DE2018755C2 - Hochspannungs-Stapelkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Stapelkoiidensator gemäß des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein derartiger Hochspannungs-Stapeikondensator ist aus der ¹US-PS 33 25 708 bekannt. Dort bestehen die Beläge auf den gegenüberliegenden Stirnflächen jedes scheibenförmigen Keramikkörpers aus Silberschichten, die diese Stirnflächen bedecken und in der Nähe des äußeren Umfangs des Keramikkörpers enden. In der Nähe der Umfangskante dieser Silberschicht treten hohe elektrische Feldstärkedichten auf. Um die Auslösung von dielektrischen Durchbrüchen in diesem Bereich hoher Feldkonzentrationen zu verhindern, ist dort ein Mantel aus isolierendem Kunststoff vorgesehen, der diese Kante und den Umfang des Keramikkörpers vollständig bedeckt.

Dieser Mantel ist schwierig aufzubringen, ist kostspielig und kann nicht bei hohem D' uck verwendet werden, wenn schnelle Druckabfälle auftreten. Solche Druckabfälle erzeugen eine plötzliche Ausdehnung des unter hohem Druck stehenden Gases, das in dem Mantel absorbiert sein kann, und eine solche Expansion kann Risse oder Löcher in dem Mantel erzeugen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hochspannungs-Stapelkondensator der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß ein einfach aufgebauter Stapelkondensator mit hoher Spannungsfestigkeit erhalten wiid, der auch auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Hochspannungs-Stapelkondensators ist im Patentanspruch 6 gekennzeichnet

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die glatten Oberflächen und gleichmäßigen Materialverteilungen in den leitenden Schichten für gleichmäßige Feldverteilungen ohne Verdichtungen von elektrischen Feldlinien sorgen. Dadurch werden lokaliserte Spannungsdurchbrüche vermieden, die sich überlicherweise schnell ausdehnen. Die erfindungsgemäß aufgebauten Stapelkondensatoren sind mit 140 kV belastbar. Das Herstellungsverfahren gemäß dei Erfindung ist besonders einfach und zeit- und kostensparend.

Anhand der Beschreibung und Zeichnung werden Ausführungsbeijpiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Grundteile eines Stapelkondensators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor seinem Zusammenbau;

F i g. 2 die zusammengebauten Teile nach F i g. 1;

F i g. 3 den Stapelkondensator nach F i g. 2 mit seinen Endbefestigungen;

Fig.4 einige Feldlinien in dem Stapelkondensator nach F i g. 3;

Fig.5, 6, 7, 8 den Feldlinienverlauf an bestimmten Stellen an nicht erfindungsgemäß aufgebauten Stapelkondensatoren.

Fig. 1 zeigt mehrere Keramikkörper 10, die jeweils eine zylindrische äußere Umfangsfläche 12 und zwei ebene Stirnflächen 14 an entgegengesetzten Enden des Körpers 10 aufweisen. Jede Stirnfläche 14 ist mit einer dünnen Schicht 16 aus einem elektrisch leitfähigen Material verbunden, die jeweils einen Belag des Kondensators bildet. Diese leitende Schicht 16 besteht aus einer integral auf die Stirnfläche 14 aufgebrachten Silberdispersion. Jeder Keramikkörper 10 ist aus einem Keramikmaterial mit hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit und einer hohen Dielektrizitätskonstante hergestellt, beispielsweise aus Bariumtitanat. Eine typische relative Dielektrizitätskonstante liegt im Bereich von mehreren hundert bis mehreren tausend.

An jedem Stapelende ist ein Isolierkörper 18, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyester oder einem geeigneten Keramikmaterial, mit einer ebenen Oberfläche 20 angeordnet. Die in der F i g. 1 gezeigten Teile werden ausgerichtet und fest miteinander verbunden, um den in F i g. 2 gezeigten Kondensators:ape! 22 zu bilden. Zur Verbindung der Keramikkörper 10 wird zwischen den aneinandergrenzenden leitenden Schichten 16 ein geeignetes Bindemittel vorgesehen, das die Verbindungsschicht bildet. Ein solches Bindemittel ist beispielsweise ein Expoxydkleber, der mit hochdispergiertem Silber oder anderen !eitfähigcn Teilchen gefüllt ist. Ein weiteres geeignetes Bindemittel ist ein geeignetes silberhaltiges Lötmittel, das zwischen die aneinandergrenzenden Schichten 16 aufgebracht wird. Ein geeigneter Epoxydkleber verbindet zuverlässig die Isolierkörper 18 mit den leitenden Schichten 16. Die leitenden Schichten 16 und die Verbindungsschichten bilden leitfähige Überzüge.

