DE867888C - Electric capacitor with burnout metal coverings - Google Patents
Electric capacitor with burnout metal coveringsInfo
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Description
Elektrischer Kondensator mit ausbrennfähigen Metallbelegungen Elektrische Kondensatoren aus. metallisierten Dielektrikumsbändern können die Eigenschaft haben, daß ihre Metallbelegungen ausbrennfähig sind, wenn diese eine genügend geringe Stärke haben. Fehlstellen im Dielektrikum werden dadurch ausgeheilt, daß bei einem elektrischen Durchschlag die Metallbelegung um die Fehlstelle herum wegbrennen, d. h. verdampfen kann, und damit der Stromdurchgang durch die Fehlstelle augenblicklich unterbrochen wird. Die Fehlstelle ist danach elektrisch isoliert und kann im Betrieb des Kondensators nicht mehr stören.Electric capacitor with burn-out metal coverings Electric Capacitors off. metallized dielectric tapes can have the property that their metal coverings can be burned out if they are sufficiently thin to have. Defects in the dielectric are healed by the fact that in an electrical The breakdown burns away the metal coating around the defect, d. H. evaporate can, and thus the passage of current through the defect is instantly interrupted will. The defect is then electrically isolated and can be used when the capacitor is in operation don't bother anymore.
Bei diesen verhältnismäßig dünnen. Metallbelägen wurde nun gefunden, daß bei elektrischer Stoßbeanspruchung des Kondensators diese Belegungen an oder in der Nähe der Stromzuführungsstellen abgetrennt wurden. Ein Wickelkondensator aus metallisierten Dielektrikumsbändern kann z. B. am Rand des Wickels aufgebrachte stirnseitige Anschlösse tragen. Die Stromzuführung für jede Belegung erfolgt jeweils von einem Rande des Dielektrikumsbandes her. In solchen Kondensatoren wurde beobachtet, daß. bei großen Stromstößen die Metallisierung in der Nähe des Randes, durch den die Stromzuführung erfolgt, auf weite Strecken des Bandes abgetrennt war, so daß große Teile der Kapazitätsfläche mit der Stromzuführung nicht mehr verbunden waren. Bei mehrfachen Stromstößen besteht hier die Gefahr, daß die gesamte kapazitive Fläche im Kondensator abgetrennt und der Kondensator völlig unbrauchbar wird.With these relatively thin. Metal coverings have now been found that in the event of electrical shock loading of the capacitor, these assignments on or have been disconnected near the power supply points. A wound capacitor from metallized dielectric strips can, for. B. applied at the edge of the roll wear front connections. The power supply for each occupancy takes place in each case from one edge of the dielectric tape. In such capacitors it has been observed that. in the case of large current surges, the metallization near the edge through which the power supply is carried out on long stretches of the tape was cut off, so that large parts of the capacity area were no longer connected to the power supply. With multiple current surges there is a risk that the entire capacitive surface separated in the condenser and the condenser is completely unusable.
Der Nachteil der Abtrennung nahe den Stromzuführungsstellen und der dadurch mögliche Verlust an Kapazität wird vermindert oder gänzlich vermieden, wenn gemäß der Erfindung die ausbrennfähigen Belegungen des. Kondensators so ausgeführt sind, .daß diejenigen Steller, in denen bei den vorkommenden Strombeanspruchungen, von dem durchfließenden Strom in der Mengeneinheit des Belegungsmetalls die größte Wärme erzeugt wird, von den Stromzuführungsstellen entfernt angeordnet sind. Zweckmäßig ist die Belegung so ausgeführt, daß die durch den Strom erzeugte Wärme mit der Entfernung von der Stromzuführungsstelle über die Breite des. Dielektrikumsband-es zunimmt.The disadvantage of the separation near the power supply points and the this possible loss of capacity is reduced or completely avoided if, according to the invention, the burn-out assignments of the condenser are designed in this way are, .that those controllers in which the occurring current loads, of the current flowing through it is the largest in the unit of quantity of the covering metal Heat is generated, are arranged away from the power supply points. Appropriate the assignment is carried out so that the heat generated by the electricity with the distance from the power supply point across the width of the dielectric tape-it increases.
Die Abtrennung bei einem Stromstoß hängt von verschiedenen Faktoren an der betreffenden Stelle, wo die Abtrennung erfolgt, ab, so z. B. von der Stromwärme, die auf die Mengeneinheit des Belegungsmetalls zu beziehen _ ist, im folgenden daher die spezifische Stromwärme genannt werden soll, von der Wärmekapazität der Belegung, von der Wärmeableitung, von der Schmelzwärme bzw. der Verdampfungswärme des die Schicht bildenden Metalls.The disconnection in the event of a power surge depends on various factors at the point in question where the separation takes place from, so z. B. from electricity heat, which is to be related to the unit of quantity of the covering metal, hence in the following the specific electricity heat is to be mentioned, from the heat capacity of the occupancy, of the heat dissipation, of the heat of fusion or the heat of vaporization of the die Layer-forming metal.
Die Höhe der spezifischen elektrischen Stromwärme ist nun vornehmlich maßgebend für die Möglichkeit der Abtrennung eines Flächenteiles der Belegung oder sogar der gesamten Belegung.The level of the specific electrical current heat is now predominant decisive for the possibility of separating a part of the area of the occupancy or even the entire occupancy.
In Abb. ia ist ein Schnitt durch zwei benachbarte Lagen eines normalen Metallpapierkondensators dargestellt, dessen Belegungen über die Breite des Dielektrikumsbandes als gleichmäßige Metallisierung aufgebracht sind. Mit a und b sind die beiden Dielektrikumsbänder und mit c und. d die beiden. Metallbelegungen bezeichnet. f und g stellen die Stromzuführungsstellen an den Stirnseiten des Kondensators dar. Man kann sich nun die beiden gegenständigen Kondensatorbelegungen in parallel geschaltete Teilkondensatoren gleicher Kapazität aufgeteilt denken. Beim Anlegen einer Stoßspannung tritt in solchen normalen Belegungen, d. h. in Belegungen, die an allen Stellen gleichen spezifischen Schichtwiderstand und gleich starkes Profil aufweisen eine ungleichmäßige Strombelastung in den einzelnen Querschnitten auf.In Fig.ia is a section through two adjacent layers of a normal Metal paper capacitor shown, its assignments across the width of the dielectric tape are applied as a uniform metallization. With a and b are the two dielectric bands and with c and. d the two. Metal coverings. f and g represent the power supply points at the end faces of the capacitor. You can now compare the two Capacitor assignments in parallel-connected partial capacitors of the same capacitance think divided. When an impulse voltage is applied, such normal assignments d. H. in coverings that have the same specific sheet resistance at all points and equally strong profile have an uneven current load in the individual Cross-sections on.
