DE865485C - Elektrischer Kondensator mit ausbrennfaehigen Belegungen - Google Patents

Description

• Elektrischer Kondensator mit ausbrennfähigen Belegungen Es ist bekannt, d-aß sehr dünne Metallbelegungen in elektrischen Kondensatoren die Eigenschaft haben, beim Auftreten eines Durchschlagsstromes durch die dabei entstehende Wärme um die Durchschlagsstelle herum zu verdampfen und die Durchschlagsstelle im Dielektrikum auf diese Weise vom übrigen Belag abzuisolieren. Diese Wirkung wird als Ausbrennen bezeichnet. Es sind hierbei außerordentlich gleichmäßige Metallisierungen erforderlich, damit man. bei jedem Durchschlag einigermaßen die gleichen. Verhältnisse erhält, vor allen Dingen darf die ;Metallschicht an keiner Stelle so dick sein, daß die im Durchschlagsfunken zur Verfügung stehende Energie nicht ausreicht, den Metallbelag um die Durchschlagsstelle herum restlos verschwinden zu lassen. Da die üblichen dielektrischen Stoffe, insbesondere die üblichen Kondensatorpapiere, zu diesem Zweck keine genügend glatte Oberfläche haben, ist es bekannt, die Seiten der Dielektrikumsschichten, die mit der Metallschicht versehen werden sollen, mit einem glättenden Überzug zu versehen, so daß die meist durch ein Vakuumverfahren (durch thermisches Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung) aufgebrachte Metallschicht eine vollkommen ebene Unterlage findet und deshalb an allen Stellen gleich dick wird. Ein solcher Kondensator besteht also in der Regel aus zwei Papierbändern, die auf jeweils einer Seite einen Lacküberzug tragen. und über dem Lacküberzug eine auf diesem fest haftende Metallisierung. Hierbei liegt die Metal.lisierung des einen Papiers an der unlackierten Rückseite des anderen Papiers än'öder,-`falls aus Gründen der elektrischen Festigkeit mehrere Dielektrikumslagen vorgesehen sind, an der Oberfläche irgendeines beliebigen zusätzlich eingelegten, aber -ebenfalls- unlackierten Papiers.
• Tritt in einem Kondensator, dessen Belegungen äüsbrennfäliig sind, ein Durchschlag auf und verschwindet die eine oder beide Belegungen in der Nähe der Durchschlagsstelle, so ist es von, großer Wichtigkeit, daß die Fläche, die zwischen der Durchschlagsöffnung im Dielektrikum und dem vom Durchschlagsfunken nicht mehr weggebrannten Belag liegt, möglichst frei von allen restlichen Metallspuren ist. Im idealen Fall entsteht also um die eigentliche Durchschlagsöffnung im Dielektrikum herum im Metallbelag eine möglichst kreisrunde völlig metallfreie Fläche genügend kleiner Ausdehnung. Praktisch ist diese Fläche in den seltensten Fällen kreisrund, meist ist sie irgendwie verästelt und unregelmäßig geformt. In vielen Fällen reichen dünne Metalläste bis nahe an die Durchschlagsöffnung heran. Je nach den! Ausbrennverhältnissen schlagen sich auch die Metalldämpfe in der Nähe der Durchschlagsöffnung nieder und bilden so leitende Bereiche von der Durchschlagsöffnung zum unbeschädigt gebliebenen Belag. Wenn sich in dem Bereich zwischen. der Durchschl:agsöffnun@g und dem unbeschädigt.gebliebenen Belag Metalldampf in größerer Menge kondensiert hat, so bleibt nach dem Durchschlag eine gewisse Restleitfähigkeit der ausgebrannten Durchschlagsstelle bestehen., die zwar oft nicht mehr in der Lage ist, einen, Strom zu ergeben, der zu weiteren Ausbränden führen kann, wohl aber einen Kriechstrom durchläßt, der die Umgebung der Durchschlagsstelle im Laufe des Betriebs unzulässig hoch erhitzt, so daß es an dieser Stelle zu Verkohlungen des Papiers und .dadurch zu den Betrieb des Kondensators, ernstlich störenden Schäden kommen kann.
• Es zeigte sich. nun, daß die Restleitfähigkeit: der Durchschlagsstellen dann wesentlich geringer wird, wenn man. die nichtmnetallisierten Dielektrikumsschichten auf den Seiten, die unmittelbar an den Metallbelegungen anliegen, mit einem unter dem Einfluß des Durchsch;lagsfunkens Gase und., falls Rückstände entstehen-, nichtleitende Rückstände bildenden überzugsstoff überzieht. Während nämlich bei den bisherigen Ausführungen der Kondensatoren die Metalldämpfe sich gerade auf dieser nichtmetallisierten, an die Metallschicht unmittelbar anliegenden Fläche niederschlugen und dort leitende Brücken zwischen derDurchschlagsöffnung, und dem unbeschädigt gebliebenen Belag bildeten, wird dies durch die erfindungsgemäße Maßnahme mit Sicherheit vermieden.
