DE2210094C3

DE2210094C3 - Hochspannungskondensator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2210094C3
Application number: DE19722210094
Authority: DE
Inventors: Eiji; Arakawa Hajime; Kyoto Imamura (Japan)
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1971-03-02
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator mit einem aus Schichten aufgebauten Keramikkörper, an dessen beiden Endflächen die beiden Beläge des Kondensators bildende Metallschichten vorgesehen sind und in dem mehrere Metallschichten zwischen Keramikschichten über ihren ganzen Umfane vom Rand des Keramikkörpers beabstandet eingebettet sind, wobei die inneren Metallschichten zueinander und zu den äußeren die Beläge bildenden Metallschichten parallel verlaufen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kondensators.

Kondensatoren der oben beschriebenen Art sind aus der DT-OS 16 14 114 bekannt. Die Schichtung erfolgte bei diesem bekannten Kondensator zu dem Zweck, die v/irksame Fläche des Kondensators und damit dessen Kapazität durch geeignete Verbindung der einzelnen Metallschichten untereinander zu erhöhen. Daher sind bei dem bekannten Kondensator in den inneren Metall- und Keramikschichten Ausnehmungen vorgesehen, die zur Aufnahme von Verbindungen zwischen den Außenbelägen für die Anschlußelektroden und den zwischengeschalteten Metallschichten im Inneren des Keramikkörpers dienen. Die Spannungsfestigkeit eines derartigen, bekannten Kondensators ist jedoch außerordentlich gering, da die sich ausbildende Feldstärke in der Nähe der Ausnehmungen mit den Verbindungen zwischen den einander zugeordneten Metallschichten außerordentlich hoch ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungskondensator der bekannten Art zu schaffen, der bei kompakten Abmessungen eine sehr hohe Spannungsfestigkeit aufweist.

Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, durch geeignete Formgebung und durch Verwendung geeigneten Materials bei dem Kondensator den Potentialverlauf und damit die elektrische Feldvcrteilung in dem unter Spannung stehenden Kondensator so zu beeinflussen, daß hohe Feldstärken vermieden werden und damit die Spannungsfestigkeit erhöht wird.

Die Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die eingebetteten inneren Metallschichten jeweils für sich isoliert sind und so Zwiscnenbeläge bilden und daß die einzelnen dielektrischen Schichten sich voneinander in ihrer nicke und/oder ihrem Materia! so unterscheiden, daß das Verhältnis des Abstandes zwischen jeweils einem Außenbelag und dem ihm nächstliegenden Zwischenbelag und dem Abstand zwischen diesem Außenbelag und einem mittleren Zwischenbelag bzw. der Mittelebene des Kondensators kleiner als 0,5 ist und/oder die an den Außenbelägen anliegenden keramischen Schichten aus einem Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als das der übrigen keramischen Schichten bestehen.

Aus der DT-OS 20 18 755 ist zwar ein Hochspannungskondensator mit einem Keramikkörper und mit an dessen Endflächen angeordneten Außenbelägen bekannt, bei dem in dem Keramikkörper mehrere zueinander und zu den Außenbelägen parallel verlaufende Zwischenbeläge zwischen Keramikelementen angeordnet sind, die insgesamt den Keramikkörper bilden, wobei die als Metallschichten ausgebildeten Zwischenbeläge jeweils für sich iso.iert sind. Auch bei diesem bekannten Kondensator wird das elektrische Feld am Umfang jedes Außer.beiages und der Zwischenbeläge verstärkt, da der Umfang der zwischen benachbarten Keramikschichten eingeschlossenen Zwischenbeläge in derselben Ebene wie der Umfang der gesamten Kondensatoranordnung liegt und deshalb von der Außenluft nur durch die nachträglich aufgebrachte Isolierschicht getrennt ist, die im allgemeinen eine wesentlich kleinere Dielektrizitätskonstante hat als die Keramikschichten. Daher wird auch durch diese bekannte Kondensatoranordnung die Spannungsftstigkeit nicht wesentlich verbessert.