Abb. i b zeigt ein Ersatzschaltbild eines solchen Kondensators, in .das- die gedachten parallelen Teilkondensatoren eingezeichnet sind. Der obere Belegungsstreifen c ist hier im. Beispiel in vier Teilflächen i bis 4 aufgeteilt. Der untere Belegungsstreifen d ist ebenso in die entsprechenden Teilflächen 5 bis 8 aufgeteilt. Durch die Stromzuführungen 9 und io sind alle Teilflächen mit den Stromanschlüssen verbunden. Durch diese Zufübrungen. gebt bei Stoßbelastung die gesamte Strommenge, die die gezeichneten Belegungsstreifen aufnehmen sollen, gleichzeitig hindurch. Diese Strommenge verteilt sich in vier gleich große Teilmengen auf die oberen bzw. unteren Teilflächen: i bis 4 und 5 bis B. Die Leiterstücke für die Zuführung des Stromes, die am Kondensator in Wirklichkeit mit den kapazitiven Belegungsteilen identisch sind, sind hier von diesen Belegungen i bis 4 und 5 bis 8 getrennt dargestellt. Für jede Teilbelegung, z. B. für 3; wirkt in Wirklichkeit die davon liegende Teilbelegung, z. B. 2, als leibende Stromzuführung und kann im Falle einer Abtrennung an dieser Stelle auch als Abschmelzsicherung aufgefaßt werden. Im Ersatzschaltbild der Abb. I ist dies durch eine vor jede gedachte Teilkapazitätsfläche geschaltete Sicherung angedeutet. Die Lage dieser Sicherungen, die mit ii bis IS bezeichnet sind, ist also am wirklichen Kondensator auf den kapazitiven Teilflächen c und d selbst zu suchen; dies soll aber hier außer Betracht bleiben.Fig. I b shows an equivalent circuit diagram of such a capacitor, in .that the imaginary parallel partial capacitors are shown. The upper allocation strip c is here in. Example divided into four sub-areas i to 4. The lower allocation strip d is also divided into the corresponding partial areas 5 to 8. Through the power supply lines 9 and io, all partial areas are connected to the power connections. Through these additions. In the event of a shock load, give the total amount of electricity that the allocation strips shown should take up at the same time. This amount of electricity is divided into four equally large subsets on the upper and lower sub-areas: i to 4 and 5 to B. The conductor pieces for the supply of the current, which are in reality on the capacitor with the capacitive parts of the occupancy are identical, here are of these assignments i to 4 and 5 to 8 shown separately. For each partial occupancy, e.g. B. for 3; works in reality the partial occupancy thereof, z. B. 2, as an existing power supply and in the event of separation at this point, it can also be used as a fuse be understood. In the equivalent circuit diagram in Fig. I, this is imagined by one in front of each Partial capacitance area switched fuse indicated. The location of these fuses, which are marked with ii to IS, is therefore on the real capacitor on the capacitive one Look for partial areas c and d themselves; but this should be left out of consideration here.
Bei Stromstößen geht nun die Summe der Teilströme gleichzeitig durch die Sicherung i i, das ist am wirklichen Kondensator der erste Belegungsteil unmittelbar hinter dem Stromanschluß. Durch die Sicherung 12 geht ein in unserem Beispiel um ein Viertel kleinerer Strom, durch 13 ein um zwei Viertel kleinerer und durch 14 nur der vierte Teil des Gesamtstromes, nämlich der Strom für die Teilbelegung 4 allein. Entsprechendes gilt für die untere Belegung.In the event of power surges, the sum of the partial currents now goes through at the same time the fuse i i, that is the first part of the occupancy directly on the real capacitor behind the power connection. In our example, one goes through the fuse 12 a quarter smaller current, through 13 a two-quarters smaller and through 14 only the fourth part of the total flow, namely the flow for partial occupancy 4 alone. The same applies to the occupancy below.
Bei gleichbleibendem Querschnitt und spezifischem Widerstand der Belegung ist die erzeugte spezifische Stromwärme in der Sicherung ii bzw. 18 also in dem Belegungsteil nächst dem Stromanschluß am Rande am größten, und hier ist die Gefahr der Abtrennung gegeben.With the same cross-section and specific resistance of the occupancy is the specific current heat generated in fuse ii or 18 so in that Occupancy next to the power connection on the edge the largest, and here is the danger given the separation.
Die gedachten, aus Belegungsteilen bestehenden Sicherungen liegen in Reihe geschaltet. Will man die Gefahr der Abtrennung vermeiden, so muß die Hauptsicherung, d. h. die Sicherung-für die größte Abschmelzstromstärke am Rande, d. h. an der Stromzuführungsstelle liegen, durch die beim Stoß der größte Strom hindurchgeht, und die weiteren Sicherungen müssen so abgestuft werden, daß die Abschmelzstromstärke quer der die Breite des Dielektrikumsbandes abnimmt, so daß die schwächste Sicherung an dem der Stromzuführungsstelle entgegengesetztem Rande, also am weitesten von der Stromzuführung entfernt liegt.The imaginary fuses, consisting of parts of the occupancy, are in place connected in series. If you want to avoid the danger of separation, the main fuse must d. H. the fuse - for the greatest amperage on the edge, d. H. at the power supply point through which the greatest current passes in the event of a surge, and the other fuses must be graded so that the melting current across the width of the Dielectric tape decreases, so that the weakest fuse is at the power supply point opposite edge, i.e. furthest away from the power supply.