• Offenbar sind insbesondere die dabei entstehenden Gase in der Lage, die Metalldämpfe, die sich an dieser nichtmetallisierten Oberfläche niederschlagen, wollen, kräftig aus der Nähe der Durchschlagsstelle wegzublasen.
• Betrachtet man die Durchschlagsstelle eines nach dem bekannten Verfahren hergestellten Kondensators, so kann man häufig die Feststellung machen, daß die metallisierte Dielektrikurfsschicht selbst im Ausbrennbereich verhältnismäßig sauber und fast ohne jede Spur von Metall ist. Die gegenüberliegende Dielektrikumslage dagegen (bei einem Kondensator aus nur zwei je einseitig metallisierten Dielektrikumsbändern, also die nichtmetallisierte Rückseite des nächsten Bandes) zeigt im Bereich des Durchschlags häufig deutliche Metallspuren. Worauf es beruht, daß der Metalldampf sich mit Vorliebe auf der nichtmetallisierten Seite niederschlägt und die metallisierte Seite des Dielektrikums meidet, ist nicht ganz sicher geklärt. Wahrscheinlich hängt diese Erscheinung mit den. durch die Metallisierung der einen Oberfläche gegebenen Wärmeableitungsverhül.tnissen zusammen, die gegenüber denen der nichtmetallisierten Oberfläche naturgemäß völlig andere sein müssen. Jedenfalls wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Kondensation der Metalldämpfe auf der Rückseite der an die metallisierte Dielektrikumisfage anliegenden Dielektrikumslage wirksam verhindert.
• Als Stoffe, die sich zum Überziehen. der nichtmetallisierten Seiten der Dielektrikumsbänder gut eignen, haben sich zersetzl.iche Lacke erwiesen, die sich sowohl unmittelbar auf das Dielektrikum als dünne überzugsschicht auftragen als auch als selbständige Folien in den Kondensator mit einlegen. lassen. Insbesondere zeichnen sich die Nitrolecke infolge ihrer verhältnismäßig hohen Gasabgabe als besonders günstig aus. Anderen Lacken kann man auch besondere Stoffe beigeben, die die Zersetzlichkeit erhöhen und. die. im Durchschlag abgegebene Gasmenge vergrößern. Als solche zusätzlich. dem Lack beigegebene gasbildende Stoffe eignen sich z. B. die Carbonate oder Bicarbonate der Alkalimetalle, des Ammoniums und des Magnesiums. Zu beachten ist auch, daß die bei der Zersetzung der überzugsschicht sich bildenden: zurückbleibenden Zersetzungsprodukte keine leitenden Stoffe sein dürfen. Deshalb ergeben auch Metalloxyde, insbesondere solche höherer Oxydationsstufen, gute Resultate, namentlich wenn sie sich wie das Magnesiumsuperoxyd leicht in Sauerstoff und eine niedrigere Oxydationsstufe aufspalten, die ein guter Isolator ist. Aus diesem Grund lassen sich auch Manigansuperaxyd und Zinkoxyd recht gut verwenden. Endlich ist auch die Verwendung von Magnesiumhydroxyd noch möglich, das sich im Durchschlag in das nichtleitende Magnesiumoxyd und Wasser zersetzt. Das entstehende Wasser oxydiert namentlich bei Kondensatoren mit Zinkbelag die an der Durchschlagsstelle zurückbleibenden leitenden Metallreste und verwandelt sie in nichtleitende Metallverbindungen.
• Mit großer Wahrscheinlichkeit werden auch Stoffe, die in ausreichendem Maß unter dem Einfluß des Durchschlagsfunkens verdampfen, ohne sich dabei zu zersetzen und die keine leitenden Niederschläge ergeben, sich als Zusatzstoffe eignen.
• In den Abb. 2 und- 3, sind, zwei Ausführungsformen eines erfindunggsgemäßen Kondensators schematisch . dargestellt, während Abb. z die schematischeDarstell.ung einesKondensators bisher üblicher llauart zeit. Die Kondensatoren sind dergestalt als Querschnitte durch jeweils zwei benachbarte Dielelitrikumslagen, die beispielsweise in beliebiger Länge aufgewickelt, gefaltet oder übereinander gestapelt zu denken sind. Die Darstellung ist nicht maßstäblich, insbesondere ist die Dicke der einzelnen Schichten stark übertrieben und die Dickenverhältnisse nicht der Wirklichkeit entsprechend dargestellt.
