DE965259C

DE965259C - Kondensator fuer grosse Kapazitaeten

Info

Publication number: DE965259C
Application number: DEP36436A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Pfister; Otto Schoener
Original assignee: NSF NUERNBERGER SCHRAUBENFAB
Current assignee: NSF NUERNBERGER SCHRAUBENFAB
Priority date: 1949-03-11
Filing date: 1949-03-11
Publication date: 1957-06-06

Description

Kondensator für große Kapazitäten In elektrischen Schaltanordnungen werden häufig Kondensatoren für große Kapazitäten von einigen :Xlikrofarad benötigt. Für diesen Zweck stehen bisher lediglich Elektrolyt-Kondensatoren zur Verfügung, die jedoch schwerwiegende Nachteile besitzen. So sind sie nicht nur sehr empfindlich gegen chemische Einflüsse aller Art, sondern sie weisen auch eine starke Temperaturabhängigkeit ihrer Kapazität und des Verlustwinkels auf. Darüber hinaus ist auch ihre Spannungsfestigkeit ziemlich gering, denn sie können nicht über 55o Volt hinaus beansprucht werden. Schließlich ist es allgemein bekannt, daß derartige Kondensatoren nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen, da sie nachkürzerer oder längerer Zeit durch Austrocknen unbrauchbar «erden. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bereits vorgeschlagen worden, Kondensatoren mit einem keramischen Dielektrikum zu verwenden. Kondensatoren dieser Art sind zwar für kleine Kapazitäten in Plattenform bereits verwendet worden. Ihre Anwendung für große Kapazitäten scheiterte jedoch bisher an ihrem zu großen Platzbedarf, der ihrem Einbau in Geräte hindernd entgegenstand. Bereits bekannt ist ebenfalls, als Dielektrikum für keramische Massen dünne, mittels der Strangpresse gezogene Hohlkörper von kreisförmigem oder auch spiraligem Querschnitt zu verwenden. Aus Herstellungsgründen ist jedoch der Abstand zwischen den einzelnen Lagen der Spirale des Dielektrikums nach unten begrenzt. Die spezifische Kapazitätsausbeute ist daher relativ gering. Bei derartigen Kondensatoren werden keramische Massen hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. ein Gemisch aus Titandioxyd mit Strontium-, Lanthan- und Bariumverbindungen verwendet.
Durch die Erfindung gelingt nun die Anwendung dieser Massen auch für die Herstellung von Kondensatoren mit großen Kapazitäten auf kleinstem Raum. Diese, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der keramische Kondensator mit einem Dielektrikum spiralenförmigen Querschnitts im Wickelverfahren hergestellt ist. Die verbliebenen spiralenförmigen Zwischenräume zwischen den Kondensatorbelägen können nachträglich mit Stoffen vorzugsweise hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. mit einem Gemisch von Titandioxyd mit Strontium- und Bariumv erbindungen ausgefüllt werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensators kann in der Weise vorgenommen werden, daß die in plastischem Zustande befindliche keramische Masse in dünne Platten ausgewalzt oder aus Düsen mit entsprechend geformtem Querschnitt in Form eines dünnen Bandes ausgespritzt wird. Die so erzeugten Bänder werden dann unter Zwischenlage eines elastischen oder unelastischen Mittels, z. B. einer. Kunststoffolie, einer Metallfolie, einer Papierbeilage od. dgl., spiralig aufgerollt. Die Herstellung der Wickel kann jedoch auch in der Weise erfolgen, daß die keramische Masse auf die Beilage, z. B. auf eine Metallfolie od. dgl., aufgestrichen oder aufgewalzt und anschließend mit dieser aufgerollt wird. Damit ist dem Kondensator die Form gegeben.
Der auf die geschilderte Weise vorbereitete Wickel wird nun getrocknet, wobei die Beilage in ihm verbleibt. Nach der erfolgten Trocknung kann sie aus dem Wickel entfernt werden, was bei der Verwendung von Kunststoffolien beispielsweise durch Herauslösen mit einem Lösungsmittel erfolgen kann. Dieses Lösungsmittel darf naturgemäß kein Wasser oder solche Stoffe enthalten, welche die keramische Masse zum Zerfallen bringen. Zweckmäßig ist es jedoch, die Beilage erst nach dem auf das Trocknen erfolgenden Vorbrand aus dem Wickel herauszulösen, weil auf diese Weise die Stabilität der getrockneten Formkörper erhalten bleibt. Nunmehr können beliebige Lösungsmittel, also auch solche, die Wasser enthalten, zur Anwendung gelangen, da der Formkörper nunmehr eine genügende mechanische und chemische Festigkeit aufweist. Werden Stoffe als Beilagen verwendet, die den Vorbrand überstehen, so ist die Möglichkeit gegeben, diese Stoffe, z. B. Metallfolien oder Papier, durch den Prozeß des Garbrandes selbst zu entfernen, da sie während dieses Vorganges entweder ausschmelzen oder rückstandslos verbrennen.
Als Beilage kann auch eine streichfähige Masse, z. B. Gelatine, verwandt werden, die auf die ausgewalzte keramische Masse aufgestrichen wird.
Nach dem Brennen erfolgt das Aufbringen der Kondensatorbeläge nach an sich bekannten Verfahren. Dieser Arbeitsvorgang kann z. B. durch Tauchen in eine geeignete Metallsalzlösung, etwa von kolloidalem Silber, aus der sich der Belag direkt niederschlägt, erfolgen. Der Belag kann aber auch in an sich bekannter Weise durch Reduktion einer Metallsalzlösung, z. B. Silbernitrat, mit einem geeigneten Reduktionsmittel, z. B. Formaldehyd od. dgl., auf chemischem Wege auf dem spiralförmig geformten Dielektrikum erzeugt werden. Auch in diesem Falle geschieht das Anwenden der Lösungen vorteilhaft in Tauchverfahren. Nach dem Aufbringen des Metallbelages kann dieser beispielsweise durch einen Trockenprozeß oder durch Gberziehen mit einer Schutzschicht, z. B. aus einem Kunststoff, verfestigt werden. Um Innen- und Außenbelag, die durch Tauchen miteinander verbunden sind, voneinander zu trennen, genügt es, die Ränder des Metallbelages abzuätzen.