Es geht hieraus hervor, daß bei Kondensatoren mit gleichmäßiger Metallisierung, bei denen eine Abtrennung des Metallbelages in der Nähe des Stromanschlusses erfolgte, der an dieser Stelle als Hauptsicherung wirkende Metallbelag zu schwach war und verstärkt werden muß, um einen Stromstoß standzuhalten. Die Verstärkung kann z. B. durch Vergrößerung des Querschnitts der Schicht erfolgen, denn damit wird die Stromdichte verringert und bei gleichen spezifischen Schichtwiderstand auch die erzeugte spezifische Stromwärme. Das Profil der Schicht zeigt dann über die Breite des Dielektrikumsbandes abnehmende Schichtdicke.It can be seen from this that in the case of capacitors with uniform metallization, in which the metal covering was separated near the power connection, the metal covering acting as the main fuse at this point was too weak and must be amplified to withstand a surge. The gain can e.g. B. be done by increasing the cross section of the layer, because this is the Current density is reduced and, with the same specific sheet resistance, also the specific electricity heat generated. The profile of the layer then shows across the width of the dielectric tape decreasing layer thickness.
Bei einer gemäß: der Erfindung ausgeführten Belegung wächst die Wahrscheinlichkeit einer Abtrennung mit der Entfernung vom Rande des Dielektrikumsbandes, d. h. der Stromanschlußstelle über die Breite des Dielektrikumsbandes, dann, wenn die Steilheit des Profils der Schichtdicke eine derartige Größe erreicht, daß sich bei gleichem spezifischem Schichtwiderstand die Stromdichte so ändert, daß sie an bzw. nahe der Stromanschlußstelle, also am Rande des Dielektrikumsbandes einen kleineren Wert als in der übrigen Belegung erhält. Zunächst ist ja bei normaler gleicher Schichtdicke der Belegung die Stromdichte (gleicher spezifischer Schichtwiderstand vorausgesetzt) am Rande größer als in den übrigen Belegungsteilen. Bei Erhöhung der Schichtdicke über die Breite des Dielektrikumsbandes nach dem Rande hin nimmt die Stromdichte am Rande ab, und es wird bei einem bestimmten Profil der Fall eintreten, daß die Stromdichte in allen Punkten der Belegung quer über die Breite des Dielektrikumsbandes gleich groß ist. Würde man bei diesem Punkte, wo die Stromwärme überall gleich ist, stehenbleiben, so wäre der Nachteil der möglichen Abtrennung an oder nahe der Stromzuführungsstelle noch nicht behoben. Lediglich die Wahrscheinlichkeit des Abtrennens ist damit über -die ganze Breite die gleiche geworden.In the case of an occupancy carried out in accordance with the invention, the probability increases a separation at a distance from the edge of the dielectric tape, d. H. the Power connection point across the width of the dielectric tape, if the steepness of the profile of the layer thickness reaches such a size that with the same specific sheet resistance changes the current density so that it is at or near the Power connection point, i.e. a smaller value at the edge of the dielectric tape than in the rest of the assignment receives. First of all, yes, with normal the same layer thickness of the coating the current density (same specific sheet resistance provided) larger at the edge than in the other parts of the occupancy. When increasing the layer thickness increases across the width of the dielectric tape towards the edge the current density decreases at the edge, and it will happen with a certain profile, that the current density in all points of the occupancy across the width of the dielectric strip is the same size. If at this point, where the electricity heat is the same everywhere, remain, the disadvantage would be the possible separation at or near the power supply point not fixed yet. Only the probability of separation is over -the whole width has become the same.
Erst eine weitere Überhöhung der Schichtdicke vom Rande her verringert die Stromdichte unter das Maß derjenigen, die in den übrigen Belegungsteilen herrscht, so weit, daß die erfindungsgemäße Wirkung eintreten kann, daß nämlich die; durch den Strom erzeugte spezifische Wärme an den Stellen entsteht, die von. den Stromzuführungsstellen möglichst weit entfernt liegen.Only a further increase in the layer thickness from the edge is reduced the current density below the level of that prevailing in the other parts of the occupancy, so far that the inventive effect can occur, namely that the; by The specific heat generated by the electricity is created at the points that are generated by. the power supply points be as far away as possible.
Die Abb.2 zeigt schematisch in übertriebenem Maßstab einen Ouerschnitt über die Breite des so metallisierten Dielektrikumsbandes. Auf dem Dielektrikumsband i9 liegt die Metallisierung 2o verbunden mit dem Stromanschlußstück 2i.Fig. 2 shows a cross-section on an exaggerated scale across the width of the dielectric tape metallized in this way. On the dielectric tape i9 is the metallization 2o connected to the power connector 2i.
Betrachtet man die Belegungsteile wieder als Sicherungen, so erhält man jetzt die stärkste Sicherung nahe dem Stromanschluß, die schwächste Sicherung hingegen am entgegengesetzten Rande. Bei einer Stromstoßbeanspruchung eines aus solchen profilierten Schichten aufgebauten Kondensators kann infolge der erzeugten spezifischen Stromwärme ein Belegungsteil nicht mehr an der Stromzuführungsstelle abgetrennt werden, sondern eher ein Belegungsteil, der entfernt von dieser liegt.If you look at the parts of the occupancy as fuses again, you get you now have the strongest fuse near the power connection, the weakest fuse on the other hand on the opposite edge. In the event of a current surge, one off Such profiled layers built up capacitor can as a result of the generated specific electricity heat an occupancy part no longer at the power supply point be separated, but rather a part of the occupancy that is remote from this.