Darüber hinaus hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, daß die relativen Teilkapazitäten zwischen den Außenbelägen und den verschiedenen Zwischenbelägen einen überraschend kritischen Parameter der Kondensatoranordnung darstellen. Durch die Auswahl der Abstände zwischen den Belägen und/oder des dielektrischen Materials in den entsprichenden Zwischenschichten werden ein optimaler Potentialverlauf und damit eine optimale Spannungsfestigkeit erzielt. Mit anderen Worten wird eine an den Kondensator angelegte hohe Spannung entsprechend der statischen Kapazität jeder der gedachten, in Serie geschalteten Kapazitäten geteilt, wodurch die ungleichmäßige Potentialverteilung an und nahe dem Umfang jeder der Außenbeläge an den Endflächen des Keramikkörpers in vorteilhafter Weise herabgesetzt wird und die Zwischenbeläge die Potenlialverteilung so beeinflussen, daß die Spannungsfestigkeit verbessert wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Kondensators gemäß der Erfindung beträgt der Abstand des Umfangs mindestens der den Außenbelägen benachbarten Zwischenbeläge vom Rand des Keramikkörpers zwischen 0,2 und 1,0 mm.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Kondensators gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungskondensators gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: Brennen des aus den Keramikschichten mit den dazwischen angeordneten Zwischenbelägen gebildeten Keramikkörpers bei einer geeigneten Temperatur, Anbringen der zwei Außenbeläge an den beiden Endflächen des Keramikkörpers, Brennen des Keramikkörpers mit den Außenbelägen bei einer Temperatur, die etwas niedriger liegt als die Temperatur des ersten Brennvorganges und die Schmelztemperatur des für die Außenbeläge verwendeten Materials, Anlöten von je einem Anschlußdraht an den Außenbelägen und Beschichten der gesamten Außenfläche des Keramikkörpers mit einem eine Isolationsschicht bildenden isolierenden Material. Dieses erfindungsgemäße Verfahren gestattet in vorteilhafter Weise die Massenproduktion der Kondensatoren.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung aufgezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. la einen Hochspannungskondensator im Längsschnitt,

F i g. 1 b eine schematische Darstellung einer Ersatzschaltung für den Kondensator gemäß Fig. la, F i g. 2 eine andere Ausführungsform eines Kondensators im Längsschnitt,

F i g. 3 ein Diagramm der Spannungsfestigkeit in

ίο Abhängigkeit von dem Absland zwischen dem Umfang der Zwischenbeläge und dem Rand des Keramikkörpers des Kondensators gemäß F i g. 2,

F i g. 4 ein Diagramm der Spannungsfestigkeit in Abhängigkeit vom Verhältnis des Abstandes (b) zwisehen jeweils einem Außenbelag und dem ihm nächstliegenden Zwischenbelag und dem Abstand (α) zwischen diesem Außenbelag und einem mittleren Zwischenbelag bzw. der Mittelebene des Kondensators,

so Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Kondensators im Längsschnitt und

F i g. 6 eine eine weitere Form der Ausbildung der Außenbeläge aufweisende Ausführung eines Kondensators im Längsschnitt.

In F i g. 1 a ist ein Kondensator mit einem aus Schichten aufgebauten Keramikkörper 10, insbesondere aus BaTiO., oder TiO.,, dargestellt. Auf den einander entgegengesetzten Endflächen des Keramikkörpers 10 sind zwei als Außenbeläge dienende Metallschichten 20 und 30 aufgebracht. An jedem dieser Außenbeläge 20 und 30 ist je ein Anschlußdraht 40. 50 angelötet, der sich von dem jeweiligen Außenbelag nach außen erstreckt und zum Anschluß an eine (nicht dargestellte) äußere Schaltung dient. In dem Keramikkörper 10 sind zwischen den Schichten mehrere Metallschichten 61 und 62 in einer noch zu beschreibenden Weise eingebettet.