Nachdem das Bindemittel ausgehärtet oder sonst irgendwie verfestigt ist, um den Stapel der F i g. 2 zu einer in sich stabilen starren Struktur umzubilden, wird der Umfang des verklebten Stapels maschinell bearbeitet vorzugsweise durch ein Schleifverfahren. Vom Umfang jedes Stapels wird durch das Schle/iverfahren genügend Material entfernt um eine glatte zylindrische Oberfläche in einer Lage, wie sie durch die gestrichelten Linien 25 angedeutet ist zu erzeugen. Das Schleifverfahren erzeugt eine praktisch vollkommene Ausrichtung zwischen den zylindrischen Umfangsflächen alter Keramikelemente, jegliche Erhebungen an der Oberfläche, wie sie in F i g. 2 bei 26 gezeigt sind, die sich aus unterschiedlichen Durchmessern e'er Körper oder daraus, daß Körper unrund sind oder eine geringe Fehlausrichtung der Körper vorliegt, werden durch das Schleifverfahren beseitigt Die Teile der leitenden Schicht 16, welche in radialer Richtung außerhalb der gestrichelten Linien 25 liegen, werden ebenfalls durch das Schleifverfahren entfernt. Von großer Wichtigkeit ist, daß die Umfangskante jeder leitenden Schicht 16 genau bändig mit der endgültigen Umfangsfläche 12 des benachbarten Keramikkörpers 10 abschließt und praktisch vollkommen mit dieser Umfangsfläche 12 ausgerichtet ist Nach dem Schleifen weicht praktisch kein Teil im Bereich einer leitenden Schicht 16 mehr als etwa 0,025 mm von der genauen Ausrichtung der Umfangsfläche 12 des Stapels ab.

Ein wichtiger Faktor, der zu der oben beschriebenen präzisen Ausrichtung an der ganzen Umfangskante der Schicht 16 beiträgt, ist das Fehlen irgendwelcher Scharten in der Umfangskante der Schicht 16. Das Metall der leitenden Schicht 16 ist relativ spröde, und das Schleifen hat eine Neigung, winzige Scharten oder Riefen am Umfang dieser Schicht zu erzeugen. Es ist jedoch möglich, diese Scharten zu vermeiden, da jeder metallene Überzug zwischen zwei relativ festen Teilen eingebettet ist, die an der ganzen durch das Schleifen erfaßten Fläche in innigem Kontakt mit dem Überzug stehen. Hierbei auch ist zu beachten, daß jede Schicht 16 am Ende des Stapels 22 zwischen einem ringförmigen Isolierkörper 18 und einem fest damit verbundenen, benachbarten Keramikkörper eingebettet ist. In gleicher Weise sind alle anderen Schichten 16 im Abstand vom Ende des Stapels 22 jeweils zwischen unmittelbar benachbarten Keramikkörpern 10 während des Schleifvorganges eingebettet. Die Vermeidung von Scharten oder Riefen im Umfang der leitenden Schichten 16 ist wichtig, da sie eine Ursache für einen dielektrischen Durchschlag längs des Stapels sein können.

Während des Schleifvorganges wirkt der im vorigen Abschnitt beschriebene »Sandwich-Effekt« nicht nur dahingehend, daß er die Entstehung von winzigen Scharten oder Graten an der Umfangskante der Schicht 16 verhindert, sondern er verhindert auch, daß sich in dem Keramikmaterial unmittelbar benachbart zu der Umfangskante der Schicht 16 winzige Scharten ausbilden. Ohne einen derartigen Sandwich-Effekt werden solche Scharten in dem Keramikmaterial häufig durch den Schleifvorgang erzeugt. Die abgenommenen Keramikteilchen können durch den Schleifvorgang vollständig entfernt werden oder sie können infolge eines Risses in der Keramik oder infolge der Haltewirkung der benachbarten Schicht, welche noch intakt sein kann, in ihrer Lage verbleiben. In jedem Falle führt jedoch die Anwesenheit der Keramikteilchen zu einer hohen Dichte der elektrischen Feldstärke, welche eine Ursache für den elektrischen Durchschlag längs des Stapels sein ksnn.

