DE841172C - Kondensator mit geschichtetem, am Rande verstaerktem Dielektrikum - Google Patents

Kondensator mit geschichtetem, am Rande verstaerktem Dielektrikum

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DE841172C
DE841172C DE1949P0030769 DEP0030769D DE841172C DE 841172 C DE841172 C DE 841172C DE 1949P0030769 DE1949P0030769 DE 1949P0030769 DE P0030769 D DEP0030769 D DE P0030769D DE 841172 C DE841172 C DE 841172C
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DE
Germany
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capacitor according
metallic
intermediate layers
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insulating material
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Expired
Application number
DE1949P0030769
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English (en)
Inventor
Albert Dr-Ing Liechti
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WICKLEREI EINRICHTUNGEN ZUERIC
Micafil AG
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WICKLEREI EINRICHTUNGEN ZUERIC
Micafil AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/20Arrangements for preventing discharge from edges of electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung sei nun an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der Fig. i bis 6 erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die l@ezugszeiohen der Feg. 2 bis ; hallen die fier Fig. i angegebene Bedeutung.
  • 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.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kondensator, vorzugsweise für Spannungeie über 300 Volt, mit einem Dielektrikum, (las aus mehreren, mit einem Isoliermittel imprägnierten Isolierstoffschichten aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Dielektrikuinis der Randgebiete gegenüber dein Innengebiet mindestens zwei aufeinandergeschichtete, in der Breite abgestufte Zwischenschichten aus Isoliermaterial, die beidseitig an den metallischen Belegungen unmittelbar anliegen, in den beiden Randpartien eingebaut sind.
  2. 2. Kondensator nach :\aspruch i. dadurch ge- kennzeichnet, daß die den metallisdlien Bele-ungen anliegenden Zwischenschidliten die größte Breite haben und die übrigen Zwischenschichten eines Pakets so angeordnet sind, .daß mit zunehmendem Abstand von den metallischen Belegungen die Breite der Zwischenschichten stufenweise abnimmt.
  3. 3. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die -den metallischen Belegungen anliegenden Zwischenschichten die kleinste Breite haben und die übrigen Zwischenschichten eines Pakets so angeordnet sind, daß mit zunehmendemAbstand von den metallischen Belegungen die Breite der Zwischenschichten stufenweise zunimmt. .I.
  4. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten so angeordnet sind, daß deren Breite von einer metallischen Belegung zur nächsten stufenweise zunimmt und hierauf bis zur nächsten Belegung wieder stufenweise abnimmt.
  5. 5. Kondensator nach Anspruch i"da-durch gekennzeichnet, daß in den verstärkten Randgebieten mindestens eine metallische Zusatzbelegung in das Dielektrikum zwischen den metallischen Belegungen eingebaut ist.
  6. 6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbelegungen in gleichen Schichtniveaus untereinander galvanisch verbunden sind.
  7. 7. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß -die Zusatzbelegungen aus einem auf einen Isolierstoff aufgedampften leitenden Belag bestehen. B.
  8. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz'helegungen aus einem auf einen Isolierstoff aufgedruckten ]eitenden Belag bestehen.
  9. 9. Kondensator nach Anspruch 5, @dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbelegungen aus einem auf einen Isolierstoff aufgespritzten leitenden Belag bestehen. io. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Rand der beiden metallischen Belegungen an gegenüberliegenden Seiten aus dem Dielektrikum austritt. i i. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten, welche aus gefalteten, in der Breite abgestuften IsolierstoffschiChten bestehen, die Ränder der metallischen Belegungen einhüllen.
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