Die erzeugte spezifische Stromwärme kann nun aber auch, wie schon erwähnt, durch den spezifischen elektrischen Widerstand der Metallschicht, die als Kondensatorbelegung dient, beeinflußt werden. Kleinerer Widerstand wirkt hier in der gleichen Richtung wie die Vergrößerung der Ouerschnittsfläche, die der Strom passieren muß. Der spezifische Schichtwiderstand soll also nahe der Stromzuführung geringer sein als in den übrigen Belegungsteilen quer über die Breite des Dielektrikumsbandes. Die gleichen Überlegungen, die für die Schichtdickenänderung oben angestellt wurden, lassen sich hier hinsichtlich der Gleichh.cit der spezifischen Stromwärmen in allen Punk-' ten der Belegung bei bestimmten Verhältnissen übertragen und müssen beachtet werden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Belegung.The generated specific electricity heat can now also, as before mentioned by the specific electrical resistance of the metal layer, which is called Capacitor occupancy is used to be influenced. Smaller resistance works in here the same direction as the enlargement of the cross-sectional area that the stream must happen. The specific sheet resistance should therefore be close to the power supply be less than in the other parts of the occupancy across the width of the dielectric strip. The same considerations made above for changing the layer thickness, can be found here with regard to the consistency with the specific electricity heat in all Points of occupancy are transferred in certain circumstances and must be observed are used in the production of the coating according to the invention.
Die Metallisierung solcher Dielektrikumsbänder kann nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren in der Weise erfolgen, daß über die Breite des Dielektrikumsbandes eine Änderung der Struktur der Schicht und damit eine Änderung ihres Widerstandes pro Kubikzentimeter erfolgt, ohne daß sich dabei die Schichtdicke ändert. Ein weiterer Weg ist der, daß die Schicht quer über die Breite aus mehreren Metallen von verschiedenem Widerstand oder aus Legierungen bestehen kann.The metallization of such dielectric strips can already be proposed method in such a way that over the width of the dielectric tape a change in the structure of the layer and thus a change in its resistance per cubic centimeter without changing the layer thickness. Another The way is that the layer across the width of several metals of different Resistance or can consist of alloys.
Das Abtrennen von Belegungsteilen erfolgt, wie eingangs erwähnt, häufig beim Ausbrennen von Elektrisch leitenden Fehlstellen im Dielektrikum. Der Kurzschlußstrom ist ja schließlich auch als ein Stromstoß anzusehen, der so groß werden kann, daß bei unterteilten Kapazitätsflächen, einzelne dieser Flächen völlig abgetrennt werden. Es ist bekannt, daß man zweckmäßig die Belegungen des Kondensators in eine größere Anzahl von kleineren Flächen aufteilen kann, die in der Regel nebeneinandergeschaltet im Kondensator liegen. Dadurch soll vermieden werden, daß die gesamte im Kondensator aufgespeicherte Energie über eine Fehlstelle entladen wird und der hierbei entstehende Druck den ganzen Kondensator zerstören kann. Diese Teilflächen werden z. B-. von einem mit ihnen elektrisch verbundenen Metallstreifen an einem Rande des metallisierten Dielektrikumsbandes mit Strom gespeist. Es sind schon verschiedene Muster für die Gestalt der Teilflächen sowie Anordnungen mit Vorwiderständen vorgeschlagen worden, die alle den gleichen Zweck haben, nämlich den im Falle eines Durchschlags durch eine Fehlstelle im Dielektrikum fließenden. Strom so weit zu begrenzen, daß einerseits keine für den Kondensator schädliche Wirkung durch eine zu große Energieentladung entsteht, andererseits die Energie auch zu einem genügend großen Ausbrennfleck in der Metallisierung ausreicht. Die Herabsetzung des Kurzschlußstromes durch die Aufteilung in Einzelflächzn kann noch durch geringe Schichtdicke und damit erhöhten Ohmschen Widerstand verstärkt werden. Doch findet die Schichtdicke der Metallisierung ihre untere Grenze dort, wo man. ihren chemischen Schichtabbau befürchten muß.As mentioned at the beginning, the separation of parts of the occupancy occurs frequently when burning out electrically conductive defects in the dielectric. The short circuit current is after all to be seen as a current surge that can become so great that In the case of subdivided capacity areas, some of these areas are completely separated. It is known that it is useful to convert the capacities of the capacitor into a larger one Can divide up number of smaller areas, which are usually connected next to each other lie in the capacitor. This is to avoid keeping the whole in the capacitor stored energy is discharged via a defect and the resulting Pressure can destroy the whole condenser. These partial areas are z. B-. from a metal strip electrically connected to them on one edge of the metallized Dielectric tape fed with electricity. There are already different patterns for them The shape of the partial areas and arrangements with series resistors have been proposed, all of which have the same purpose, namely in the event of a breakthrough a flaw in the dielectric flowing. To limit current so far that on the one hand no harmful effect on the capacitor due to excessive energy discharge on the other hand, the energy also leads to a sufficiently large burn-out spot in the metallization is sufficient. The reduction of the short-circuit current through the division in individual areas can still be due to low layer thickness and thus increased ohmic Resistance to be reinforced. But the layer thickness of the metallization finds its own lower limit where you can. must fear their chemical degradation.
Es hat sich nun also gezeigt, daß@ auch beim Ausbrennen von Kondensatoren mit unterteilten Kapazitätsflächen erhebliche Verluste an Kapazität entstehen können. Es ist z. B. beim sogenannten Kammuster beobachtet worden, daß.die Ausbrenndurchschläge in gewissen Fällen die gesamte Teilfläche abtrennen. Das Kammuster besteht in seiner einfachsten Form aus schmalen nebeneinandergeschalteten Teilflächen, die abgesehen von ihrem gemeinsam am Rande des Dielektrikumsbandes liegenden Stromanschlußstreifen voneinander isoliert sind.It has now been shown that @ also when capacitors are burned out With subdivided capacity areas, considerable losses in capacity can occur. It is Z. B. has been observed in the so-called comb pattern that the burnout penetrations in certain cases cut off the entire area. The comb pattern consists in his simplest form of narrow side-by-side connected surfaces that are apart of their power connection strips lying together on the edge of the dielectric strip are isolated from each other.