Bei dem fertigen Kondensator ist auf der gesamten Außenfläche des Keramikkörpers 10 und der Außenbeläge 20 und 30 ein nichtleitendes Beschichtungs- bzw. Farbmaterial, z. B. Email, aufgebracht, um eine Isolierschicht 70 zu bilden. Die Anschlußdrähte 4C und 50 erstrecken sich durch diese Isolierschicht 7i hindurch.

Gemäß F i g. 1 a besteht der keramische Körper K aus mindestens einer Keramikschicht 1Oe, zvve Keramikschichten 11 und 12 mit höherer Dielektrizitätskonstante als die Keramikschicht 10 c und zwc als Metallschichten ausgebildeten Zwischenträger 61, 62, die in der im folgenden beschriebenen Weise zwischen der Keramikschicht 10 <? und je einer Keramikschicht 11 Ivw. 12 eingebettet sind. Die Außen beläge 20 und 30 mit den entsprechenden Anschluß drähten 40 und 50 sind an den beiden Außenflächer des Keiamikkörpers 10, d. h. an der oberen Flächi der Keramikschicht 11 und der unteren Fläche de Kcramikschidit 12, aufgebracht.

Bei der Herstellung des Keiamikkörpers 10 mi den datin eingebetteten Zwischenbelägen 61, 62 win eine Folie aus einem Belagmaterial auf eine Ober fläche von zwei der Keramikschichten 1Oi?. 11 um 12 aufgebracht und diese dann übereinandergelegt so daß sie die Folien aus Belagmaterial, die die Zwi schenbeläge 61, 62 bilden, zwischen sich ein schließen. Hierbei werden sich Spalten von im we sentlichen gleicher Dicke wie die Zwischenbeläge 61 62 an deren Ränder zwischen den Keramikschichtei 11 und 1Oe bzw. 1Oe und 12 ergeben. Diese Spaltei

r-

können aber im wesentlichen durch Erhitzen oder Brennen des Keramikkörper 10 bei geeigneter Temperatur zum Verschwinden gebracht werden, die vorzugsweise niedriger Hegt als der niedrigste Schmelzpunkt der verwendeten Materialien.

Anschließend wird der Keramikkörper 10 mit den darin eingebetteten Zwischenbelägen 61, 62 nach dem Abkühlen an seinen beiden Stirnflächen mit den beiden Außenbelägen 20 und 30 beschichtet und dann einem zweiten Brennvorgang bei einer geeignelen Temperatur unterworfen. Die Anschlußdrähte 40 iiiul 50 v.erden dann an die Außenbelägc 20 und 30 angelötet, und der nut den Belägen 20, 30, 61 und 62 versehene Keramikkörper 10 wird dann mit dem nichtleitenden Material bestriehen, um die Isolationssehicht 70 /u bilden.

I.in wesentliches Merkmal des Kondensators besieht darin, daß die Zwischenbeläge 61, 62 derart in dem Keramikkörpci 10 eingebettet sind, daß ihr Umiang an dessen Außenseite nicht frei liegt, d. h., daß zo der Aut'icnrand der Zwischenbeläge 61. 62 nicht nut der Umfangsf lache des Keramikkörpers 10 zusammenfällt. Hierdurch können die Zwischenbeläge 61, 62 eine an den Kondensator angelegte Hochspannung teilen, so daß die häufig sehr konzentrierte Potential- \ ei teilung an und nahe dem Umfang jedes Außenbelags in vorteilhafter Weise herabgesetzt wird. Auch die konzentrierte Potcntialvcrteilung. die am Außenr.iiul der Zwischenbeläge auftreten würde, falls diese wie bei den bisher bekannten Kondensatoren an der Außenfläche des Keramikkörpers frei liegen würden, wird in vorteilhafter Weise herabgesetzt oder sogar ganz zum Verschwinden gebracht, wodurch die Spanmmgsfestigkeit erheblich verbessert wird. Mit anderen Worien. da die Zwischenbeläge in der beschriebenen Weise \ollständig in dem Keramikkörper eingebettet sind, werden sie allseitig von einem Dielektrikum mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante abgeschirmt, wodurch jede ungleichmäßige Potcntialvcrteilung am Umfang der Zwischenbeläge 61. 62 herabgesetzt wird. Hierdurch wird die Spannungsfestigkeit deutlich ν L ι bessert, ohne daß dies mit einer Konzentration der ungleichmäßigen Potentialverteilung am R.ind jeder der Außenbeläge verbunden wäre.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung zweier Zwischenbeläge 61, 62 beschränkt, vielmehr werden vorzugsweise drei Zwischenbeläge 63. 64, 65 (F i g. 2) verwendet. In diesem Fall besteht der Keramikkörper 10 aus vier Keramikschichten 13 bis 16. Versuche haben ergeben, daß die Spannungsfestigkeit eines derartigen Kondensators im wesentlichen gleich bleibt, auch wenn mehr als drei Zwischenbeläge verwendet werden.

