DE2507918B2 - Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, insbesondere Stapel- oder Schichtkondensator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator, insbesondere Stapeloder Schichtkondensator, welcher Deckfolien aus Kunststoff, Kunststoffdielektrika und auf die Deckfolien bzw. Dielektrika aufgedampfte Aluminiumschichten als Beläge enthält und in welchem die an die Beläge angrenzenden Kunststoffschichten einen Luftspalt freilassen oder ohne nennenswerten Druck von den Dielektrikumsschichten abgehoben werden können.

Ein derartiger Kondensator ist aus dem Patent gemäß DE-PS 22 47 260 bekannt. In dieser Patentschrift ist für einen regenerierfähigen Belag eine maximale Flächenleitfähigkeit von 3 S angegeben. Aus den AT-Patentschriften 1 59 883 und 1 53 989 sind Kondensatoren mit Papierdielektrikum und Belägen aus Cd oder Zn bekannt, welche bis 5 μπι dicke Beläge aufweisen und regenerierfähig sein sollen. Dort wird ein Schmelzen der Beläge unter Bildung von Metalltröpfchen angestrebt. Derartige Metalltröpfchen bewirken durch ihre Wärmekapazität bei Anwendung des Verfahrens auf die heute üblichen Kunststoffdielektrika die Bildung von Schmelzdurchschlägen und von leitfähigen Brücken.

Unter Deckfolien werden den Kondensator begrenzende, nicht im elektrischen Feld liegende Folien verstanden. Sie können einen der Kondensatorbeläge tragen oder unmetallisiert sein.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, bei einem Kondensator der eingangs beschriebenen Art den Verlustfaktor zu senken und die Korrosionsbeständigkeit der Beläge zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß beide Beläge Flächenleitwerte zwischen etwa 3 und etwa 20 S aufweisen.

Bei regenerierfähigen Kondensatoren üblicher Bauart ist für die Gewährleistung der Regenerierfähigkeit eine Begrenzung der Flächenleitfähigkeit der Beläge auf etwa 1,5S notwendig. Die Erkenntnis, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, daß eine Regenerierfähigkeit bei relativ dicken Belägen gewährleistet ist wenn bei einem Durchschlag die entstehenden heißen Gase und Dämpfe schnell entweichen bzw. sich ausdehnen und abkühlen können. Dies ist stets gegeben, wenn nur wenige Folien im Kondensator übereinanderliegen, und wenn die einzelnen Lagen nicht durch einen Wickelzug oder anders gearteten Druck senkrecht zur Folienausdehnung aufeinandergepreßt werden. Hierunter fallen also auch Kondensatoren, welche zwar gewickelt sind, in denen aber durch konstruktive Maßnahmen zwischen den einzelnen Lagen Luftspalte vorhanden sind.

Unter einem regenerierfähigen Kondensator wird ein Kondensator verstanden, in welchem durch Vorausbrennen vorhandener Kurzschlüsse, z. B. mit impulsartiger Spannungsbelastung, eine hohe Isolation erreicht werden kann und eine größere Zahl von Durchschlägen bis zu einem Belagsabbrand von einigen Prozent der Kapazität einwandfrei ausheilt

Die Erfindung kann auf Schichtkondensatoren auch dann angewendet werden, wenn die einzelnen Beläge, Dielektrika und Deckfolien mit einem der üblichen Kaschierverfahren für Kondensatorfolien zusammenkaschiert sind. Auch eine Stärke der Deckfolien von etwa 200 μπι oder eine entsprechende Stärke der über der Durchschlagstelle liegenden Kondensatorteile bei einem dickeren Schichtpaket stört die Regenerierfähigkeit noch nicht merklich.