Theoretisch sollte man erwarten, daß einer Fehlstelle im Dielektrikum auch nur ein einziger Ausbmennfleck entspricht, so daß der mögliche Verlust an Kapazität bedeutungslos erschiene. Die Praxis zeigt aber, daß z. B. bei dem Kammuster die einzelnen Teilflächen mehrere sich meist über die ganze Breite eines Kammzinkens erstreckende Ausbrennflecke erhalten.. Zunächst entsteht als Folge des Durchschlags an der Fehlstelle im Dielektrikum ein Lichtbogen, der die Metallisierung um diese Durchschlagsstelle herum etwa kreisförmig ,"wegbrennt. -InfoIge der geringen Breite der Teilfläche beim Kammuster und der hohen Stromdichte dieses Kurzschlusses wird die betroffene Teilfläche dabei gewöhnlich in ihrer ganzen Breite abgetrennt. An der Abtrennstelle bleibt aber der Lichtbogen eine kurze Zeit stehen und so kommt es- an der -nächstschwächsten Stelle zwischen diesem Lichtbogen und der Stromzuführung infolge der Überlastung durch den Kurzschlußstrom zu einem weiteren Abschmelzen und Abtrennen der Teilflächen.. An dieser neuen Abtrennstelle entsteht ein neuer Lichtbogen mit der gleichen Wirkung, und so wiederholt sich der Abtrennvorgang mehrere Male, und zwar so lange, bis die Spannung am Kondensator unter die Summe der Löschspannungen der verschiedenen Lichtbogen abgesunken ist: Abgetrennt wird also nicht nur der Teil der Teilfläche, der von der Stromzuführung aus hinter der eigentlichen Durchschlagsstelle liegt, sondern ein viel "größerer Teil, in vielen Fällen die gesamte Teilfläche. Der dadurch hervorgerufene Ausfall an Kapazitätsfläche begrenzt aber die Zahl der im Betrieb noch zulässigen Durchschläge durch den Kondensator und damit auch die Höhe der Betriebsspannung des Kondensators.In theory, one should expect that there would be a defect in the dielectric corresponds to even a single blow-out spot, so that the possible loss of capacity seemed meaningless. However, practice shows that z. B. in the comb pattern individual partial areas are usually several over the entire width of a comb tine Extensive burnout spots are obtained .. Initially arises as a result of the breakdown an arc at the defect in the dielectric, which creates the metallization around it Puncture point around roughly circular , "burns away. -InfoIge the small width of the partial area in the comb pattern and the high current density of this Short-circuit, the affected area is usually in its entire width severed. At the cut-off point, however, the arc stops for a short time and so it happens at the next weakest point between this arc and the power supply due to the overload by the short-circuit current to another Melting off and separating the partial areas .. At this new separation point arises a new arc with the same effect, and so the separation process is repeated several times, until the voltage on the capacitor is below the sum the extinguishing voltages of the various arcs has dropped: Disconnection So not just the part of the surface that is from the power supply behind the actual breakdown point lies, but a much "larger part" in many Felling the entire area. The resulting loss of capacity area but limits the number of breakdowns through the capacitor that are still permissible during operation and thus also the level of the operating voltage of the capacitor.
Die bekannten, in einzelne Teilflächen aufgeteilten Metallbelegungen lassen sich nun vorteilhaft in der gleichen -beschriebenen Weise ausführen, so daß die Stromwärme in, denjenigen Teilflächen zu-=nimmt, die von den zu diesen führenden Strom-"zuführungsstellen weiter entfernt liegen.The well-known metal coverings divided into individual partial areas can now be carried out advantageously in the same -described manner, so that the electricity heat in those sub-areas increases = that of those leading to them Power supply points are further away.
Der Erfindungsgedanke bringt die gleichen genannten Vorteile auch bei solchen Mustern, bei denen die einzelnen Teilflächen durch sogenannte Stege mit dem Stromzuführungsstreifen bzw. durch solche Stege selbst miteinander verbunden sind. Man hat -ja bei bestimmten Ausführungsformen schmale Zuleitungsstreifen vor den Teilflächen angebracht, zum Teil auch mit erhöhtem Schichtwiderstand, damit sie als Sicherung bei einem Durchschlag wirken. Der Kurzschlußstrom hat in ihnen wegen des kleinen Querschnitts seine größte Stromdichte und damit auch Stromwärme und trennt die Teilfläche leicht hier ab, so daß. die Teilfläche als kapazitive Fläche ausfällt, aber auch gleichzeitig der Durchschlagstrom selbst begrenzt bzw. beendet wird. Bei anderen Ausführungsformen hat man die Teilflächen durch-schmale Zuführungsstege nicht nur mit dem Stromzuführungsstreifen, sondern auch die Teilflächen selbst untereinander durch solche Stege verbunden, so daß. in diesem Falle eine Reihe von. Teilflächen jeweils hintereinander liegt. Bei einem Durchschlag wird dann eine Teilfläche meist allseitig abgetrennt. Sie ist aber viel kleiner an Fläche hier ausgebildet als in dem obigen Beispiel, wo die Teilflächen. nur nebeneinandergeschaltet an den Stromzuführungsstreifen liegen. Da die benachbarten Flächen intakt bleiben, weil sie untereinander elektrisch verbunden sind, ist in diesem zuletzt genannten Fall der Ausfall an Kapazitätsfläche wesentlich kleiner.The idea of the invention also brings the same advantages mentioned in those patterns in which the individual partial areas are separated by so-called webs with the power supply strip or connected to one another by such webs themselves are. In certain embodiments, one has narrow supply strips attached to the partial areas, sometimes with increased sheet resistance, so they act as a backup in the event of a breakdown. The short circuit current has in them because of the small cross-section its greatest current density and thus also current heat and separates the partial area slightly here, so that. the partial area as capacitive Surface fails, but at the same time the breakdown current itself is limited or is terminated. In other embodiments, the partial areas have through-narrow Feed webs not only with the power supply strip, but also the partial areas even interconnected by such webs, so that. in this case one Row of. Partial areas are each one behind the other. If there is a breakdown then a partial area is usually separated on all sides. But it is much smaller in area formed here than in the example above, where the sub-areas. only connected next to each other lie on the power supply strips. Since the neighboring surfaces remain intact, because they are electrically connected to one another, this is the latter The case of the loss of capacity area is much smaller.
Die Abb. 3 a zeigt eine Anwendungsform der Erfindung beim sogenännten Kammuster. Sie stellt einen Querschnitt dar durch die beiden metallisierten Dielektrikumsbänder 22 und 23.Fig. 3a shows an application of the invention in the so-called Comb pattern. It represents a cross section through the two metallized dielectric strips 22 and 23.