Während für die Außenbeläge 20 und 30 jedes beliebige bekannte Material, wie z. B. Silber oder SiI-bcrlegieningen. verwendet werden kann, wird als Material für die Zwischenbeläge 61 bis 65 vorzugsweise Palladium. Platin und/oder eine Mischung, wie sie allgemein als Material für Thermistoren. Varistoren und Ferrite verwendet wird, herangezogen. Platin ist besonders bevorzugt, da die Brenntemperatisi \on Platin im wesentlichen gleich der Brenntemperatur des Keramikkörpers 10 ist. so daß beim er¹-te π Brennvorgang Platin und keramisches Material miteinander integriert werden können. Fails ^fi5 jedoch «.lic Herstellungskosten eine Rolle spielen, kann ohne Verschlechterung der Eigenschaften des Kondensators auch das bisher für Thermistoren.

Varistoren und Ferrite verwendete billige Mischmaterial verwendet werden.

Der beschriebene Kondensator hat die Eigenschaft, daß von den in Serie geschalteten Kapazitäten diejenige im Inneren des Kondensators relativ klein ist, so daß die den Innenbelägen 61, 62 aufgeprägte Spannung erhöht wird, während die Spannung an den Außenbelägen 20 und 30 auf einen kleinen Wert herabgesetzt wird. Hierdurch wird die Konzentration der Potentialverteilung im Bereich des Umfangs jeder der Außenbeläge 20 und 30, die für den dielektrischen Durchschlag verantwortlich ist, in vorteilhafter Weise herabgesetzt.

Bekanntlich ist die Kapazität einer Reihenschaltung von Kondensatoren umgekehrt proportional der aufgeprägten Spannurg und umgekehrt. Dementsprechend wurde die in F i g. 1 a daigcstelltc Ausführungsiorm der Erfindung entwickelt, deren Ersatzschaltbild in Fi g. 1 b gezeigt ist.

Bei der in Fig. Ib dargestellten Ersatzschaltung sind die Kapazitäten C₁ und C₃ jeweils größer als die Kapazität (\„ da die Dielektrizitätskonstante der Keramikschichten 11 und 12, die zwischen der Keramikschicht 10 e und den Außenbelägen 20 und 30 angeordnet sind, größer als die Dielektrizitätskonstante der Keramikschicht 1Oe.

Wenn bei dieser Anordnung zwischen den Außenbelägen 20 und 30 eine Hochspannung angelegt wird, wird diese durch die Zwischenbeläge 61 und 62 geteilt. Da jedoch jede der Kapazitäten C₁ und C, größer ist als die Kapazität C.„ wird durch die entsprechende Verteilung der Γη Serie geschalteten Kapazitäten die angelegte Hochspannung zürn größeren Teil an der Kapazität C₂ als an den Kapazitäten C₁ und C₃ liegen, so daß an den Außenbelägen 20 und 30, wo eine Konzentration des Potentialgradienten besonders zu erwarten ist, keine übermaßige Spannung auftreten kann. Zwar wird hierbei zwischen den Zwischenbelägen eine relativ höhere Spannung angelegt; da jedoch die Zwischenbeläge in dem Keramikkörper 10 derart eingebettet sind, daß sie von keramischem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante allseitig abgeschirmt sind, wird gleichwohl jede ungleichmäßige Potentialverteilung im Bereich des Umfangs der Außenbeläge in vorteilhafter Weise herabgesetzt, wodurch sich eine wesentliche Verbesserung der Spannungsfestigkeit ergibt.

