DE2031741A1

DE2031741A1 - Imprägnierter selbstheilender Wechselspannungskondensator

Info

Publication number: DE2031741A1
Application number: DE19702031741
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys.Dr. 8000 München Völkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1970-06-26
Publication date: 1971-12-30
Also published as: US3675094A; GB1325530A; FR2099953A5; NL7108736A

Description

Imprägnierter selbstheilender Y/echselspannungskondensator

Die Erfindung bezieht sich auf einen imprägnierten selbstheilenden Wechselspannungskondensator, bei dem eine Elektrode aus zwei kurzgeschlossenen Metallisierungen, zwischen denen sich eine Isolierstoffeinlage mit rauher Oberfläche und/oder poröser Beschaffenheit im feldfreien Eaum befindet, besteht, wobei die Metallisierungen unmittelbar auf beide Oberflächen der Isolierstoffeinlage aufgebracht sind.

Aus der deutschen Patentschrift 832 640 ist ein selbstheilender V/icke !kondensator bekannt, bei dem jede Elektrode aus zwei kurzgeschlossenen Metallisierungen, welche sich auf einer Papierfolie befinden, bestehen. Das Dielektrikum dieses Kondensators besteht beispielsweise aus Polystyrol. Dieser Kondensator ist nicht imprägniert.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 15 64 792.4 (S 107 565 VIIle/21g) ist ein imprägnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolie als Dielektrikum beschrieben. Die Elektroden bei diesem Kondensator bestehen ebenfalls aus beidseitig metallisierten Isolierstoffeinlagen. Die beiden Metallisierungen sind kurzgeschlossen und die Isolierstoffeinlage befindet sich im feldfreien Raum. Dieser Kondensator kann bei hohen Spannungen betrieben werden. Bei einem Durchschlag fließen daher hohe Energien zur Durchschlagsstelle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, beim eingangs beschriebenen Kondensator zur Begrenzung der bei einem Durch-

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schlag zur Durchschlagsstelle fließenden Energie in einer der Metallisierungen, welche zu einer Elektrode gehört, eine nicht zusammenhängende, sternförmige Mikrorißstruktur zu ermöglichen.

Die Erfindung besteht darin, daß zusammen mit der beidseitig metallisierten Isolierstoffeinlage zwei Lackschichten und eine dazwischen angeordnete Metallisierung zu einem Kondensator verarbeitet sind, wobei die Metallisierung zwischen den beiden Lackschichten zu den beiden Metallisierungen auf der Isolierstoffeinlage die Gegenelektrode bildet.

In der Metallisierung, welche sich zwischen den beiden als Dielektrikum wirkenden Lackschichten befindet, kann eine Mikrorißstruktur erzeugt werden. Es wird hierbei die unter der Metallisierung befindliche Lackschicht vom Lösungsmittel der auf die Metallisierung aufgebrachten zweiten Lackschicht angequollen bzw. angelöst. Durch das Anquellen wird die Metallisierung sternförmig aufgerissen. Das sternförmige Muster in der Metallisierung begrenzt bei einem Durchschlag die zur Durchschlagsstelle fließende Energie, wodurch eine Zerstörung der Uachbarlagen des Kondensators während des Ausheilvorgangs vermieden v/ird. .

Aus dem Buch von L. Hollands "Vacuum Deposition of Thin Films", London (1961), Seite 367. bis 369, ist es bekannt, daß beim Überlackieren einer auf Lack aufgebrachten Metallschicht zu dekorativen Zwecken in der Kunststoff- und Autoindustrie in unvorteilhafter Weise die Metallschicht aufgerissen werden kann,

Der erfindungsgemäße Kondensatoraufbau kann dadurch hergestellt werden, daß die beiden Lackschichten, zwischen welchen sich die Metallisierung befindet, als Dünnfolie ausgebildet sind und beim Verwickeln oder Stapeln an die beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage angelegt werden»

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Eine weitere Möglichkeit der Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensators besteht darin, daß die Lacksehichten und die Metallisierung auf eine der metallisierten Oberflächen der Isolierstoffeinlage nacheinander aufgebracht sind und eine einzige zusammenhängende Lagenanordnung bilden. Zur Herstellung eines Kondensators, ζ. B. durch Verwickeln, genügt eine einzige Lagenanordnung, womit die AutomatisierbarkGit des Wickelvorganges entscheidend verbessert wird.

Figur 1 zeigt schematiseh einen Kondensator, welcher ein Wickel- oder Stapelkondensator sein kann, bei dem die beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage mit einer aus zwei Lacksehichten und einer dazwischen eingebetteten Metallisierung bestehenden Dünnfolie verarbeitet ist. "

Figur 2 zeigt schematiseh einen Kondensator, welcher ein Wikkel- oder Stapelkondensator sein kann, bei dem die beiden Lacksehichten und die dazwischen angeordnete Metallisierung unmittelbar auf die beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage aufgebracht sind.

