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Elektrostatischer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Kondensator, bei welchem
wenigstens ein Teil einer seiner Elektroden von einem dünnen Niederschlag aus Metall
in feinverteilter Form auf dielektrischem Werkstoff, beispielsweise auf einem Streifen
aus Papier oder Polystyren oder auf einem Schichtkörper aus Glimmer, gebildet wird.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen eines elektrostatischen
Kondensators mit einer Kapazität bestimmter Größe zwischen einer ersten Elektrode,
von welcher wenigstens ein Teil durch einen dünnen Niederschlag aus Metall auf einem
dielektrischen Schichtkörper gebildet wird, und einer zweiten Elektrode. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Kondensator
hergestellt wird, dessen Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode
einen größeren als den gewünschten Wert aufweist, daß darin eine dritte Elektrode
und eine Trennschicht aus Dielektrikum, welche zwischen der ersten und der dritten
Elektrode, in Kontaktberührung mit diesen angeordnet werden, und daß dann eine Spannung
zwischen erster und dritter Elektrode angelegt und die angelegte Spannung entweder
gleichförmig oder stufenweise gesteigert wird, um dadurch die Trennschicht an einer
steigenden Anzahl von Stellen zum Durchschlag zu bringen und den
dünnen
Niederschlag aus Metall auf der benachbarten dielektrischen Schicht in unmittelbarer
Nähe des Durchschlags wegzubrennen, bis die Kapazität zwischen erster und zweiter
Elektrode auf den gewünschten Wert herabgesetzt ist.
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Durch das Anbringen der dritten Elektrode und der Trennschicht wird
es ermöglicht, die Kapazität des Kondensators auf den gewünschten Wert durch einen
Abbrennarbeitsgang ohne Schädigung des Kondensatordielektrikums, welches den metallischen
Niederschlag trägt,- herabzusetzen.
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Bei Anwendung der Erfindung bei gewickelten Kondensatoren der vorbeschriebenen
Gattung kann die dritte Elektrode und die Trenndielektrikumschicht gegen das Ende
des Kondensatorwickelarbeitsgänges eingefügt werden, wobei die dritte Elektrode
eine solche Länge haben kann, daß sie nach Beendigung des Wickelarbeitsganges-aus
den Außenenden der Streifen des Kondensatordielektrikums, und zwar zwecks Bildung
eines freiliegenden Anschlusses, vorragen. Bei Anwendung der Erfindung bei Stapel-
oder Schichtkondensatoren, wie sie durch Aüfeinanderstapeln von Schichtkörpern,
z. B. aus Glimmer, aufgebaut werden, von denen jeder auf der einen Oberfläche einen
dünnen Niederschlag aus Metall in feinverteilter Form aufweist, können die dritte
Elektrode und ihre Trennschicht an einer- beliebigen Stelle im Stapel vorgesehen
werden; wobei die Trennschicht zwischen der dritten Elektrode und der benachbarten
metallisierten Fläche angeordnet wird. Alternativ kann sie auch an einem Ende des
Stapels angeordnet werden, nämlich auf dem Glimmerschichtkörper, dessen metallisierte
Oberfläche nach außen gerichtet ist. Falls eine Abstimmung oder Einregelung in einem
größeren Ausmaß gewünscht wird, als sie durch Verwendung einer einzelnen Elektrode
erreichbar ist, können auch mehrere zusätzliche Elektroden und- eine entsprechende-Anzahl
von Trennschichten zur Anwendung kommen und an verschiedenen Stellen innerhalb des
S_ tapels eingefügt werden.
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Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher -an Hand der Zeichnung, welche
Beispiele für gewickelte und gestapelte Kondensatoren wiedergibt, beschrieben werden,
und zwar zeigt Fig. i in räumlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen
nicht vollständig gewickelten Kondensator gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt
nach der Schnittlinie II-II in Fig. i, während Fig. 3 in schaubildlicher Darstellung
einen Querschnitt durch einen Stapel- oder Schichtkondensator gemäß der Erfindung
wiedergibt.
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Der in Fig. i gezeigte Kondensator wird dadurch hergestellt, daß eine
Rolle aus zwei Streifen 2 und 3 aus Polystyrenfilm durch Wickeln gebildet
wird, wobei jeder der Streifen auf der inneren seiner beiden Oberflächen einen Niederschlag
aus Metall, z. B. Kadmium, von der Größenordnung von 1/1o bis zu i Mikron Schichtstärke,
-welcher durch Verdampfen im Vakuum aufgebracht wird, trägt. Der Niederschlag auf
dem Streifen 2 erstreckt sich über die gesamte Innenfläche mit Ausnahme eines Seitenstreifens
oder Randes an der oberen Kante des- Streifens, während der Niederschlag auf dem
Streifen 3 sich über die gesamte Innenfläche mit Ausnahme eines Seitenstreifens
an der unteren Kante des Streifens erstreckt. Die Niederschläge bilden daher zwei
seitlich relativ zueinander versetzte Kondensatorelektroden ¢ und 5. Als dritte
Elektrode 6 wird vorzugsweise eine kurze Länge einer Zinnfolie mit einer Schichtstärke
von etwa sechs Mikron verwandt, während als Trenndielektrikum, welches die dritte
Elektrode 6 von der Elektrode 4 scheidet, welche sonst mit dieser in Kontaktberührung
sein würde, ein Streifen 7 aus Papier mit einer Schichtstärke von etwa derjenigen
der Normaldielektrika 2 und 3 vorgesehen wird. Die Kapazität des Sondensators i
kann dadurch auf den gewünschten Wert herabgebracht werden, daß eine Spannung zwischen
der dritten Elektrode6 und der Kondensatorelektrode4 angelegt wird, welche von dieser
durch den Trennstreifen 7 geschieden ist. Die Anordnung ist schaubildlich in Fig.