In Abb.3b ist das metallisierte Dielektrikumsband 23 in der Draufsicht gezeigt.. Das Band 23 hat links einen metallfreien Randstreifen. Die Belegung 25 ist kammartig gemustert und die kammzinkenartigen Belegungsteile liegen abgesehen von dem am rechten Rande befindlichen Stromzuführungsstreifen isoliert nebeneinander. Die Metallisierung 24 des Dielektrikumsbandes 22 hat in der Draufsicht im wesentlichen das gleiche Aussehen. Nur sind hier der metallfreie Randstreifen und der Stromzuführungsstreifen miteinander vertauscht. Die Metallbelegungen 2q. und 25 haben verlaufende Schichtdicke und somit infolge des sich über die Breite der Dicke ändernden Querschnitts von einer Seite nach der anderen sich ändernde Stromdichte. Mit der Entfernung von der Stromanschlußstelle nimmt die Stromdichte beim Durchgang eines Kurzschlußstromes durch irgendeine Fehlstelle im Dielektrikum zu. Wird bei 26 eine Fehlstelle im Dielektrikum durchschlagen, so fließt der Kurzschlußstrom in Pfeilrichtung von 27 nach 28 durch die beiden gegenständigen Metallbeläge. Der obere Metallbelag 24 wird hierbei an der Stelle 29 ausgebrannt, und die kapazitive Fläche von 29 bis 30 fällt für den Kondensator aus. Dagegen wird in dem links von der Stelle 29 liegenden Teil der Belegung 24 nirgends mehr eine Unterbrechung durch Abschmelzen entstehen, weil die Stromdichte dort überall geringer als an der Stelle 29 ist. Da der Querschnitt des unteren. Metallbelages 25 an der Stelle 31 -größer ist als der an der Stelle 29 des oberen Belages-24, ist es nicht wahrscheinlich, daß die Stelle 311 auch ausbrennt. Der untere Belag 25 bleibt also ganz erhalten und damit auch die Kapazität der beiden Flächen zueinander, soweit sie links von der Stelle 26 liegen. Die größte Stromdichte tritt an der Stelle 29 im oberen Belag auf. Alle anderen. Querschnitte im oberen sowie im unteren Belag, die vom Kurzschlußstrom durchflossen werden, haben eine kleinere Stromdichte, und in ihnen wird daher auch die erzeugte Stromwärme kleiner sein.In Fig.3b the metallized dielectric tape 23 is shown in plan view. The tape 23 has a metal-free edge strip on the left. The occupancy 25 is patterned in a comb-like manner and, apart from the power supply strip located on the right-hand edge, the toothed-comb-like occupancy parts are isolated next to one another. The metallization 24 of the dielectric tape 22 has essentially the same appearance in plan view. Only here the metal-free edge strip and the power supply strip are interchanged. The metal coverings 2q. and 25 have a running layer thickness and thus, as a result of the cross-section which changes over the width of the thickness, the current density changes from one side to the other. With the distance from the current connection point, the current density increases when a short-circuit current passes through any defect in the dielectric. If a defect in the dielectric breaks down at 26, the short-circuit current flows in the direction of the arrow from 27 to 28 through the two opposing metal coatings. The upper metal coating 24 is burned out at the point 29, and the capacitive surface from 29 to 30 fails for the capacitor. On the other hand, in the part of the occupancy 24 lying to the left of the point 29, there will no longer be an interruption due to melting because the current density there is less everywhere than at the point 29. Since the cross section of the lower. Metal covering 25 at point 31 is larger than that at point 29 of the upper covering 24, it is not likely that point 311 will also burn out. The lower coating 25 is therefore completely retained, and thus also the capacitance of the two surfaces to one another, as far as they are to the left of the point 26. The greatest current density occurs at point 29 in the upper layer. All other. Cross-sections in the upper and lower layers through which the short-circuit current flows have a lower current density, and in them the current heat generated will therefore also be smaller.
Die gleichen Betrachtungen lassen sich sinngemäß. auch z. B. auf das sogenannte Rautenmuster übertragen, von dem eine Draufsicht auf einen Teil eines Metallbelages in Abb. 4 dargestellt ist. Die einzelnen Teilflächen sind miteinander durch schmale leitende Stege verbunden. So ist die Teilfläche 32 mit den benachbarten Rautenflächen 33, 34, 35 und 36 durch die vier Stege 37, 38, 39 und 40 verbunden. Beim Durchschlagen einer Fehlstelle im Dielektrikumsteil, welcher zu dieser Kapazitätsfläche 32 gehört, brennen einer oder mehrere der Stege von 37 bis 4o durch, und die Kapazitätsfläche 32 ist meist für den Kondensator nicht mehr brauchbar. Betrachtet man nun die Teilflächen, die in der Reihe des Querschnitts 41 (durch die gestrichelte Linie angedeutet) liegen, so lassen sich diese mit den Teilflächen der Gegenbelegungen schematisch wie in Abb.5 darstellen. Die Teilflächen 42, 43, 34,. 32, 35 und 44 stellen. die eine (obere) Belegung der Teilkapazitäten dar, die aus dem Stromzuführungsstreifen 45 direkt gespeist werden können. Die Stege 46, 47, 37, 39, 48 und 49 in Abb. 4 verbinden die einzelnen Teilflächen leitend miteinander. Damit nun bei dieser Anordnung nicht mehrere Stege ausgebrannt und dadurch mehrere Teilflächen als Kapazität bei nur einem einzigen Durchschlag durch eine - Fehlstelle im Dielektrikum ausfallen, sind diese Stege erfindungsgemäß über die Breite des metallisierten Dielektrikumsbandes von verschiedenem Querschnitt, und zwar so, daß der Steg 49 mit größtem Querschnitt am Stromzuführungsstreifen 45 liegt. Die Stege können zu diesem Zweck in ihrer Breite verschieden sein. Es kann aber auch die gesamte Schichtdicke der Metallisierung, also der Stege einschließlich der Teilflächen, über die Breite des Dielektrikumsbandes hin abnehmen oder der elektrische Widerstand pro Kubikzentimeter in der obenerwähnten Weise in der gleichen Richtung zunehmen. Für die kapazitiven Teilflächen ist es an sich belanglos, ob sie dicker oder dünner sind oder mehr oder weniger großen Widerstand zeigen, denn das Ausbrennen erfolgt ja hier nur an den Stegen.The same considerations can be made accordingly. also z. B. transferred to the so-called diamond pattern, of which a plan view of part of a metal covering is shown in Fig. 4. The individual partial areas are connected to one another by narrow conductive webs. The partial surface 32 is connected to the adjacent diamond surfaces 33, 34, 35 and 36 by the four webs 37, 38, 39 and 40. When a defect in the dielectric part that belongs to this capacitance area 32 breaks through, one or more of the webs 37 to 40 burn through, and the capacitance area 32 is usually no longer usable for the capacitor. If one now looks at the sub-areas that lie in the row of cross-section 41 (indicated by the dashed line), these can be shown schematically with the sub-areas of the opposing occupancies as in Figure 5. The partial areas 42, 43, 34 ,. 32, 35 and 44 places. which represent an (upper) occupancy of the partial capacities that can be fed directly from the power supply strip 45. The webs 46, 47, 37, 39, 48 and 49 in Fig. 4 connect the individual partial surfaces with one another in a conductive manner. So that several webs are not burned out with this arrangement and thus several partial areas as capacitance fail with only a single breakdown through a defect in the dielectric, these webs are according to the invention of different cross-sections over the width of the metallized dielectric strip, in such a way that the web 49 is with the largest cross-section on the power supply strip 45. The webs can be different in width for this purpose. However, the total layer thickness of the metallization, that is to say of the webs including the partial areas, can decrease over the width of the dielectric strip or the electrical resistance per cubic centimeter can increase in the same direction as mentioned above. For the capacitive partial areas, it is irrelevant whether they are thicker or thinner or show more or less great resistance, because the burnout takes place here only on the webs.
