da als Isolierstrecke
nur die Luft bei einem Elektrodenabstand in der Größe der Dielektrikumsdicke wirkt. Pur den Betrieb bei niedrigen Spannungen,
beispielsweise weniger als 10 V bei 5/U Dielektrikumsdicke, ist die Spannungsfestigkeit ausreichend. Bei höherer
Nennspannung ergeben sich die dargestellten Schwierigkeiten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen eingangs geschilderten
Kondensator zu bauen, der auch i.n den Schnittflächen die zu erwartende hohe Spannungsfestigkeit der übrigen
Dielektrikumsbereiche besitzt und an dessen Schnittflächen eine einwandfreie Regenerierung stattfindet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß wenigstens ein Teil der Dielektrikumsfolien Losungsraittelsrcote enthält.
Bei der Trennung des Mutterkondensators in Einzelkapazitäten findet an den Trennflächen, insbesondere beim Sägen mit einem
rotierenden Sägeblatt, eine kurzzeitige Erhitzung statt. Infolge dieser Erhitzung schrumpfen die Dielektrikumsfolien an
den SägeflUchen und der Metallbelag wird in den an die Schnittflächen
angrenzenden Zonen zerstört und bricht schollenartig auf. Eg entstehen dadurch in der Umgebung der Schnittflächen
Icolationsstrecken, welche Kurzschlüsse zwischen den gegenpoligen
Belegungen verhindern. Es hat sich gezeigt, daß durch
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die Anwesenheit von Lüsungsmittelresten die Bildung von Isolierrändern,
welche sich schon allein durch den an den Schnittkanten örtlich auftretenden Schrumpfprozeß ergeben, noch bedeutend
erhöht wird.
Die Spannungsfestigkeit kann durch die Erfindung so stark erhöht
werden, daß sie in der Größenordnung der Spannungsfestigkeit dec Dielektrikums liegt. Ss ergibt sich z.B. eine Spannungafeotigkeit
von 700 V für eine 5/U dicke Polycarbonatfolie,
wenn diese etwa 0,25$ Restlösungsmittel enthält. Bei gleichdicken
Folien,welche keine Lösungsmittelreste enthalten, be-
fe trägt die Spannungsfestigkeit in den den Schnittflächen benachbarten
Zonen etwa 150 V. Die Folien werden in dem an die Schnittflächen angrenzenden Bereich durch die Wärmeentwicklung
während des Sägevorgangs in Verbindung mit dem Restlösungsmittel zumindest an der Oberfläche geometrischen Veränderungen
unterworfen, wodurch der Belag zerstört wird. Diese Veränderung darf jedoch nicht so weit gehen, daß die Folie z.B. bei
einer zu hohen oder lang dauernden Wärmeeinwirkung verletzt wird, da sonst die Gefahr von nichtaushailbaren Kurzschlüssen
besteht. Dies liißt sich einmal durch geeigente Dosierung dos
Lösungsmittels bewerkstelligen, entweder durch Zugabe (Lagerung in der Atmosphäre des gasförmigen Lösungsmittels) oder
Entzug (Trocknung bei höherer Temperatur, evtl. bei niedrigem
W Druck) des entsprechenden Lösungsmittels, oder indem man beim
SHgevorgang auf eine definierte Y/ärraeeinvirkung achtet. Die
Zugabe des Lösungsmittels soll zumindest in den an die Schnittflächen
angrenzenden Zonen erfolgen.
Kommt ein Trennverfahren zur Anv/endung, bei dem keine Wärme
entsteht, dann kann durch eine gesonderte fmrmebehandlung der
Schnittflüchen die I3olierrandbildung hervorgerufen werden.
Eine weitere Verbesserung, insbesondere der Regeneriereigencchaften,
des Kondensators läßt sich dann erzielen, wenn als
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Dielektrikumsfolien abwechselnd Folien mit Lösungsmittelresten und Folien ohne Lösungsmittelreste übereinander angeordnet
sind. 3s liegen dabei immer zwischen zwei Folien mit Lösungsmittel
resten eine Folie ohne Lösungsmittelroste. Dies kann durch zweierlei Maßnahmen erreicht werden.
Man verwendet einmal ausschließlich Gießfolien und beseitigt
die Lösungsmittelrecte vor der Herstellung de& Mutterkondensators aus einem Teil dieser Folien. Vorteilhaft wird man diese
Folien mit regenerierfähig dünnen Belegungen versehen, wobei schon während der Metallbedampfung große Mengen des Lösungsmittels
ausgetrieben werden, und lagert dann die metallbedampften Folien in einem erhitzten Vakuumofen. Beispielsweise
werden 8 mm breite Polycarbonatfolien mit ca. 0,5^ Restlösungsmittel
8 Tage im Vakuumofen bei ΊΟ"'' Torr und 110° C gelagert,
lurch die coeben beschriebenen Maßnahmen wird vermieden, daß, wenn die Folien einen zu hohen Lösungsrnittelanteil enthalten,
das Regeneriorvermögen in den an die Schnittflächen angrenzenden Zonen herabgesetzt wird. Insbesondere dann, wenn es sich
2 um große Sügeflüchen handelt, die etwa größer als 2 cm sind,
wirkt sich die Maßnahme vorteilhaft aus.