Der oben erwähnte Schleifvorgang kann in einer geeigneten Schleifmaschine üblicher Bauart durchgeführt

werden. In einer solchen Schleifmaschine wird das Arbeitsstück gedreht und gleichzeitig longitudinal bewegt, während eine mit hoher Geschwindigkeit umlaufende Schleifscheibe gegen seine Oberfläche gepreßt wird.

Nachdem der Stapel nach F i g. 2, wie oben beschrieben, geschliffen wurde, um eine glatte Umfangsfläche über seiner ganzen Länge zu erhalten, wird die Umfangsfläche mit einer dünnen Überzugsschicht 30 aus dielektrischem Material überzogen. Diese dielektrische Überzugsschicht 30 hat typischerweise eine Dicke von etwa 0,05 mm. Diese Dicke ist in der F i g. 3 stark übertrieben dargestellt. Ein geeignetes Material für den Überzug ist ein Epoxydharz oder ein Polyesterharz, ein Silikon- oder ein Polyesterlack. Der Zweck der dünnen dielektrischen Überzugsschicht 30 ist es, durch Feldemission und Mikroentladung ausgelöste Durchschlage von den Kanten der leitenden Schicht 16 aus zu unterdrücken. Die dielektrische Überzugsschicht 30 muß einen hohen spezifischen Widerstand besitzen, bspw. etwa 10⁸ Ohm · cm. Der spezifische Widerstand sollte jedoch einen endlichen Wert besitzen, um Durchschläge, die durch eingefangene Ladung ausgelöst werden, zu vermeiden.

Die dielektrische Überzugsschicht 30 sollte vorzugsweise die gesamte Umfangsfläche des Stapels bedecken. Es ist jedoch auch möglich, daß die dielektrische Überzugsschicht nur die äußere Umfangskante der leitenden Schichten 16 und die unmittelbar benachbarte Umfangsfläche des Keramikmaterials bedeckt. Eine Bedekkung der Isolierkörper 18 ist nicht wesentlich, aber vorteilhaft, da dies die Bedeckung der äußeren Umfangskante der endseitigen leitenden Schichten 16 erleichtert. Die relative Dielektrizitätskonstante des Materials der Überzugsschicht ist typischerweise etwa 3 bis 5.

Bei der Aufbringung der Schicht 16, die aus Silber bestehen kann, auf die einzelnen Keramikkörper 10 während der Herstellung muß keine große Sorgfalt darauf verwendet werden, daß die leitenden Schichten genau am Umfang des Körpers enden. Wenn durch Zufall die Schicht 16 in Form einer unregelmäßigen Kante kurz vor dem Umfang endet oder über den Umfang hinausragt, wie es bei 27 in F i g. 1 angedeutet ist, dann kann der Körper 10 immer noch ohne weitere Bearbeitung vor der Einfügung in den Stapel 22 verwendet werden. Dies wird durch das oben beschriebene Schleifverfahren ermöglicht. Man erhält eine glatte Umfangskante, die fast vollkommen mit der fertigbearbeiteten Umfangsfläche des benachbarten Keramikmaterials übereinstimmt.

Es wurden Anstrengungen unternommen, um die Umfangsflächen der einzelnen Keramikkörper ohne anschließende maschinelle Bearbeitung des Stapeis, wie oben beschrieben, auszurichten. Hierzu wurden die Keramikkörper einfach in richtiger Lage zueinander verklebt. Wegen unrunder Körper, Unterschieden im Durchmesser und wegen der durch Wärmeausdehnung erzeugten Probleme war jedoch üblicherweise die Ausrichtung in dem sich ergebenden verklebten Stapel recht schlecht Aneinandergrenzende Keramikkörper in typischen auf diese Weise hergestellten Stapeln enthalten Abweichungen von etwa 0,6 mm und an verschiedenen Umfangspunkten sogar mehr. Weiterhin waren die Ränder der leitenden Schichten auf den Keramikkörpern nicht genau ausgerichtet, sogar wenn die Umfange der Keramikkörper genau ausgerichtet werden konnten. Die Unregelmäßigkeiten und Kerben, welche typischerweise in den Umfangskanten solcher leitender Schichten vorhanden waren, haben eine genaue Ausrichtung an allen Umfangspunkten verhindert. Solche Fehlausrichtungen werden durch das Schleifen des Stapels beseitigt.