Versuchsergebnisse hinsichtlich der Spannungsfestigkeit zeigt die folgende Tabelle.

Spannungsfestigkeit

Ausführungsform nach Fig. 1 mit
drei Zwischenbelägen, Dielektrizitätskonviante der Schichtenil
und 12 je 1650, Dielektrizitätskonstante der Schicht 1Oe 1600 31,OkV

Ausführungsform nach Fig. 1 mit
drei Zwischenbelägen Dielektrizitätskonstante der Schichten 11
und 12 je 2000. Dielektrizitätskonstante der SchchtlOe 1600 35,8 kV

Die angegebenen Werte der Spannungsfestigkeit beziehen sich auf Gleichspannung und sind Mittelwerte. lüf je 2w getestete Proben.

Bei der in F 1 g. 2 gezeigten zweiten Ausffihrungstorm der Erfindung besteht der Keramikkörper aus vier Keramikschichten 13, 14. 15 und 16, in die

drei Zwischenbeläge 64, 65 und 66 in gleicher Weise wie oben beschrieben eingebettet sind. Zu beachten ist, daß jeweils zwei Keramikschichten 13 und 14 bzw. 15 und 16 gleiche Dicke haben, daß jedoch die inneren Schichten 15 und 16 dicker sind als die äußeren Schichten 13 und 1.4. Ein Zwischenbelag 64 ist zwischen den Keramikschichten 15 und 16 eingebettet, während die beiden anderen Zwischenbeläge 63 und 65 zwischen den Keramikschichten 13 und 15 b/w. 14 und 16 eingebettet sind.

Bei der Konstruktion dieser Ausführungsform wurde beachtet, daß durch möglichst nahe Anordnung der Zwischenbeläge an den entsprechenden Außenbetägen eine besonders starke Herabsetzung der ungleichmäßigen Potenualverteilung erreicht werden kann. Somit sind im wesentlichen die /wischcnbclage 63 und 65. die nahe an den entsprechenden Außenbelägen 20 und 30 angeordnet sinu. /ur Heransetzung der ungleichmäßigen Potcntialverteilung im Bereich des Umfangs jeder der Außenbeläge 20 und 30 wirksam, während der dritte Zwischcnbelag 64 zu dieser Herabsetzung nicht sehr viel beiträgt.

Bei dieser Ausführungsform wird die ungleichmäßige Potentialverteilung in dem Bereich des Umfangs jeder der Außenbeläge 20 und 30. die für den dielektrischen Durchschlag verantwortlich ist. durch möglichst nahe Anordnung der Zwischenbeläge 63 und 65 an den Außenbelägen 20 und 30 vergleichmäßigt. wodurch die Konzentration der ungleichmäßigen Potentialverteilung verringert wird und die Spannungsfestigkeit verbessert wird. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Zwischenbeläge 63, 64 und 65 starr und vollständig in dem Keramikkörper 10 mit hoher Dielektrizitätskonstante eingebettet, so daß die ungleichmäßige Potentialverteilung im Bereich des Umfangs jeder der Außenbeläge 20 und 30 wie bei der vorherigen Ausführungsform in vorteilhafter Weise herabgesetzt wird.

Bei der Herstellung der geschichteten Kondensatoranordnung gemäß dieser Ausführungsform muß darauf geachtet werden, daß der Abstand zwischen dem Umfang jeder der Zwischenbeläge 63 und 65, die neben den entsprechenden Außenbelägen 20 und 30 liegen, und der Außenfläche des Keramikkörpers 10 im Bereich von 0,2 bis 1,0 mm liegt und vorzugsweise 0,5 mm beträgt. Der Grund hierfür ergibt sich aus der in Fig. 3 gezeigten Kurve. Ist der Abstand kleiner als die untere Grenze von 0,2 mm, wird die Herstellung des Kondensators außerordentlich kompliziert, und es ergibt sich keine Verbesserung in der Spannungsfestigkeit. Ist der Abstand größer als die obere Grenze von 1,0 mm, ergibt sich keine vorteilhafte Herabsetzung der ungleichmäßigen Potentialverteilung und deshalb im wesentlichen keine Verbesserung der Spannungsfestigkeit.