Das Regeneriervermögen von Kondensatoren hängt

bekanntlich u.a. von den Energieumsätzen bei den Regenerierdurchschlägen ab, also von der anliegenden Spannung und der sich entladenden Kapazität.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt

so sich, wenn die Dielektrika Durchschlagfeldstärken von maximal 30 V/μπ) und die Beläge Flächenleitwerte von 15—2OS aufweisen. Dies läßt sich vorteilhaft realisieren, wenn die Dielektrika aus 30 μπι starkem Polystyrol bestehen und die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 100 pF nicht überschreitet

Ebenfalls günstige Ergebnisse zeigt ein Kondensator, in welchem die Dielektrika aus 20 μπ> starkem Polyäthylen bestehen und die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 100 pF nicht überschreitet

Ein besonders geringer Druck zwischen den verschiedenen Folien des Kondensators wird erreicht wenn zwischen zwei Deckfolien nur eine oder wenige Dielektrikumsfolien und die entsprechenden Beläge angeordnet sind und die Deckfolien und Beläge nur durch eingeschmolzene Anschlußdrähte zusammengehalten werden. Letzteres kann gemäß den aus der DE-OS 22 47 260 bekannten Verfahren erreicht werden. In erfindungsgemäßen Kondensatoren mit kleinen

Dielektrikumsstärken regenerierten Belägen bis zu etwa 2OS auch bei hohen Feldstärken, da die Dui'chschlagsenergie stark von der angelegten Spannung abhängt Aus diesem Grunde darf sich beim Regenerierdurchschlag auch eine größere Kapazität entladen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist gegeben, wenn die Dielektrika eine Stärke von Op bis 2 μπι und eine Durchschlagsfestigkeit von mindestens 150 V/μΓΠ aufweisen und die sich bei einem Durchschlag entladende Kapazität 5 nF nicht überschreitet

Die Vorteile der bekannten hochwertigen Dielektrika lassen sich in einem erfindungsgemäßen Kondensator voll ausnutzen, wenn er Dielektrika mit einer Stärke von etwa 1 μΐη aus einem der Stoffe Polyphenylenoxid, Polystyrol, Polykarbonat enthält und wenn die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 2 nF nicht überschreitet

Das Regeneriervermögen erfindungsgemäßer Kondensatoren liegt zwischen dem der regenerierfähigen Rundwickelkondensatoren, die auf der Basis von metallisiertem Polykarbonat aufgebaut sind, und dem der regenerierenden Polystyrolkondensatoren, deren Regenerierfähigkeit durch Lackschichten aus Zelluloseazetat verbessert ist

Vorteilhaft wird die Erfindung auch bei Kondensatoren eingesetzt, in denen die Beläge auf die Dc :kfolien aufgedampft und mit einem dazwischenliegenden Dielektrikum zusammenkaschiert sind.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, die Deckfolien speziell auf ihre mechanischen und thermischen Belastungen hin zu dimensionieren, das Dielektrikum dagegen nur nach elektrischen Gesichtspunkten. Durch eine stoffschlüssige Verbindung der einzelnen Schichten wird das Verhalten der Kondensatoren in Feuchte verbessert.

Als Materialien für die Dielektrika eignen sich insbesondere Polystyrol, Polyäthylen und Polypropylen, da diese günstige dielektrische Werte aufweisen.

Eine günstige mechanische Festigkeit und eine ausreichende Flexibilität werden erreicht, wenn nur eine oder wenige Dielektrikumsfolien im Kondensator enthalten sind und die Deckfolien eine Stärke von etwa 50 μηι aufweisen.

Die Erfindung wird nun an Hand von zwei Figuren näher erläutert; sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.

