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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.