Ferner sollte darauf geachtet werden, daß das Verhältnis b.'a des Abstandes b zwischen jeweils einem Außenbelag 20 oder 30 und dem ihm zunächsthegenden Zwischenbelag 61 bzw. 62 (Fig. 1 a) oder 63 bzw. 65 (Fig. 2) zum Abstand α zwischen diesem Außenbelag 20 bzw. 30 und einem mittleren Zwischenbelag 64 (Fig. 2) oder der Mittelebene (Pi ο 1 _a) Hpc Kondensators kleiner als 0,5 ist, wie sich°aus~Fig. 4 ergibt. Wenn dieses Verhältnis größer wird als der bevorzugte obere Wert, ergibt sich keine wesentliche Verbesserung der Spannungsfestigkeit.

Bei der Untersuchung von 20 Proben eines geschichteten Kondensators gemäß F i g. 2. wobei das genannte Abstandsverhältnis etwa 0,0001 betrug, während der genannte Randabstand etwa 0,5 mm betrug, ergab sich eine mittlere Spannungsfestigkeit (Gleichspannung) von 33,4 kV, was mehr als das Zwei- bis Dreifache der Spannungsfestigkeit von üblichen Kondensatoren ist.

Zu beachten ist, daß bei der Ausführungsform der F i g. 2 der zwischen den Zwischenbelägen 63 und 65 angeordnete mittlere Zwischenbclag 64 auch weggelassen werden kann.

In beiden Fällen wird die ungleichmäßige Poten tiaherteilung im Innern des Keramikkörpers 10 herabgesetzt und insbesondere ihre Konzentration im Bereich des Umfangs jeder der Außenbeläge 20 und 30 verringert.

Die Ausführungsform nach F i g. 5 ist im Aufbau ähnlich der Ausführungsform nach Fig. I a. Jedoch bestehen die Keramikschichten 11 α und 11 h bei der Ausführungsform nach Fig. 5 aus Glasurmaterial. Bekanntlich hat Glasurmaterial eine starke Affinität zu keramischem Material, und seine Dielektrizitätskonstante ist ebenso hoch, wie die von keramischem Material. Außerdem kann das Glasurmaterial bei relativ niedriger Temperatur gebrannt werden.

Die Zwischenbeläge 61 und 62 können somit starr und allseitig eingebettet werden zwischen der Keramikschicht 1Of und je einer der Keramikschichlen 11a und 12a, so daß sie vollständig im Keramikkörper 10 eingebettet sind.

Die Anordnung gemäß F i g. 5 hat alle an Hand der früheren Ausführungsformen beschriebenen Vorteile der Erfindung. Außerdem ergibt sich als weilerer Vorteil, daß Silber oder ein ähnliches Material mit niedrigem Schmelzpunkt als Material für die Beläge verwendet werden kann. Bei der Herstellung des Kondensators kann somit der erste Brennvorgang bei einer Temperatur durchgeführt werden, die wesentlich niedriger ist als die Temperatur, die beim Brennen t-ines Kondensators mit Zwischcnbclägcn aus Pt, Pd oder der für Thermistoren, Varistoren und Ferrite od. dgl. verwendeten Mischung erforderlich ist. Es ist nicht erforderlich, die teuren Materialien Pt, Pd oder die genannte Mischung für die Zwischenbeläge zu verwenden. Infolgedessen kann sich eine erhebliche Verringerung der Herstellungskosten ergeben.