In Fig. 1 ist zwischen zwei Deckfolien 1 und 5 eine Dielektrikumsfolie 3 angeordnet Die Beläge 2 und 4 sind auf die Deckfolien 1 bzw. 5 aufgebracht Alle Schichten sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Kondensator wird durch Einschmelzen von Anschlußdrähten in Pfeilrichtung A und B zusammengehalten und kontakliert Beim Durchschlag entstehen an den Enden des Durchschlagkanals 8 zwischen Deck- und Dielektrikumsfolie kurzzeitig örtlich eng begrenzte und mit heißen, sich rasch abkühlenden Gasen und

ίο Dämpfen gefüllte Blasen 7, deren Ausbildung hier im Gegensatz zum Rundwickelkondensator nur ein geringer Druck entgegenwirkt Die Regenerierfähigkeit ist dadurch gewährleistet Die Blasen verschwinden nach Abkühlung der Gase und Kondensation der Dämpfe praktisch vollständig.

Gemäß F i g. 2 ist auf die Deckfolie 1 der Belag 2 aufgebracht, auf diese eine Dielektrikumsschicht 3 z. B. auflackiert oder aufkaschiert und ein weiterer Belag 4 aufgebracht. Zwischen dem Belag 4 und der abschließenden Deckfolie 5 liegt ein Luftspalt 6, der die Regeneriergase aufnehmen kann. Alle Schichten des Kondensators werden durch Einschmelzen von Anschlußdrähten in Pfeilrichtung A und B miteinander mechanisch fest verbunden, die Beläge werden gleichzeitig kontaktiert Dadurch werden Druck und Temperatur an der Durchschlagstelle klein gehalten und evtl. leitende Zersetzungsprodukte im Luftspalt 6 auf eine größere Fläche verteilt. Im Bereich des gegenpoligen Belags 2 kann sich gleichzeitig eine nach kurzer Zeit wieder verschwindende Blase 7 am Ende des Durchschlagskanals 8 ausbilden. Der Luftspalt 6 liegt außerhalb des elektrischen Feldes, beeinflußt also die Kapazitätenkonstanz nicht.

Das Dielektrikum 3 besteht bei großen Energieumsätzen vorteilhaft aus Stoffen, welche die Regenerierfähigkeit fördern. Dadurch wird das Regeneriervermögen noch weiter verbessert. Im Bereich der Schnitt- bzw. Sägekanten von Schichtkondensatoren, wo ein einwandfreier Zutritt des Luftsauerstoffs möglich ist, werden besonders günstige Regeneriereigep.schaften erreicht

Die in den Figuren dargestellten Aufbauformen haben auch den Vorteil, daß der dicke Belag 4 ohne Schwierigkeil auf das relativ dünne Dielektrikum 3 aufgedampft werden kann, da dieses wiederum mit dem dicken Belag 2 und der Deckfolie 1 stoffschlüssig verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator, insbesondere Stapel- oder Schichtkondensator, welcher Deckfolien aus Kunststoff, ein oder mehrere Kunststoffdielektrika und auf die Deckfolien bzw. Dielektrika aufgedampfte Aluminiumschichten als Beläge enthält und in welchem die an die Beläge angrenzenden Kunststoffschichten einen Luftspalt freilassen oder ohne nennenswerten Druck von den Dielektrikumsschichten abgehoben werden können, dadurch gekennzeichnet, daii beide Beläge Flächenleitwerte zwischen etwa 3 und etwa 20 S aufweisen.

2. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika Durchschlagsfeldstärken von maximal 30 V/um und die Beläge Flächenleitwerte von 15—20 S aufweisen.

3. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika aus 30 μπι starkem Polystyrol bestehen und die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 100 pF nicht überschreitet

4. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrika aus 20 μπι starkem Polyäthylen bestehen und die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 100 pF nicht überschreitet

5. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß er Dielektrika mit einer Stärke von 0,5—2 μπι und einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 150 V/μτη enthält und daß die bei einem Durchschlag sich entladende Kapazität 5 nF nicht überschreitet.

6. Regenerierfähiger elektrischer Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er Dielektrika mit einer Stärk·: von etwa 1 μπι aus einem der Stoffe Polyphenylenoxid, Polystyrol, Polykarbonat enthält und daß die beim Durchschlag sich entladende Kapazität 2 nF nicht überschreitet.