DE947099C

DE947099C - Belegung fuer statische Kondensatoren, insbesondere Folie mit aufgebrachter, als Dielektrikum dienender Oxydschicht

Info

Publication number: DE947099C
Application number: DES27279A
Authority: DE
Inventors: Ernst Steiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-02-21
Filing date: 1952-02-21
Publication date: 1956-08-09

Description

Belegung für statische Kondensatoren, insbesondere Folie mit aufgebrachter, als Dielektrikum dienender Oxydschicht Die Erfindung betrifft Belegungen für statische Kondensatoren, insbesondere Metallfolien, auf der eine dünne, im Kondensator als Dielektrikum dienende Dielektrikumschicht aus einer Metallverbindung,insbesondere einem Oxyd, festhaftend aufgebracht ist, und Kondensatoren, die unter Verwendung von solchen Folien hergestellt sind. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß die elektrische Festigkeit derartiger Schichten oft darunter leidet, daß bei Temperaturschwankungen die Belegungen sich ausdehnen und dadurch die auf ihnen aufgebrachten Oxydschichten feine Risse erhalten, so daß die Spannungsfestigkeit der aus solchen Belegen hergestellten Kondensatoren leidet. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Dicke der die Oxydschicht tragenden metallischen Belegung zur Dicke der aufgebrachten Oxydschicht so klein zu bemessen, daß die Festigkeit der Oxydschicht ausreicht, um bei Temperaturänderungen das Aluminium plastisch zu verformen. Verwendet man insbesondere eine Aluminiumfolie mit einer Fließgrenze von etwa 2q.0 kg/cm2 in weichgeglühtem Zustande (s. r in Fig. r) und bringt auf ihr eine Ouarzschicht a auf, wobei die Bruchgrenze des Quarzes. (S'02) etwa 90o kg/cm2 beträgt, so darf das Verhältnis der Dicke D der Aluminiumfolie z zur Dicke d der Si 02 Schicht 2 nicht größer sein als das Verhältnis der beiden oben angegebenen Festigkeitsgrenzen, also kleiner als 900/2q.0 = etwa 3,7. Es empfiehlt sich jedoch, das Verhältnis noch kleiner zu wählen, damit auch noch die zusätzlich zu den temperaturbedingten Belastungen auftretenden mechanischen Beanspruchungen von der Oxydschicht ohne Bruch aufgenommen werden können. Solche zusätzlichen Belastungen treten vor allem dannauf, wenn, wie es vielfach erwünscht ist, aus den erfindungsgemäßen Folien Wickelkondensatoren hergestellt "verden, insbesondere dann, wenn sie auf einen -Wickeldorn kleinen Durchmessers gewickelt werden. Es empfiehlt sich außerdem häufig, auf die Belegung (i in Fig.2) beidseitig je eine Oxydschicht (2; 3 in Fig. 2) aufzubringen. Hierbei genügt es vielfach, die Dicke der beiden Oxydschichten 2, 3 so zu bemessen, daß sie beide zusammen bei Temperaturschwankungen fest genug sind, um das Metall der sie tragenden Belegung i plastisch zu verformen. Bei der Verwendung derartiger Belegungen für Wickelkondensatoren ist es aber auch wieder vorteilhaft, die Dicken der Oxydschichten noch etwas größer zu wählen, als es sich aus dieser Vorschrift ergibt, weil zusätzlich zu den temperaturbedingten Beanspruchungen der Oxydschicht noch die mechanischen Belastungen durch das Biegen der Folien um den Wickeldorn herum auftreten.
Es empfiehlt sich außerdem, die Dicke der Dielektrikumschicht selbst möglichst klein zu wählen, damit sie genügend elastisch ist, um ohne Bruch gekrümmt, z. B. um einen Wickeldorn gewickelt zu werden. Die obere tragbare Grenze liegt etwa bei 2,5 ,um; vorzuziehen ist es aber, die Oxydschicht noch dünner als 2,5 ,um, insbesondere etwa gleich i um -oder kleiner, zu machen. In diesem Falle müßten also damit die obigen Forderungen eingehalten und auch die das Dielektrikum tragende Folie i klein gewählt werden.
Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich bei der Verwendung von Aluminium als Trägerfolie. Hierbei ist es zu empfehlen, weichgeglühtes Aluminium zu verwenden, insbesondere Aluminium sehr hoher Reinheit von etwa 99,99%. Die Dicke der Aluminiumfolie ist vorzugsweise gleich etwa io ,um, besser noch kleiner, z. B. etwa 5 bis 6 ,um. Als Oxydschicht können vorteilhaft z. B. Quarzschichten aufgebracht werden, wie dies oben schon angedeutet ist, indem das Si 02 auf die Aluminiumfolie aufgedampft wird, oder es können - und das hat sich als besonders günstig erwiesen - Formierschichten auf der Aluminiumfolie gebildet werden, wie -dies z. B. von Elektrolytkondensatoren her schon bereits bekannt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt,, sondern sie betrifft auch Belegungen aus beliebigem Metall und beliebigen als Dielektrikum dienenden, festhaftend aufgebrachten spröden Schichten, insbesondere jedoch Folien i aus Ventilmetall, zweckmäßig Aluminium oder Tantal, mit aufformierten als Dielektrikum dienenden Oxydschichten 2. Ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung einer derartigen Belegung mit beidseitig aufgebrachter festhaftender Oxydschicht ist in der Fig. 3 gezeigt. In ihr ist q. eine Vorratsrolle einer Aluminiumfolie 5, die über eine Umlenkrölle 6 in geeigneter Weise durch ein Formierbad 7 geführt wird, wobei sie in einen Elektrolyt 8 eintaucht. Nach Eintauchen in den Elektrolyt wird die Folie im Bad nach Art der Anoden für Elektrolytkondensatoren formiert. Sie wird durch die Rolle 9 wieder umgelenkt und tritt dann aus dem Elektrolyt wieder aus, gleitet über die Umlenkrolle io und wird dann in beidseitig formiertem Zustande auf die Vorratsrolle i i aufgerollt. Die Bildung der Formierschicht auf der Aluminiumfolie erfolgt beidseitig durch anodische Oxydation. Zu diesem Zweck wird der Pluspol der an das Bad gelegten Spannung E der Folie über die gleichzeitig zur Kontaktierung dienende Umlenkrolle6 geführt, während der negative Pol der Spannung an das Bad 7 gelegt ist. Ein großerVorteil dieser erfindungsgemäßenBelegungen besteht darin, daß sie die Herstellung elektrostatischer Kondensatoren gestatten, bei denen also kein Elektrolyt im Kondensator vorhanden ist. Dieser Vorteil wird vor allem durch die oben angegebene Bemessung der Dicken von Belegung und Dielektrikum erzielt. Durch die Erfindung ist außerdem- die Herstellung von Wickelkondensatoren ermöglicht, die sehr hohe Temperaturen aushalten, korrosionsfest sind und keine Imprägnierung benötigen. Diese Kondensatoren können unter Verwendung von zwei erfindungsgemäßen Folien aufgebaut sein, es empfiehlt sich jedoch vielfach, auf die beidseitig mit der Dielektrikumschicht versehene Folie, insbesondere beidseitig der Folie, je einevorzugsweise regenerierfähige Metallschicht als Gegenbelegung aufzubringen, z. B. aufzudampfen, wobei ,dann der Kondensator aus nur einer erfindungsgemäßen Folie hergestellt wird. Einen Ausschnitt aus einer solchen Folie zeigt Fig, q, in der wieder i die Belegung, 2 und 3 die aufgebrachten Dielektrikumschichten und 12, 13 die aufgedampften Gegenbelegungen darstellen. Zweckmäßig bestehen sowohl die Belegung i als auch die Gegenbelegungen 12, 13 aus Aluminium, während als Dielektrikumschichten 2, 3 ein Oxyd der Belegung i, insbesondere Ale 03, dient.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Belegung für statische Kondensatoren, insbesondere Folie, auf die eine dünne im Kondensator als Dielektrikum dienende spröde Schicht festhaftend aufgebracht -ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke (D) der Belegung zur Dicke (d) der aufgebrachten, insbesondere aus einem Metalloxyd bestehenden Dielektrikumschicht höchstens gleich, vorzugsweise kleiner ist als das Verhältnis der Bruchgrenze der Dielektrikumschicht zur Fließgrenze der metallischen Belegung, so daß bei Temperaturänderungen das Metall der Belegung plastisch verformt wird. z. Belegung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihr beidseitig je eine Dielektrikumschicht aufgetragen ist. 3. Belegung nach Anspruch, 2, dadurch gekennzeichnet, .daß beide Dielektrikumschichten zusammen fester sind als die .Belegung. 4. Belegung nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Dielektrikumschicht kleiner als 2,5 ,um, insbesondere gleich oder kleiner als i ,um ist. 5. Belegung nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus insbesondere weichgeglühtem Aluminium besteht. 6. Belegung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Aluminium sehr hoher Reinheit von etwa 99,99% besteht. 7. Belegung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ihr aufgebrachte Dielektrikumschicht aus Si 02 besteht. B. Belegung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ihr aufgebrachte Dielektrikumschicht aus einem Umsetzungsprodukt, vorzugsweise einem Oxyd, des Metalls der Belegung besteht. 9. Belegung, insbesondere Aluminiumbelegung, nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daßsie dünner als ioym, insbesondere gleich etwa 6,um ist. io. Belegung nach einem der Ansprüche i bis 7, oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Si 02 bestehende Dielektrikumschicht auf die Belegung aufgedampft ist. i i. Belegung nach einem der Ansprüche i bis 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Formieren der Belegung in einem elektrolytischen Bad (Fig. 3) eine das Dielektrikum bildende Oxydschicht hergestellt ist. 12. Aus einer Belegung nach einem der Ansprüche i bis i i hergestellter Kondensator, insbesondere Wickelkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oxydschicht, vorzugsweise beidseitig, eine regenerierfähige dünne Gegenbelegung, z. B. eine Aluminiumschicht aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung N 4i i VIII c /2I g.