Figur 3 zeigt schematiseh einen erfindungsgemäßen Kondensator, welcher ein 'Wickel- oder Stapelkondensator sein kann und v/elcher eine innere Reihenschaltung aufweist.

Figur 1 zeigt die Isolierstoffeinlage 1 mit der rauhen Ober- Λ fläche und/oder poröser Beschaffenheit, welche in vorteilhafter Weise aus Papier besteht. Die Isolierstoffeinlage trägt zu beiden Seiten die Metallisierungen 2 und 3. Die Metallisierungen 2 und 3 werden von dez* stirnseitig aufgebrachten Kontaktschicht 7 erfaßt und lcurzgeschlossen. An der gegenüberliegenden Stirnseite sind zur besseren Isolierung für jede der Metallisierungen 2 und 3 metallfreie Randstreifen .11, 12 vorgesehen. Die beiden Metallisierungen 2 und 3 bilden im Kondensator eine Elektrode. Die Gegenelektrode wird von

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der Metallisierung 4, welche sich zwischen den "beiden Lack-.schichten 5 und 6 befindet, gebildet. Die beeiden Lackschichten 5 und 6 und die dazwischenliegende Metallisierung 4 wird' in vorteilhafter Weise als Dünnfolie ausgebildet, welche durch Auflackieren bzw. Aufdampfen auf eine Hilfsträgerfolie, von der sie wieder abgezogen wird, hergestellt ist. Die Metallisierung 4 wird an der gegenüberliegenden Stirnseite von der Stirnkontaktschicht 8 erfaßt. Auf der anderen Stirnseite, auf welcher die Stirnkontaktschicht 7 aufgebracht ist, ist sie durch einen metallfreien Randstreifen 13 von.der Stirnkontaktschicht 7 isoliert. Die aus den beiden Lacksehichten 5 und 6 und der dazwischen angeordneten Metallisierung 4 bestehende Dünnfolie ist versetzt zu der beidseitig metallisierten Isolier stoff olie 1 verwickelt, so daß eine verbesserte Kontaktgabe mit den Stirnkontaktschichten 7 und 8 und eine verbesserte Isolation der Metallisierungen gegeben ist.

In der Figur 2 wird ebenfalls eine beidseitig metallisierte Isolierstoffeinlage 1 mit rauher Oberfläche, welche ebenfalls aus Papier bestehen kann, gezeigt. Die auf ihr unmittelbar aufgebrachten Metallisierungen 2 und 3, welche von der Stirnkontaktschicht 8 kurzgeschlossen werden, bilden im Kondensator eine Elektrode. Durch metallfreie Randstreifen 11, 12 sind diese Metallisierungen gegen die Stirnkontaktschicht 7 auf der gegenüberliegenden Stirnseite isoliert. Die Gegenelektrode wird von der Metallisierung 4, welche zwischen die beiden Lackschichten 5 und 6 eingebettet ist, gebildet. Die Metallisierung 4 wird von der Stirnkontaktschicht 7 erfaßt. Gegenüber der Stirnkontaktschicht 8 ist die Metallisierung durch einen metallfreien isolierenden Randstreifen isoliert. Bei der Herstellung der in der Figur gezeigten Anordnung wird auf eine der metallisierten Seiten der Isolierstoffeinlage 1 die Lackschicht 6 unmittelbar auflackiert, darauf die Metallisierung 4 aufgedampft und darüber die zweite Lackschicht auflackiert. Bei der Herstellung eines Wickelkondensators.

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benötigt man nur einen in der Figur 2 gezeigten Schichtenaufbau, so daß sich eine die Automatisierbarkeit wesentlich erleichternde ~~inf öl ie ergibt.

Die'Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator, bei dem auf die Isolierstoffeinlage 1 beidseitig die Metallisierungen 2 und 3 aufgebracht sind. Die Metallisierungen 2 und erstrecken sich bis zu den beiden Stirnflächen des Kondensatorkörpers, an welchen sie von gegenpoligen Stirnkontaktsehiohten 7 und 8 erfaßt sind.

Die Metallisierungen 2 und 3 weisen in der Mitte parallel zu den Stirnflächen verlaufende durchgehende metallfreie Strei- | fen 14, 15 auf. Die beiden Hälften einer jeden Metallisierung 2 und 3 werden durch die metallfreien Streifen voneinander isoliert. Die eine Hälfte einer jeden Metallisierung 2 und 3 wird von der Stirnkontaktschicht 7 und die anderen Hälften einer jeden Metallisierung 2 und 3 von der gegenpoligen Stirnkontaktschicht 8 erfaßt. Die zwischen den beiden Lackschichten 5 und 6 angeordnete Metallisierung 4 bildet eine Blindbelegung. Die Metallisierung 4 wird von keiner der Stirnkontaktschichten 7 und 8 erfaßt und sie ist von diesen Kontaktschichten durch metallfreie Streifen, welche parallel zu den Stirnflächen verlaufen, isoliert. Durch den in der Figur 3 gezeigten Kondensatoraufbau wird eine innere Reihen- _ schaltung erzeugt. Die beiden Lackschichten 5 und 6 mit der - ™ dazwischenliegenden Metallisierung 4 können als Dünnfolie in den Kondensatorkörper eingebracht sein oder durch unmittelbares Aufbringen auf einer der metallisierten Oberflächen der Isolierstoffeinlage 1. Der Vorteil der in der Figur 2 gezeigten Ausführung besteht darin, daß mit Hilfe der inneren Reihenschaltung ein zweilagiger Aufbau mit der halben Anzahl der Lackaufträge erreicht wird.