Es ist zu beachten, daß die Dicke jeder der Keramikschichten lla und lift vorzugsweise im Bereich von wenigen (im bis etwa 100 ^m liegt. Das Glasurmaterial, aus dem die Keramikschichten lla und lift bestehen, kann beispielsweise ein Borsilikatglas oder ein Natriumglas sein.

Vergleichsversuche für den Kondensator nach F i g. 5 und übliche Kondensatoren ergaben die nachstehenden Werte für die Spannungsfestigkeit (Gleichspannung), die jeweils Mittelwerte aus 20 gemessenen Proben sind.

Spannungsfestigkeil

Ausführungsform nach Fig. 5, Keramikschichten Ha und Hb aus
Glasurmaterial mit 100 μπι Dicke
und einer Dielektrizitätskonstante

1000

kV

üblicher Kondensator mit Emaiibeschichtung am Umfang der
Außenbeläge 13,3 kV

Üblicher Kondensator ohne eingebettete Zwischenbeläge 12.5 kV

609 683184

ίο

Man erkennt aus der Tabelle, daß die Spannungsfestigkeit der geschichteten Kondensatoranordnung gemäß Fig. 5 deutlich verbessert ist.

Bei der in Fi g. 5 gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, für die Keramikschiclrten 11 α und 11 b ein Glasurmaterial mit höherer Dielektrizitätskonstante als die des Keramikelementes 10 c zu verwenden. Hierdurch kann die Spannungsfestigkeit noch etwas weiter verbessert werden, wie dies an Hand der Ausführungsform nach Fig. la erläutert wurde.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann für die Zwischenbeläge ein Halbleitermaterial, wie z. B. das bekannte, für Thermistoren, Varistoren und Ferrite verwendete Mischmaterial, an Stelle der teuren Metalle, wie Pt, Ag und Pd, verwendet werden.

Bei einem Kondensator, bei dem alle Zwischenbeläge aus demselben Halbleitermaterial hergestellt wurden, ergaben sich die folgende Werte:

Material des
Korpers IO

Mate-ial und Anzahl der ZwisehenbeUige Dicke
mm

Durchmesser
mm

Spannungsfestigkeit
kV

90"» BaTIO, und

H)¹OCaZnO.,

40" ο BaIiO., und

10% CaZnO₁

90% BaTIO₁ und

10" ., CaZnO₁

TiO.,

TiO~,

TiO.^

niclr: vorhanden

MaC)-CoO-CuO(O)

Mn ■ Zn-Ferrit(6)

nicht vorhanden

MaO-CoO-CuO(O)

Mn ■ Zn-Ferrit(6)

20	14
20	32
20	31
20	24
20	53
20	51

Man erkennt somit, daß die Verwendung von Halbleitermaterial für die Innenbeläge in dem Keramikkörper nicht nur eine Verminderung der Herstellungskosten, sondern auch eine Verbesserung der Spannungsfestigkeit ergibt. Das Halb^!eitermateria! sollte in kristalliner Form verwendet werden.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform sind an den beiden Endflächen des Keramikkörpers 10 Vertiefungen 10 c und 10 d vorgesehen, wobei die Außenbeläge 20 und 30 entsprechend topfartig verformt sind, um in diese Vertiefungen des Keramikkörpers iö hineinzupassen. Diese Ausbildung der Endflächen des Keramikkörpers 10 und der Außenbeläge 20 und 30 kann bei den Kondensatoren der vorgenannten Ausführungsbeispiele vorgesehen sein.

In diesem Fall ergibt sich zusätzlich zu den bereits beschriebenen Eigenschaften der Kondensatoren der aufgezeigten Ausführungsbeispiele der weitere Vorteil, daß durch die Vertiefungen 10 r und 10 d an den beiden Endflächen des Keramikkörpers 10 gewissermaßen zwei Koronaringe an den beiden Endflächen gebildet werden, deren Funktion dem Fachmann wohlbekannt ist und die das Entstehen einer Koronaentladung an jeder der beiden Endflächen der keramischen Kondensatoranordnung verhindern. Mit anderen Worten, selbst wenn zwischen den Außenbelägen 20 und 30 beim Anliegen einer sehr hohen Spannung eine Koronaentladung auftreten würde, kann dies durch die besondere Form der Außenbeläge 20 und 30, die als Koronaringe wirken, verhindert werden.