2 wiedergegeben, wo S eine elektrische Spannungsquelle, R eine Spannungsregelvorrichtung
darstellen. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß dann,. wenn durch das Anlegen der Spannung
ein Überschlag erfolgt und dieser auf den Trennstreifen 7 beschränkt -werden soll,
die dielektrische .Stärke bzw. Festigkeit dieses Streifens kleiner sein muß als
die- Summe der dielektrischen Stärken bzw. die dielektrische Gesamtfestigkeit der
beiden Streifen 2 und 3, es sei denn, daß die -beiden Kondensatorstreifen 4 und
5 auf gleichem Potential gehalten werden, in; welchem Fall die dielektrische Festigkeit
des Streifens 7 kleiner sein muß als diejenige des Streifens 3, welcher der dritten
Elektrode 6 am nächsten ist. Dadurch, daß ein Durchöder Überschlag auf den Trennstreifen
7 beschränkt wird, erfolgt die Einregelung in bezug auf die Kapazität, welche dadurch
erzielt wird, daß elektrisch der Metallniederschlag4 an der benachbarten Kapazitätsdielektrikumschicht
2 an einer größer werdenden Anzahl von Stellen weggebrannt wird, während die Spannung
gesteigert wird, und zwar ohne Zerstörung der normalen dielektrischen Schichten
2 und 3, was sonst eintreten würde, wenn nämlich die Einregelung der Kapazität durch
Anlegen der Spannung an die beiden Normalelektroden 4 und 5 des Kondensators erfolgen
würde. Die Spannung, welche erforderlich ist, um die gewünschte Herabsetzung der
Kapazität zwischen den beiden metallisierten Flächen, welche die Kondensatorelektroden
bilden, zu bewirken, hängt natürlich ab von der Schichtstärke und der Qualität bzw.
der Eigenschaft der Trennschicht. Ist diese aus Papier, so kann entweder eine Gleichstrom-oder
eine Wechselstromspannung für den Wegbrennarbeitsgang benutzt werden.
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Die Fläche der dritten Elektrode hängt von dem Größtausmaß der Einregelung
bzw. der vorzunehmenden Kapazitätsänderung ab. Wenn beispielsweise eine mögliche
Herabsetzung um 5 %, der Kapazität in Betracht kommt, so muß die Mindestfläche
der
dritten Elektrode, welche die Kondensatorelektrode überlappt, von welcher sie durch
die Trennschicht geschieden ist, größer als 504, vorzugsweise etwa ioQ/o-,
der Fläche dieser Kondensatorelektrode sein.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen Schicht- oder Stapelkondensator
ist in Fig.3 gezeigt. Er wird dadurch hergestellt, daß Schichten aus Glimmer, welche
je auf den oberen Flächen einen dünnen Niederschlag aus Metall in feinverteilter
Form aufweisen, vorzugsweise einen Niederschlag, welcher vermittels eines Vakuumniederschlagarbeitsganges
aufgebracht wird, aufeinandergestapelt werden. Die Schichten 12, von denen jede
einen Niederschlag 14 aufweist, der sich vom linken Ende bis kurz vor dem entgegengesetzten
Ende erstreckt, so daß ein nicht metallisierter Randteil an jedem Ende verbleibt,
wechseln ab mit Schichten 13, von denen jede einen Niederschlag 15 aufweist, welcher
sich vom rechten Ende bis in die Nähe des entgegengesetzten Endes erstreckt, so
daß ein nicht metallisierter Randteil an jedem Ende übrigbleibt, wie dies angedeutet
ist. Nicht metallisierte Randteile werden entlang beiden Seiten einer jeden Schicht
ausgespart. Metallfolienstreifen 16 und 17 werden zwischengefügt, um abwechselnd
vorgesehene metallisierte Schichten parallel zu verbinden. Die dritte Elektrode
18 besteht aus einer Metallfolie, die nach der Zeichnung oben auf dem Stapel aufgebracht
ist, wobei ihre Trennschicht ig zwischen diese und der metallisierten oberen Fläche
15 des oberen Schichtkörpers aus Glimmerdielektrikum gelegt oder eingefügt ist.
Bei dieser Anordnung wird die Spannung zwischen der dritten Elektrode 18 und der
benachbarten Elektrode 15 angelegt. Ein Durchschlagen des Kondensatordielektrikums
kann während der Kapazitätsabgleichung selbst dann nicht eintreten, wenn die Durchschlagfestigkeit
der Trennschicht ig größer als diejenige einer oder mehrerer Kondensatordielektrikumschichten
ist. Alternativ kann die dritte Elektrode 18 und ihre Trennschicht ig auch in der
Mitte des Stapels eingefügt werden; jedoch muß in diesem Fall, wenn das Durchschlagen
auf die Trennschicht beschränkt werden und die Einregelung in bezug auf die Kapazität
ohne Durchschlag des normalen Dielektrikums erfolgen soll, die elektrische Festigkeit
der Trennschicht ig kleiner als die Summe bzw. die gesamte dielektrische Festigkeit
der beiden normalen dielektrischen Schichten des Kondensators sein, es sei denn,
daß die beiden Kondensatorelektroden auf gleichem Potential gehalten werden, in
welchem Fall die Festigkeit der Schicht ig kleiner als die Festigkeit einer einzelnen
Normaidielektrikumschicht sein muß. Dies ergibt sich eindeutig. aus einem Vergleich
zwischen den Fig. 2 und 3. .