Der Kondensatorstapel nach F i g. 2 stellt eine höchst

■> kompakte Struktur dar, da zwischen den Keramikkörpern keine dicken Abstandsstücke vorhanden sind. Einer der Gründe für die Einfügung solcher Abstandsstükke bei aus der US-PS 33 25 708 bekannten Stapelkondensatoren war es, einen Raum zur Aufnahme eines

ίο dicken Mantels aus isolierendem Kunststoff zu erhalten, der benutzt wurde, um den äußeren Umfangsieil der leitenden Schichten der Beläge auf dem Keramikblock zu bedecken. Dieser Mantel ist jedoch bei einem Stapelkondensator gemäß den beschriebenen Ausführungs-

beispielen der Erfindung überflüssig, da die Konzentraih Fldlii di d Ufk

beispielen der Erfindug g,

tion der elektrischen Feldlinien, die an der

hd

Umfangskantion der elektrischen Feld, g

te der leitenden Schichten vorhanden gewesen ist, stark verringert ist, teilweise infolge der praktisch perfekten Ausrichtung zwischen der Umfangskante und dem benachbarten Keramikkörper. Durch die Beseitigung des dicken Mantels können die leitenden Schichten 16 von aneinandergrenzenden Kondensatorelementen unmittelbar miteinander verklebt werden. Daß diese Verbindungsschicht zwischen den leitenden Schichten 16 dünn ist. bildet einen weiteren Faktor zur Verringerung der Feldünienkonzentration an dem äußeren Rand, wie nachstehend im einzelnen erläutert wird.

Die Tatsache, daß alle Keramikkörper miteinander verklebt sind, ist auch deswegen vorteilhaft, weil sie den Stapelkondensator zu einem einheitlichen Werkstück macht, der leicht gehandhabt werden kann und bei dem eine geringere Gefahr für eine Beschädigung besteht.

Um den Kondensatorstapet in eine elektrische Hochspannungsschaltung anzuschließen, sind zwei metallische Anschlußelektroden 14 und 36 entsprechend F i g. 3 vorgesehen, welche in eine Hochspannungsschaltung 37,38 eingefügt sind. Die Elektrode 36 ist ein stationäres Teil, das im Eingriff mit dem Boden des Stapels steht Die andere Elektrode 34 kann sich im beschränkten Umfange bewegen und wird durch eine Feder 40 nach unten in Kontakt mit dem Oberteil des Stapels gedrückt. Die obere Elektrode wird durch ein Führungsrohr 41 geführt das an einem stationären Metallteil 42 befestigt ist. Der Strom wird zur oberen Elektrode 34 über einen Stromweg geleitet, der durch das Teil 42 und die Feder 40 führt.

Eine typische Anwendung für den Stapelkondensator ist ein Luftbias-Leistungsschaiter, wie er in Fig.3 der eingangs genannten US-PS 33 25 708 gezeigt ist Dort sind zwei Kondensatoren, die einem Kondensator nach F i g. 3 vergleichbar sind, in einem mit DruCrCrJit gSiU··- ten Tank angeordnet und werden für Energieverteilungszwecke verwendet

Für solche Anwendungen ist es besonders vorteilhaft den dicken Kunststoffmantel zu beseitigen, der zuvor für die Ummantelung von Kondensatorelementen verwendet wurde. Das Hochdruckgas in dem Tankraum außerhalb des Mantels neigt dazu, in den Kunststoff einzudringen, und ein plötzlicher Druckabfall in dem Tankraum wird eine plötzliche Expansion dieser eingedrungenen Luft erzeugen, welche nachteilige Löcher oder Risse in dem Mantelmaterial erzeugen kann. Die dünne Überzugsschicht 30, die um den erfindungsgema-Ben Stapelkondensator angebracht ist ist so dünn, beispielsweise etwa 0,05 mm, daß sie bei der obenerwähnten Expansion kein beträchtliches Hindernis für das Austreten der Luft darstellt Daher neigt die Überzugs-

schicht 30 nicht zu einer Beschädigung bei einer solchen Gasexpansion.