• In Abb. i sind i und 2 Dielektrikumsbänder, die einseitig mit einer Lackschicht, und zwar Band i mit der Lackschicht 3,, Band 2. mit der Lackschich.t q: versehen sind. Auf die Lackschicht 3 ist der 'Metallbelag 5, auf dieLackschicht 4 derMetallbelag 6 aufgebracht. Bei einem Durchschlag des Dielektrikumsbandes 2 an der Stelle 7 brennt der Metallbelag 6 um den Durchschlagskanal 7 herum weg. Es entsteht im Belag die metallfreie Stelle B. Wenn sich beim Durchschlag aus dem wegbrennenden Metall entstehende Dämpfe auf der Gegenseite, d. h. auf der Rückseite des Dielektrikumsbandes i niederschlagen, (in der Abbildung dargestellt durch die Verdickung der Begrenzungslinie für das Dielektrikum:sband i an der Stelle 9), so bilden sie dort eine mehr oder weniger gut leitende Briicke vom unversehrt gebliebenen Belag 6 zum Durchschlagskanal 7.
• In Abb. 2 sind i r und 12 zwei Dielektrikumsbänder, von denen das erste auf einer Überzugsschicht 13 den Metallbelag 17, das zweite auf einer Ü berzugsschieh.t 14 den Metallbelag 18' trägt. Außerdem ist jedoch die Rückseite des Bandes ii mit einer weiteren Schicht 15, aus sich zersetzenden Stoffen überzogen, die Rückseite des Bandes mit einer ebensolchen Schicht 16. Bei einem Durchschlag des Bandes 12 und: beim Wegbrennen der Belegung i8 an der Stelle i9 kann sich infolge der Wirkung der Überzugsschicht 15 auf der Rückseite des Bandes i i der Metalldampf nicht niederschlagen.
• Ähnlich verhält es sich. bei der Anordnung nach A11. 3. Bei dieser trägt das Dielektrikumsband 21 die Ü berzugsschicht 23) und diese den Metallbelag 25, das Dielektrikumsband 23 die Überzugssehicht 2-. und den Metallbelag 26. Außerdem sind zwei weitere nichtmetallisierte Dielektrikumsbänder 27 und -28 zur Verstärkung des Gesamtdielektrikums zwischen den einzelnen Belegungen vorgesehen. Von diesen nichtmetallisierten, zur Verstärkung dienenden Dielektrikumsbändern trägt das Banid, 27 die Überzugsschicht 29, das Band 28 die Überzugsschicht 30. Die überzugsschicht 29 liegt unmittelbar auf dem Metallbelag 2;6 auf. Bei einem Durch schlag der Dielektrikumsschichten 22 und 2l8., der zum Wegbrennen der Belegung 26 führt, wirkt die Überzugsschicht 29 in: der gleichen Weise wie die Überzugsschicht r5.; in Abb. 2, d. h. sie verhindert den Niederschlag der entstehenden Metalldämpfe auf der Oberfläche der Dielektrikumslage 27 und damit die Entstehung von leitenden Brücken vom unversehrten Metallbelag zum Durchschlagskanal durch die Dielektrikumslagen 2-2 und 28.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Kondensator, dessen Belegungen so dünn sind, daß sie bei einem Durchschlag an der Durchschlagsstelle ausbrennen., dadurch gekennzeichnet, daß die an die Metallbelegungen anliegenden nichtmetallisierten Oberflächen der dielektrischen Lagen mit einem unter dem Einfluß des Durchschlagsfunkens Gase und, falls Rückstände entstehen, nichtleitende Rückstände bildenden Stoff überzogen sind.
2. 2. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stoffe in dünner Schicht auf die Oberflächen der dielektrischen Lagen aufgetragen sind.
3. 3. Kondensator nach Anspruch, i, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten; Stoffe als selbständige Folien in den Kondensator eingelegt. sind. .
4. 4. Kondensator nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diie genannten Stoffe selbst Nichtleiter sind.
5. 5. Kondensator nach. einem der Ansprüche i bis .I" dadurch gekennzeichnet, daß ein sich zersetzender Stoff verwendet ist.
6. 6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Einfluß des Durchschlagsfunkens sich selbst zersetzender Lack verwendet ist.
7. 7. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit unter dem Einfluß des Durchschlagsfunkens sich zersetzenden Stoffen gemischter Lack verwendet ist. B.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätze zum Lack Carbonate oder Bicarbonate der Alkalimetalle oder des Ammoniums verwendet sind.
9. 9. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätze zum :Lack Metalloxyde verwendet sind. io. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätze höhere Oxyde solcher Metalle verwendet sind, deren niedrigere Oxydationsstufen Nichtleiter sind:. i i. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Magnesiumhydroxy d verwendet ist,