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Kondensator mit geschichtetem, am Rande verstärktem Dielektrikum Die
Technik bedient sich häufig der aus -Metallfolien mit dazwischen gelagerten ölimprägnierten
Isolierstoffschichtengewickelten Kondensatoren, die üblicherweise zu flachen Paketen
gepreßt sind. Diese Kondensatoren werden aber sehr leicht durch Glimmerscheinungen,
die vorzugsweise an den Rändern der metallischen Belegungen auftreten, zerstört,
wobei die hohe dielektrisehe Festigkeit der Isolierstoffe in den inneren Partien
der Kondensatoren nie voll ausgetrutzt ist.
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Es ist bereits bekannt, direkt an den beiden Flächen der metallisdhenBelegungen
je eine Isolierstoffschicht mit möglicchst lockerem Gefüge und rauher Oberfläche
anzulegen, die übrigen isolierenden Schichten aber in der üblichen dichten Ausfiihrung
mit glatter Oberfläche zu belassen. Es ist auch bekannt, nur die Ränder der metallisehen
Belegungen beidseitig mit je einer I,solierstoffschidht mit rauher Oberfläche und
lockerem Gefüge zu belegen. In derart aufgebauten Kondensatoren ist die Gefahr der
Gashildung etwas verringert4 und demzufolge eine Zerstörung weniger wahrscheinlich
als bei den nur mit glatten Isolierschichten ausgestatteten Kondensatoren.
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Versuche haben gezeigt, daß es .möglich ist, die Kondensatoren leistungsmäßig
bedeutend höher zu belasten, wenn das Dielektrikum in den Randpartien zwischen den
metallischen Belegungen durch Zwischenschichten aus Isolierstoff verstärkt wird.
Es
muß aber darauf geachtet werden, daß die leistungssteigernde Wirkung von solchen
Zwischenschichten nicht durch einen anderen Effekt wieder aufgehoben wird. Da die
Kondensatoren nach erfolgter Wicklung üblicherweise zu flachen Wickeln gepreßt werden,
deren Innenpartien geringereDicke als die zusätzlich verstärkten Randgebiete aufweisen,
entstehen Übergangsgebiete, innerhalb welcher die Schichten mehr oder weniger starken
Richtungsänderungen ausgesetzt sind. Die metallischen Belegungen können nun durch
diese Richtungsänderung derart deformiert werden, daß, abgesehen von Brüchen, Kanten
mit derart kleinen Krümmungsradien entstehen, so daß die an diesen Kanten auftretenden
Feldkonzentrationen der durch die Randverstärkung beabsichtigten Verhinderung der
Glimmerscheinungen entgegenwirken.
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Durch geeigneten Einbau der Zwischenschichten kann erreicht werden,
daß die metallischen Belegungen selbst bei größter Verstärkung der Randgebiete nur
wenig deformiert werden. Diesbezügliche Versuche haben gezeigt, daß unter andern
eine Gruppe von Schichtanordnungen vorteilhaft ist, deren gemeinsames Merkmal darin
besteht, daß die Zwischenschichten zu Paketen geschichtet unmittelbar den Rändern
der metallischen Belegungen beidseitig anliegen.
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Kondensatoren mit den bei Spannungen größer als etwa 300 Volt
üblichen Dicken der zwischen den metallischen Belegungen liegenden benötigen Randverstärkungen,
die vorteilhaft aus zwei und mehr in der Breite abgestuften Zwischenschichten aufgebaut
sind, wodurch eine genügende Randverstärkung erreicht wird, ohne daß sich die obenerwähnten
Deformationen der metallischen Belegungen störend bemerkbar machen.
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Die Erfindung betrifft demnach einen Kondensator, vorzugsweise für
Spannungen über 300 Volt, mit einem Dielektrikum, das aus mehreren mit einem
Isoliermittel imprägnierten Isolierstoffschichten aufgebaut ist, wobei erfindungsgemäß
zur Verstärkung des Dielektrikums der Randgebiete gegenüber dem Innengebiet mindestens
zwei aufeinandergesahichtete, in der Breite abgestufte Zwischenschichten aus Isoliermaterial,
die beidseitig an den metalliischen Belegungen unmittelbar anliegen, in den beiden
Randpartien eingebaut sind.
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Die Erfindung sei nun an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe
der Fig. i bis 6 erläutert.
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Fig. i zeigt den Querschnitt durch eine beispielsweise Anordnung der
verschiedenen ungepreßten Schichten, wie sie zur Wicklung eines erfindungsgemäßen
Kondensators verwendet werden. Zwischen den metallischen Belegungen B sind beispielsweise
vier durchgehende, mittels strichpunktierter Geraden dargestellte Isolierstoff schichten
D eingebaut. Den metallischen Belegungen sind an den Rändern beidseitig je zwei
in der Breite abgestufte, gestricbelt gezeichnete Zwischenschichten R aus Isolierstoff
angelegt. Damit nach erfolgter Wicklung des Kondensators zwischen allen aufeinanderliegenden
Belegungen die gleichen Schichtanordnungen auftreten, müssen, wie gezeitJhnet, noch
vier weitere durchgehende Isolierstoffschichten, beispielsweise zwei oberhalb und
zwei unterhalb der metallischen Belegung, in den für die Wicklung des Kondensators
verwendeten Stapel eingebaut sein.