Es sei angenommen, daß zwischen den Anschlußclektroden 34 und 36 gemäß F i g. 3 eine Hochspannung anliegt. Das in dem Stapelkondensator vorhandene elektrische Feld ist dann außerordentlich gleichmäßig und frei von Feldlinienkonzentrationen. Der Bereich, in dem es am schwierigsten war, diese Konzentrationen zu vermeiden, ist der Bereich unmittelbar neben der Außenkante der leitenden Schicht 16 auf jedem Keramikkörper 10. Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es jedoch möglich, auch in diesem Bereich die Feldlinienkonzentrationen stark zu verringern. Hierfür ist es wichtig, daß die leitenden Schichten genau bündig mit dem Stapelumfang abschließen. Diese Bündigkeit wird an dem gesamten Stapelumfang erhalten, und es gibt keir Späne oder Scharten im Umfang der Schichten oder aes unmittelbar benachbarten Keramikmaterials, die diese Bündigkeit stören könnten. Eine Fehlausrichtung der unmittelbar aneinandergrenzenden Umfangsflächen kann durch das Schleifen des verklebten Stapels, wie oben beschrieben, auf weniger als etwa 0,025 mm begrenzt werden.

Ein weiterer Faktor, der zu den verringerten Feldlinienkonzentrationen an der Kante der Schicht 16 beiträgt, ist die extrem dünne metallische Verbindungsschicht zwischen zwei benachbarten Keramikkörpern; beispielsweise ist in einer bevorzugten Ausführungsform diese Dicke nur etwa einige 0,025 mm. Dadurch werden alle aus der metallischen Verbindungsschicht in diesem kritischen Bereich austretenden elektrischen Feldlinien dazu gezwungen, in das Keramikmaterial senkrecht zur ebenen Fläche der leitenden Schicht einzutreten. Dies ist in F i g. 4 angedeutet, wo sich die elektrischen Feldlinien 50 beim Eintritt in das Keramikmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante nicht nach außen wölben. Dies wäre der Fall, wenn die Schicht 16 vor der Umfangskante, wie in F i g. 5 gezeigt, enden würde. Eine solche Wölbung der Feldlinien nach außen bedeutet jedoch eine Konzentration der elektrischen Feldstärke in diesem bestimmten Bereich. Auch treten keine wesentlichen elektrischen Feldlinien aus den Bereichen des Metalls aus, die sich in einem Abstand von der Grenzschicht Metall — Keramik befinden, und sie drängen sich auch nicht an der Kante des metallischen Überzuges bei dem Eintritt in die Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante zusammen. Dies ist eine weitere Bedingung, die auf eine hohe Feldlinienkonzentration hindeutet Diese letztere Bedingung wird ausgeprägter, wenn die metallische Verbindungsschicht dicker wird, wie es in F i g. 5 angedeutet ist Bei der. beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Verbindungsschicht gemäß der Erfindung sehr dünn, d. h. unterhalb etwa 0,37 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Dicke kleiner als etwa 0,13 mm.

Ein weiterer Gesichtspunkt, der zur Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes in der Keramik und zum Fehlen von Feldlinienkonzentrationen beiträgt ist die besondere Art, in der der Stapel an seinen beiden Enden aufgebaut ist Es ist zu beachten, daß die ringförmigen Isolierkörper 18 aus isolierendem Material und nicht aus Metall sind. Wenn diese Ringe 18 aus Metall wären, dann wurden elektrische Feldlinien aus Bereichen des Metallrings austreten, die in einem Abstand von der Grenzfläche Metall — Keramik liegen und ein Zusammendrängen dieser Linien an der Kante des Oberzuges erzeugen, ähnlich wie es in Fi g. 6 dargestellt ist