Im zweiten Fall kann man für die Dielektrikumslagen abwechselnd Extruderfolien, welche infolge ihrer Herstellung keine Lösungsmittelreste
enthalten, und Gießfolien, in welchen Lösungsmittelreste vorhanden sind, aufeinanderschichten. Die Extruderfolien
sind dabei so auszuwählen, daß sie vom Lösungsmittel der Gießfolien
z.B. durch Anquellen oder sonstwie nicht angegriffeii wer-Con.
Dies gilt auch ganz allgemein für die beiden Folienarten. Die Folio ohne Lösungomittelroute darf von den Losungsmittolrentcn
der anderen Folie nicht angegriffen werden. Alu Gießfolien kommen dabei z.B. Polycarbonatfolien und als Hxtrudorfolion
Poly.;ithylenterephthalatfolion in Frage.
Ss treten dann auch bei gröf3eren Trennflachen keine nichtaua-
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heilfähigen Durchschläge auf und bei Spannungen von etwa 500 V
bei 5/u dicken Dielektrikumofolien auch keine Überschläge an
den Trennflächen zwischen Belegungen unterschiedlichen Potentiale.
Anhand der Figuren sollen" die Erfindung und Vorteile derselben
erläutert werden. Die Figur 1 zeigt die aufeinandergestapelten Dielektrikumclagen 1 eines Schichtkondensators, welche insbesondere regenerierfähig dünne Belegungen 7 tragen, wobei die
zu kontaktierenden Stirnseiten parallel zur Zeichenebene liegen. Die Schnittflächen 2 und 3 liegen senkrecht zur Zeichenebene.
Handelt es sich um Folien, welche Lösungsmittelreste enthalten, dann ergeben sich in den den Schnittflächen benachbarten
Zonen infolge von Wärmeeinwirkung auf diese Schnittflächen Isolationsriinder 4 und 5· Die Isolationsränder entstehen
dadurch, daß die Belegungen dieser Bereiche aufbrechen und sich schollenartig aufwerfen. Die gegenpoligen Belegungen
des Kondensators sind damit einwandfrei voneinander isoliert.
In der Figur 2 sind abwechselnd metallisierte Dielektrilcumsfolien
1, welche Lösungsmittelreste enthalten, und metallisierte Dielektrikumofolien 6, welche keine Lösungsmittäreste enthalten,
dargestellt. Die Schnittflächen 2 und 3 des fertigen Stapelkondensators liegen senkrecht zu der Zeichenebene und
die zu kontaktierenden Stirnflächen parallel zur Zeichenebene. Die Belegungen 7, welche auf Dielektrikumsfolien mit Lösungsmittelrecten
liegen, werden beim Tempern der Schnittl-L^-hoi»
schollenartig in den Randzonen an den Schnittflächen aufbrechen, wodurch ausreichende Isolierender 4 und 5 entstehen.
Die Belogungen, welche auf den Dielektrikumsfolien ohne Lösungen!
ttelrette sich befinden, bleiben im wesentlichen unveroehrt.
Derartige Kondensatoren zeigen neben hoher Spannung^-
festigkeit auch gute Regenerieroigenschaften.
8 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (9)
1. Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator, welcher durch
Aufteilen eines Mutterkondensators in einzelne Kapazitäten hergestellt ist, wobei der Mutterkondensator insbesondere auf
einer Troiainel mit großem Durchmesser aufgewickelt ist und in
radialer Kiehtung und Umfangßrichtung in einzelne Kapazitäten
aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Dielektrikumsfolien Lösungsmittelreste enthält.
2. Elektrischer Schürt- bzw. Stapelkondensator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd Dielektrikumsfolien mit
LösungsEiittelresten und Dielektrikumsfolien 'ohne Lösungsmittolrcote
übereinander angeordnet sind.
3. Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrikumsfolien aus Polycarfconat bestehen, wobei der Reetlösungsmittelanteil
etwa 0,25',S betrügt.
4. Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikumsfolien abwechselnd Extruderfolien und Gießfolien mit Lösungsmittelresten
übereinander angeordnet sind.
5. Elektrischer Schicht- bzw. Stapelkondensator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderfolien aus Polyethylenterephthalat
und die Gießfolien aus Polycarbonat bestehen.
6. Verfahren zun Herstellen eines Kondensators nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittflächen quer zu den DielektrikuEslagen einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
Neue Unterlagen (Art. 7 § ι; ι■, ι ·. -., - ■. :j
des Änderunowom. v. 4. 9. ISt 7
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung dos I.luttcrkondensators quer zu den Dielektrikumst'jndern
durch Sägen vorgenommen wird.
ü. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige Lö'sungsmittelrest
zumindest in die Randzonen an den Schnittflächen durch Lagerung des fertigen Teilkondensators in einer Lösungsmittelatnosphürc
eingebracht wird.
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