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Fig.2 und 3 zeigen weitere erfindungsgemäße Anordnungen der zu einem
Kondensator zu wickelnden Schichten. Abgesehen von den verschiedenen Schichtzahlen
unterscheiden sich die Anordnungen der Fig. 1 bis 3 durch die verschiedenen Abstufungen
der Zwischenschichten.
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Im Fall der Fig. i sind die abgestuften Zwischenschichten derart angeordnet,
daß die den metallischen Belegungen anliegenden Zwischenschichten die größte Breite
haben und die übrigen Zwischenschichten eines Pakets mit zunehmendem Abstand von
den metallischen Belegungen eine stufenweise abnehmende Breite aufweisen. Im Aufbau
gemäß Fig. 2 sind die abgestuften Zwischenschichten derart angeordnet, daß die den
metallischen Belegungen anliegenden Zwischenschichten die kleinste Breite haben
und die übrigen Zwischenschichten eines Pakets mit zunehmendem Abstand von den metallischen
Belegungen eine stufenweise zunehmende Breite aufweisen. Im Aufbau gemäß Fig.3 dagegen
sind die abgestuften Zwischenschichten derart angeordnet, daß deren Breite von einer
metallischen Belegung bis zur nächsten stuferfweise zunimmt und hierauf bis zur
nächsten wieder stufenweise abnimmt.
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Selbstverständlich können die nach einer bestimmten Regel abgestuften
Zwisehenschiahtpakete des einen Beispiels ohne weiteres an den entsprechenden Stellen
eines der anderen Beispiele eingebaut werden, wobei sowohl die Anzahl der Schichten
R .als auch die Anzahl der Schichten D je nach der gewünschten Randverstärkung beliebig
gewählt sein kann.
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Versuche haben gezeigt, daß eine Verstärkung des Randes gegenüber
dem Kondensatorinnern um den Faktor n eine Erhöhung der für einen gewöhnlichen,
unverdickten Kondensator zulässigen Betriebsspannung um den Faktor l.' n erlaubt,
vorausgesetzt, daß die Durchschlagsfestigkeit .des Dielektrikums eine derartige
Spannungserhöhung überhaupt zuläßt. Leistungsmäßig wird durch eine solche Randverstärkung
eine Verbesserung um den Faktor n erzielt.
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Wird, wie Fig. 4 zeigt, der verstärkte Rand durch eine metallische
Zusatzbelegung Z innerhalb zweier metallischer Belegungen B in zwei gleiche Hälften
unterteilt, wie dies auch bei unverdickten Kondensatoren oft gemacht wird, so erhöht
sich die zulässige Betriebsspannung um den Faktor 1'-2-n und die zulässige Betriebsleistung
damit um den Faktor 2 n. Eine Verdickung des Randes um beispielsweise 4o%, also
ra = 1,4, unter gleichzeitigem Einbau einer Zusatzbelegung ergibt eine mögliche
Erhöhung der Betriebsspannung um den Faktor 1 2-1,4 und somit eine Leistungserhöhung
um den Faktor 2,8.
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Die Zusatzbelegungen brauchen nicht als selbständige Metallfolien
ausgebildet zu sein, sondern
diese werden vorteilhaft als metallischer
Belag auf eine der I.solierstoffschicliten aufgedampft, aufgedruckt oder aufgespritzt,
wobei die Zusatzbelege gleicher Schichtniveaus untereinander leitend verbunden sein
können, wie Fig. 4 zeigt, wodurch eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die
ganze Dicke des ve'rstärkteti Dielektrikums erzielt wird.
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l" ig. :F zeigt nebst den erwähnten metallischen @usatzbelegutigen
Z eine Anordnung mit Belegungen B, die auf entgegengesetzten Seiten aus dem Dielektrikttm
austreten, wodurch eine bessere Kühlung des Kondensators gegenüber den in Fig. i
lies 3 gezeigten :Anordnungen möglich ist.
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Fig. 5 zeigt eine _\nordnung, gemäß w-elclier die Ränder der metallischen
Belegungen durch die beidseitig Gien Belegungen anliegenden Zwischenschichten, welche
in gleichen Niveaus aus einem gefalteten Stück Isolierstoff bestehen, eingehüllt
sind.
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Die l@ezugszeiohen der Feg. 2 bis ; hallen die fier Fig. i
angegebene Bedeutung.
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Kondensatorwickel, leergestellt aus Schichten, die gemäß einer der
Figuren i bis 5 angeordnet sind, werden vorteilhaft flach gepreßt, so daß sowohl
innen wie ani Rand die Schichten satt aneinander liegen. F:s entsteht dann ein Flachwickel
von ungefähr der in Fig. 6 dargestellten Form, der auch bei größter Verstärkung
praktisch kaum mehr Platz benötigt als ein unverstärkter Flaoliwickel, obschon ein
derart verstärkter Kondensator bis zur vierfachen Leistung des unverstärkten Kondensators
belastet werden kann.