Eine unerwünschte Zusammendrängung von Feldlinien ähnlich zu der in F i g. 5 dargestellten Zusammendrängung tritt ebenfalls auf, wenn die Keramikkörper nicht richtig ausgerichtet sind. Dies geschieht sogar dann, wenn die leitende Schicht 16 auf jedem Keramikkörper genau an der Umfangskante endet. Diese Verhältnisse sind in F i g. 7 abgebildet. Dort drängen sich die aus dem überstehenden Teil der oberen Schicht 16 austretenden Feldlinien an der Kante der unteren Schicht 16 bei ihrem Eintritt in den unteren Keramikkörper. Zu

to beachten ist ebenfalls, daß diese Feldlinien 51 durch das umgebende Medium hindurchgehen, welches eine relativ niedrige Dielektrizitätskonstante besitzt, bevor sie in die Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante eintreten. Auf diese Weise tritt eine Konzentration der elekfrischer? Spannungen in dem Medium mit niedriger Dielektrizitätskonstante bei 51 ein.

Wenn die Umfangsflächen der Keramikkörper 10 genau ausgerichtet sind, die Umfangskanten der leitenden Schichten jedoch nicht, wie es in F i g. 8 dargestellt ist, dann treten unerwünscht hohe elektrische Beanspruchungen in dem Spalt 53 zwischen der oberen Schicht 16 und dem unteren Keramikkörper auf. Aus Fig.8 ist ersichtlich, daß die von dem überhängenden Teil der oberen Schicht 16 austretenden elektrischen Feldlinien 54 zuerst durch den Spalt 53 mit einem Material niedriger Dielektrizitätskonstante gehen, bevor sie in die Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante eintreten. Auf diese Weise würde eine unzulässige Konzentration der elektrischen Spannungen in dem Material niedriger Dielektrizitätskonstante eintreten. In der Anordnung nach F i g. 8 würde auch eine Auswölbung der Feldlinien, die neben dem Spalt 53 aus der unteren Schicht 16 austreten, nach außen auftreten und dadurch die erwünschte Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes weiier verringert werden. Die in F i g. 8 gezeigten Verhältnisse können auch eintreten, wenn in einer der Schichten 16 eine Scharte vorhanden wäre, und in der Tat könnte F i g. 8 auch einen Schnitt durch einen Stapel an dem Ort einer solchen Scharte darstellen.

Die Elektroden 34 und 36 und alle der äußersten leitenden Schicht 16 unmittelbar benachbarten Metallteile sind ein wesentliches Stück radial innen von der äußeren Umfangskante der Schicht 16 angeordnet. Wenn man einen üblichen kappenähnlichen Anschluß hätte, bei der das Stapelende von einer Lippe umgeben ist, dann würden die daraus austretenden Feldlinien in die Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante an Punkten eintreten, die sich in einem Abstand von der am Ende befindlichen Schicht 16 befinden, und es würde dadurch ein

so stark belasteter Spalt außerhalb des Stapels und benachbart zu seinem Urnfan^ erzeugt werden welcher eine Quelle für dielektrische Durchschlagsprobleme darstellen würde.
Zu Vergleichszwecken wurden kommerziell erhältliehe Kondensatoren verwendet, die durch das Zusammenkleben von zwei Keramikblöcken hergestellt sind, welche den Keramikkörpern 10 gleichen und welche in einen dicken Mantel aus Isolatormaterial eingeschlossen sind. Diese Keramikblöcke haben an ihren entgegengesetzten Flächen Silberüberzüge und sind in einer im allgemeinen zueinander ausgerichteten Beziehung angeordnet Es wurden elektrische Prüfungen an solchen Kondensatoren vorgenommen, um sie mit aus zwei Keramikkörpern bestehenden Kondensatoren mit den Merkmalen der Erfindung zu vergleichen. Es zeigt sich, daß solche bekannten Kondensatoren bis zu einer maximalen Spannung von nur 90 kV zuverlässig arbeiten. Die Kondensatoren mit den Merkmalen der Erfin-

dung dagegen hielten zuverlässig einer Spannung von 140 kV stand. Diese drastische Erhöhung der zulässigen Spannung um mehr als 50% ist unerwartet, insbesondere da sie ohne den bei dem bekannten Kondensator verwendeten dicken Isolationsmantel erreicht wird.