In Abb. 6 ist die Teilfläche 32 im Zusammenhang mit ihren Nachbarflächen 34, 35, 33 und 36 gezeichnet. Die Teilflächen sind mit diesen durch die Stege 37, 39, 38 und 4o verbunden.In Fig. 6 the sub-area 32 is in connection with its neighboring areas 34, 35, 33 and 36 drawn. The partial areas are connected to these by the webs 37, 39, 38 and 4o connected.
Bei erfindungsgemäßer Ausführung der Stege sind aber die benachbarten Flächen verbindenden seitlichen Stromzuführungsstege nicht mehr notwendig, z. B. in Abb. 4 die Stege 38 und 40 für die Fläche 32, da ja keine Abtrennung mehr erfolgt. Damit wird auch ein Übergreifen des Kurzschlußstromes auf die benachbarten Stege und Flächen vermieden. Weiterhin wird dadurch seine Energie wesentlich herabgesetzt, daß aus den benachbarten Teilflächen keine Energie mehr durch die jetzt fehlenden Ouerverbindungen in größerem Umfange beigesteuert werden kann.When the webs are designed according to the invention, however, the adjacent ones are Lateral power supply bars connecting surfaces are no longer necessary, e.g. B. in Fig. 4 the webs 38 and 40 for the surface 32, since there is no longer any separation. This also ensures that the short-circuit current will spread to the adjacent webs and areas avoided. Furthermore, its energy is significantly reduced as a result, that there is no more energy from the neighboring partial areas through the now missing Ouerverbindungen can be contributed to a larger extent.
Die Abb.7 zeigt ein Kammuster mit Unterteilung der Flächen durch Stege, die etwa in der Mitte der einzelnen Flächen liegen. Die Teilfläche 51 ist elektrisch direkt mit den Stromzuführungsstreifen 53 verbunden, die Teilfläche 5o grenzt auf dem Dielektrikumsband an den nichtmetallisierten Randstreifen 54. Ein Ausbrand wird immer ein Dielektrikumsteil treffen zwischen einer Teilfläche, z. B. 5o, und einer darüber- oder darunterliegenden gegenpoligen. Teilfläche, die, wie z. B. 51, an ihrem Stromzuführungsstreifen hängt. Die große Stromdichte am Steg 52 trennt die Fläche 5o ab, und der Kurzschlußstrom ist damit unterbrochen. Die Teilfläche 50 ist dann als Kapazität zwar ausgefallen, aber sie ist nur ealb so groß wie die ganze Kammfläche. Ohne die Unterteilung der ganzen Fläche durch den Steg in der Mitte wäre erfahrungsgemäß ein großer Teil und im ungünstigsten Falle auch die darüberliegende Fläche ebenfalls abgetrennt worden und ausgefallen.Figure 7 shows a comb pattern with subdivision of the surfaces by webs that are roughly in the middle of the individual surfaces. The partial area 51 is electrically connected directly to the power supply strip 53; the partial area 5o adjoins the non-metallized edge strip 54 on the dielectric strip. A burnout will always hit a dielectric part between a partial area, e.g. B. 5o, and one above or below opposite polarity. Partial area, such as B. 51, depends on their power supply strip. The high current density at the web 52 separates the area 50, and the short-circuit current is thus interrupted. The partial area 50 then failed as a capacitance, but it is only about as large as the entire ridge area. Without the subdivision of the entire area by the web in the middle, experience has shown that a large part and, in the worst case, the area above it would also have been separated off and failed.
Die Abb.8 zeigt ein Ersatzschaltbild für zwei gegenpolige, d. h. aufeinanderliegende Kammflächen. Die Flächen 5o und 5 i z. B. sind hier die oberen Kondensatorflächen. Der Steg 52 bedeutet eine Sicherung zwischen diesen Teilflächen 5o und 51, während der Randstreifen, der die Stromzuführung bewirkt, oder aber die Fläche 51 im Sinne der obigen Ausführungen als Sicherung 53 angesehen werden kann. Der Steg 52 ist mit einem so geringen Querschnitt ausgeführt, daß er die größte Stromdichte bzw. spezifische Stromwärme in diesem System auszuhalten hat und bei einem Kurzschlußstrom abgetrennt wird.Fig.8 shows an equivalent circuit diagram for two opposing polarity, ie one on top of the other, comb surfaces. The surfaces 5o and 5 i z. B. here are the upper capacitor surfaces. The web 52 means a fuse between these partial surfaces 5o and 51, while the edge strip, which causes the power supply, or the surface 51 can be viewed as a fuse 53 in the sense of the above explanations. The web 52 is designed with such a small cross section that it has to withstand the greatest current density or specific current heat in this system and is cut off in the event of a short-circuit current.