Bei der Herstellung eines derartig ausgebildeten Kondensators kann nach dem bereits oben beschriebenen Verfahren vorgegangen werden. Um die Verliefungen IOc und IO α auszubilden, müssen jedoch an den Keramikschichten 10 a und 10 b, bevor der erste Brennvorgang vorgenommen wird, entsprechende Vertiefungen ausgenommen werden. Statt dessen ist es auch möglich, keine Vertiefungen an den Keramikschichten 10 a und 10 b auszunehmen, sondern zwei ringförmige Keramikschichten von gleicher Beschaffenheit wie die Keramikschichten 10 a und 10 b auf deren Außenseite aufzusetzen, und zwar bevor diese dem ersten Brennvorgang unterworfen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungskondensator mit einem aus Schichten aufgebauten Keramikkörper, an dessen beiden Endflächen die beiden Beläge des Kondensators bildende Metallschichten vorgesehen sind und in dem mehrere Metallschichten zwischen Keramikschichten über ihren ganzen Umfang vom Rand des Keramikkörpers beabstandet eingebettet sind, wobei die inneren Metallschichten zueinander und zu den äußeren die Beläge bildenden Metallschichten parallel verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebetteten inneren Metallschichten (61 bis 65) jeweils für sich isoliert sind und so Zwischenbeläge bilden und daß die einzelnen dielektrischen Schichten (1Oe, 11 bis 16) sich voneinander in ihrer Dicke und/oder ihrem Material so unterscheiden, daß das Verhältnis des Abstandes zwisehen jeweils einem Außenbelag (20,30) und dem ihm nächstliegenden Zwischenbelag und dem Abstand zwischen diesem Außenbelag (20, 30) und einem mittleren Zwischenbelag bzw. der Mittelebene des Kondensators kleiner als 0,5 ist und' oder die an den Außenbelägen (20, 30) anliegenden keramischen Schichten aus einem Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als das der übrigen keramischen Schichten bestehen.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- 3" kennzeichnet, daß der Abstand des Umfangs mindestens der den Außenbelägen (20, 30) benachbarten Zvvischenbeläge (61 bis 65) vom Rand des Keramikkörpers zwischen 0,2 und 1,0 mm beträgt.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endflächen des Keramikkörpers mit den entsprechenden Außenbelägen (20, 30) topfarlige Vertiefungen aufweisen.

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbeläge (61 bis 65) aus Halbleitermaterial bestehen.

5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils an den Außenbelägen (20, 30) anliegenden Keramikschichten aus einem glasartigen Material bzw. aus Glasurmaterial bestehen.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außcnbcliige (20, 30) mil Anschlußclrähten (40, 50) versehen sind und daß die gesamte Kondensatoranordnung auf allen Außenflächen von einer Isolierschicht (70) umgeben ist, durch die sich die Anschluüdrähtc (40, 50) nach außen erstrecken.

7. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungskondensator·, nach einem der Ansprüche I bis 6, gekennzeichnet durch folgende Vcrfahrcnsschrilte: Brennen des aus den KeianuksiJniJiten (10 <?, 11 bis 16) mit den dazwischen angeordneten Zwischenbelägen (61 bis 65) gebildeten Keramikkörpers bei einer geeigneten Temperatur, Anbringen der zwei Außenbeläge (20, 30) an den beiden Endflächen des Keramikkörpers, Brennen des Keramikkörpers mit den Außenbelägen (20, 30) bei einer Temperatur, die etwas niedriger liegt als die Temperatur des ersien Brennvorganges und die Schmelztemperatur des für die Außenbeläge (20, 30) verwendeten Materials, Anlöten von je einem Anschlußdraht (40, 50) an den Außenbelägen (20 bzw. 30) und Beschichten der gesamten Außenfläche des Keramikkörpers nut einem eine Isolationsschicht (70) bildenden isolierenden Material.