Anstelle einer zylindrischen Umfangsfläche des Stapelkondensators könnte auch eine kegelförmige Außenfläche verwendet werden. Ferner könnten statt einer Schleifmaschine andere Werkzeugmaschinen, vorzugsweise spanabhebende Maschinen eingesetzt werden, um die glatte Umfangsfläche des Stapelkondcnsators herzustellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Hochspannungs-Stapelkondensator mit einem Stapel von aufeinander geschichteten, elektrisch in Reihe geschalteten Keramikkondensatoren, die jeweils einen scheibenförmigen Keramikkörper mit einer äußeren Umfangsfläche und mit zwei gegenüberliegenden, im wesentlichen ebenen, sich senkrecht zur Umfangsfläche erstreckenden Stirnflächen und je eine auf jeder der beiden Stirnflachen des Keramikkörpers aufgebrachte leitende, einen Belag bildende Schicht aufweisen, bei dem von im Stapel benachbarten Keramikkondensatoren jeweils eine leitende Schicht des einen Keramikkörpers einer leitenden Schicht des anderen Keramikkörpers gegenüberliegen und diese miteinander in leitender Verbindung stehen, bei dem Mittel zum Zusammenhalten der gestapelten Keramikkondensatoren vorgesehen sind und bei dem die Keramikkondensatoren mit einer Hüllschicht aus Isolationsmaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils zwei benachbarte Keramikkondensatoren mittels einer zwischen ihren einander gegenüberliegenden, leitenden Schichten (16) vorgesehenen Verbindungsschicht, die aus elektrisch leitendem Material besteht und deren Dicke kleiner als 037 mm ist, elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden sind und
daß der Stapel (22) eine durch eine am festen Stapel vorgenommene Feinabtragung erhaltene, glatte Umfangsfläche (12) aufweist, über deren gesamte Fläche die maximale Abweichung zwischen den Umfangskanten aller von den leitenden Schichten (16) und den Verbindungsschichten gebildeten leitfähigert Überzüge der Keramikkondensatoren sowie der benachbarten Umfangskanten der Keramikkörper (10) dieser Kondensatoren kleiner als 0,13 mm ist.

2. Stapelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abweichung zwischen den Umfangskanten aller leitfähiger Überzuge der Keramikkondensatoren und der benachbarten Umfangskanten der Keramikkörper (10) kleiner als etwa 0,025 mm ist.

3. Stapelkondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Verbindungsschicht kleiner als etwa 0,13 mm ist.

4. Stapelkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den entgegengesetzten Enden des Stapels (22) jeweils ein Isolierkörper (18) angeordnet ist, der mit seiner Stirnfläche mit der benachbarten leitenden Schicht (16) fest verbunden ist und an seiner Umfangskante bündig mit der Umfangsfläche des Kondensatorstapels (22) abschließt.

5. Stapelkondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (18) ringförmig sind und in ihrer Ringmitte Anschlußelektrodon (34, 36) angeordnet sind, die mit einer endseitigen leitenden Schicht (16) in Kontakt stehen.

6. Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Stapelkondensators gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem mehrere scheibenförmige Keramikkörper an ihren im wesentlichen ebenon Stirnflächen mit fest angebrachten leitenden Schichten der Beläge versehen und die leitenden Schichten von zu einem Stapel geschichteten, aneinander angrenzenden Keramikkörpern fest miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Umfangsfläche des festen Kondensatorstapels maschinell feinbearbeitet wird, wobei so viel s Material abgetragen wird, daß nach der Feinabtragung die Umfangsflächen der Keramikkörper und der leitfähigen Überzüge untereinander genau ausgerichtet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den endseitigen leitenden Schichten des Stiipels je ein ringförmiger Isolierkörper mit der Umfangsfläche der gestapelten Keramikkondensatoren ausgerichtet und befestigt wird und daß dann die Umfangsflächen der Isolierkörper, leitfähigen Überzüge und Keramikkörper feinbsarbeitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinabtragung durch spanabhebende Bearbeitung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinabtragung durch Schleifen auf einer das Werkstück drehenden Werkzeugmaschine durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinabtragung so durchgeführt wird, daß die maximale Abweichung zwischen den Umfangsflächen aller leitfähigen Übereüge und den jeweils angrenzenden Keramikkörpern kleiner als etwa 0,13 mm ist.

II. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung kleiner als etwa 0,025 mm gemacht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Umfangs-

fläche des Stapels mit einem dünnen Überzug aus einem Isolationsmaterial überzogen wird.