Ein Beispiel für ein neues Muster gibt die Draufsicht auf einen Metallbelag in Abb. 9. Vom Stromzuführungsstreifen 55 her werden die hintereinandergeschalteten Teilflächen 56 bis 6o gespeist. Sie sind durch Stege verschiedener Breite untereinander verbunden. Der breiteste Steg 61 in dieser Reihe liegt wieder dem Stromzuführungsstreifen 55 am nächsten. Man. kann dieses Muster auch nach Art des in Abb. 7 abgebildeten als Kammuster auffassen, bei dem die einzelnen Kammzinken breiter als üblich gehalten sind und dafür durch Stege in Teilflächen unterteilt sind. Hierdurch hat dieses Muster wiederum Ähnlichkeit mit -dem vorher beschriebenen Rautenmuster der Abb. 4. In der Abb. 9 sind je drei Reihen der Teilflächen noch am Ende miteinander verbunden, damit eine Teilfläche beim Abtrennen nicht als Kapazität ausfällt, sondern über die Nachbarreihe mit dem Stromzuführungsstreifen verbunden ist. Beim Abtrennen z. B. am Steg 62 sind die Teilflächen 59 und 6o durch den Steg 6.3 mit der Nachbarreihe verbunden geblieben, und nur wenn mehrere Stege abbrennen, kann ein ganzes Flächenelement für die Kapazität ausfallen.An example of a new pattern is the top view of a metal covering in Fig. 9. From the power supply strip 55, the Partial areas 56 to 6o fed. They are one below the other by webs of different widths tied together. The widest web 61 in this row is again the power supply strip 55 closest. Man. this pattern can also look like the one shown in Fig. 7 to be understood as a comb pattern in which the individual comb teeth are wider than usual and are therefore divided into partial areas by webs. This has this Pattern again resembles the diamond pattern in Fig. 4. In Fig. 9, three rows of the partial areas are connected to each other at the end, so that a partial area does not fail as a capacity when it is separated, but over the neighboring row is connected to the power supply strip. When separating z. B. on the web 62 are the partial areas 59 and 6o through the web 6.3 with the adjacent row remained connected, and only if several webs burn off, a whole surface element can for capacity fail.
Die Abb. io gibt ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Muster, bei welchem aber die abgetrennte Fläche nicht wie in Abb. 7 elektrisch isoliert bleibt, sondern mit einer Nachbarfläche elektrisch verbunden ist und somit gar nicht als kapazitive Fläche ausfällt. Der durch den Steg 64 in Abb. io für den Strom zugängliche Teil 65 der Fläche ist durch die Streifen 66 und 67 mit der benachbarten Teilfläche 68 verbunden. Kommt es zum Durchschlag in der Fläche 65, sa erfolgt ihre Abtrennung am Steg 64. Die schmalen Streifen 66 und 67 wirken als Vorwiderstände und verhindern, daß der Steg 69 der benachbarten Fläche 68 abgetrennt werden kann. Der Strom findet daher über den Steg 69 und die Streifen 66 und, 67 immer noch seinen Weg in die Teilfläche 65. Dieses Muster ergibt eine weitgehende Entkopplung ohne Abtrennung von Teilflächen.Fig. Io gives a further example of a pattern according to the invention, but in which the separated area is not electrically insulated as in Fig. 7 remains, but is electrically connected to a neighboring surface and therefore not at all fails as a capacitive surface. The one accessible to the current through the web 64 in Fig Part 65 of the surface is through the strips 66 and 67 with the adjacent partial surface 68 connected. If the breakdown occurs in area 65, it is separated off at the web 64. The narrow strips 66 and 67 act as series resistors and prevent that the web 69 of the adjacent surface 68 can be severed. The stream finds therefore over the web 69 and the strips 66 and, 67 still its way into the Partial area 65. This pattern results in extensive decoupling without separation of partial areas.
Alle die Muster, die verschieden große Querschnitte der Stege haben, sind an bestimmte Größen der Stege gebunden und eignen sich daher nicht für alle Kondensatoren. Sie dürften nur bei größeren Breiten der Dielektrikumsbänder zu verwirklichen sein. Es sei noch erwähnt, daß man ein Muster über die Breite der Dielektrikumsbänder auch so ausführen kann, daß, die Teilflächen schräg liegen, z. B. im Winkel unter 45° zur Kante des Dielektrikumsbandes. Damit werden die Teilflächen länger und der Weg für den Strom ebenfalls, so daß man den Querschnitt bzw. den spezifischen Widerstand unter Umständen besser abstufen, kann.All the patterns that have different sized cross-sections of the webs, are tied to certain sizes of the bars and are therefore not suitable for all Capacitors. They are only allowed to be realized with larger widths of the dielectric strips be. It should also be mentioned that you have a pattern across the width of the dielectric strips can also run so that the partial surfaces are inclined, z. B. at an angle below 45 ° to the edge of the dielectric tape. This makes the partial areas longer and the Path for the stream as well, so that one has the cross-section or the specific resistance graduate better under certain circumstances, can.
Eine verstärkte Wirkung erhält man auch, wenn die verschiedenen Wege, um die Stromwärme gemäß der Erfindung zu beeinflussen, miteinander verbunden werden.An increased effect is also obtained when the various ways in order to influence the current heat according to the invention, are connected to one another.
Dez Erfindungsgedanke beschränkt sich nicht auf spezielle Ausführungsformen von gemusterten Metallisierungen. Er ist ganz allgemein anwendbar.The idea of the invention is not limited to special embodiments of patterned metallizations. It is generally applicable.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEB9407D DE867888C (en) | 1943-04-08 | 1943-04-08 | Electric capacitor with burnout metal coverings |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE867888C (en) |
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1943
- 1943-04-08 DE DEB9407D patent/DE867888C/en not_active Expired
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