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Her in der Figur 1 gezeigte Kondensatoraufbau kann ohne weiteres imprägniert werden. In die Luftspalte, welche zwischen den rauhen Oberflächen der beidseitig metallisierten Isolierstoffeinlage 1 und den glatten Oberflächen der Lackschichten 5 und 6 sich bilden, kann von den Stirnseiten her ohne weiteres Imprägniermittel in das Innere des Kondensatorkörpers eindringen.

Bei dem in der figur 2 gezeigten Aufbau kann das Imprägniermittel durch die Luftspalte zwischen der niektlackierten, die Metallisierung 2 tragenden Oberfläche der Isolierstoffeinlage 1 und der glatten Oberfläche der Lackschicht 5 von den Stirnseiten her in das Kondensatorinnere eindringen .

Zur Erzeugung der Mikrorißstrukturen in äen Metallisierungen 4 und 4' müssen die Lösungsmittel für die Lackschichten 5 und 5* so gewählt werden, daß sie die Lackschieliten 6 und 6' anquellen bzw. anlösen. Wählt man für die Laekschichten 6 und 6' Acetylcellulose, dann verwendet man als Laeklösungsmittel für die Schichten 5 und 5^f niedere Essigsäureester. Als Lacklösungsmittel kommen hierfür insbesondere Gemische in frage, welche aus ca. 50 fo Essigsäure-Methylester» ca. 45 ^ Essigsäure -Äthylester und ca. 5 i° Methylalkohol sowie ca. 25 $ Methylacetat, ca.. 23 f« Äthylacetat, ca. 2 ?£ Methanol und ca. 50 ¥o Methylenchlorid bestehen. Die Acetylcelluloselacklösung besitzt einen Festkörpergehalt unter 10 f» und eine Yiskosität in der Größenordnung von 240 cP. Der Festkörpergehalt wird insbesondere bei etwa β $ gewählt. Derartige Lösungsmittel sind in der älteren Patentanmeldung P 14 39 314. 7 beschrieben.

Die Erfindung ermöglicht einen imprägnierten elektrischen Kondensator mit großen Kapazitätswerten_s welcher ein Lack-

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dielektrikum aufweist, bei Wechselspannung betrieben werden kanu und gute Regeneriereigenschaften aufweist.

4 Patentansprüche
3 figuren

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Claims

Patentansprüche

'( 1 .JImprägnierter selbstheilender Wechselspannungskondensator, bei dem eine Elektrode aus zwei kurzgeschlossenen Metallisierungen, zwischen denen sich eine Isolierstoffeinlage mit rauher Oberfläche und/oder -poröser Beschaffenheit im feldfreien Raum befindet, besteht, wobei die Metallisierungen unmittelbar auf beide Oberflächen der Isolierstoffeinlage aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet,, daß zusammen mit der beidseitig metallisierten Isolierstoffeinlage (1) zwei Lackschichten (5,6) und eine dazwischen angeordnete Metallisierung (4) zu einem Kondensator verarbeitet sind, wobei die Metallisie-. rung (4) zwischen den beiden Lackschichten (5,6) zu d'en beiden' Metallisierungen (2,3) auf der Isolierstoffeinlage die Gegenelektrode bildet.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lackschichten (5,6) und die dazwischen angeordnete Metallisierung (4) als Dünnfolie ausgebildet sind und an der beidseitig metallisierten Isolierstoffeinlage (1) anliegen. (Fig. 1)

3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ', daß die Lackschichten (5,6) und die dazwischen angeordnete Metallisierung (4) auf eine der metallisierten Oberflächen der Isolierstoffeinlage (T) nacheinander aufgebracht sind und eine einzige zusammenhängende Lagenanordnung bilden. (Pig. 2)

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis J₉ dadurch gekennzeichne t, daß die Metallisierungen (2,3) auf der Isolierstoffeinlage (1) bis zu den beiden

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Stirnflächen des Kondensatorkörpers verlaufen, an welchen sie von Stirnkontaktschichten (7,8) erfaßt sind und etwa in der Mitto parallel au den Stirnflächen vorlaufende, durchgehende, metallfreie Streifen (14,15) aufweisen und daß die Metallisierungen (4) zwischen den "beiden Iiackschiehten (5,6) durchgehend aufgebracht sind und gegen die Stirnflächen durch metallfreie Streifen (9_}10) isoliert sind.

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