Bereits eingangs wurde erwähnt, daß der Zwischenraum zwischen den Belägen mit einer Masse vorzugsweise hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt sein kann. Es ist durch eine entsprechende Wahl der Dielektrizitätskonstante der eingefüllten Masse die Möglichkeit gegeben, die Kapazität des Kondensators zu beeinflussen. Schon ein mehr oder weniger hohes Einfüllen der Masse in die Zwischenräume läßt ein Abgleichen der Kapazität zu. Bei einem entsprechenden Füllungsgrad wird der Kondensator auf diese Weise durch die mechanischen Eigenschaften des Füllmaterials verfestigt. Auch die elektrische Stabilität eines derart hergestellten Kondensators wird günstig beeinflußt. Weiterhin kann die eingefüllte Masse selbst durch einen Verdichtungsvorgang, wie Einpressen, Einstampfen u. dgl., oder durch ein organisches oder anorganisches Bindemittel, z. B. durch eine Kunststofflösung, durch Wasserglas od. dgl., verfestigt werden. Auch kann die eingefüllte Masse durch eine chemische oder thermische Behandlung gehärtet, gesintert oder polymerisiert werden, wobei sich selbstverständlich ebenfalls eine Beeinflussung des Kapazitätswertes ergibt.
Besonders einfach gestaltet sich das Einbringen der in Rede stehenden Massen zwischen den einzelnen Windungen des spiralförmig ausgebildeten Kondensators, wenn als Füllstoff eine Flüssigkeit, wie z. B. Diphenyl, oder eine gallertartige Masse, wie z. B. Gelatine, verwendet wird. In diesem Falle ist es leicht möglich, das Einfüllen unter Vakuum vorzunehmen. wodurch eine sichere und vollständige Ausfüllung der Hohlräume erzielt wird.
Durch die schematisch gehaltenen Figuren sei die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt Fig. i eine perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Kondensators, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Kondensator in vergrößertem Maßstab, wobei die einzelnen Schichten nicht maßstabsgetreu wiedergegeben sind, Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Kondensator in einer der Fig.2 entsprechenden Wiedergabe, und Fig. q. die Herstellung eines Wickels.
Fig. i gibt eine perspektivische Ansicht eines Kondensators wieder, der, wie Fig.2 zeigt, aus einem spiralig gewickelten, aus einer keramischen Masse hoher Dielektrizitätskonstante gebildeten Dielektrikum i besteht, das die beiden Kondensatorbeläge a und 3 mit den angedeuteten Anschlüssen .4 und 5 besitzt. Der Zwischenraum zwischen den einzelnen Windungen ist gemäß der Erfindung mit einem Stoff 6 ausgefüllt, der eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist. Aus Fig.3 ist zu ersehen, daß der eingefüllte Stoff 6 nicht den gesamten Innenraum auszufüllen braucht.
Bei der in Fig.4 ebenfalls schematisch veranschaulichten Darstellungsweise wird die ausgewalzte oder aus einer entsprechend geformten Düse landförmig ausgespritzte keramische Masse i mit einer Beilage 7 versehen und spiralförmig aufgewickelt, um anschließend dem oben geschilderten Trocknungs- und Brennprozeß zugeführt zu werden. Wird die keramische Masse auf die Beilage aufgestrichen, so kehrt sich die in Fig. 4 angegebene Schichtenfolge um.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Kondensator für große Kapazitäten mit einem keramischen Dielektrikum z. B. aus Titandioxyd unter Zusatz von Barium, Strontium- und/oder Lanthanverbindungen mit spiralenförmigem Querschnitt, auf dessen beiden Seiten der Kondensatorbelag aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator im Wickelverfahren hergestellt ist. z. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der verbliebene Zwischenraum zwischen den Kondensatorbelägen mit Stoffen vorzugsweise hoher Dielektrizitätskonstante mindestens teilweise ausgefüllt ist. 3. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach den Ansprüchen i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse in plastischem Zustand in dünne Streifen ausgewalzt oder aus Düsen mit entsprechend geformtem Querschnitt als dünnes Band ausgespritzt und anschließend unter Beilegung einer elastischen oder unelastischen Zwischenlage, z. B. aus Kunststoffolien, Papier, Metallfolien od. dgl., spiralig aufgerollt wird. ,4. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse auf eine Beilage aufgewalzt oder aufgestrichen und anschließend mit dieser zusammengewickelt wird. 5. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilage nach der erfolgten Lufttrocknung der keramischen Masse aus dem Wickel entfernt wird. 6. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilage nach dem Vorbrand aus dem Wickel entfernt wird. 7. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilage bis zum Garbrand im Wickel verbleibt und während desselben entweder rückstandslos verbrennt oder ausscheidet. B. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer streichfähigen Masse, z. B. Gelatine, als Beilage. 9. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der in an sich bekannter Weise aufgebrachte Metallbelag durch einen sich an das Aufbringen anschließenden Trockenprozeß, durch einen Brennprozeß oder durch Überziehen mit einer Schutzschicht, z. B. aus Phenolharzen, gefestigt wird. io. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und der Außenbelag durch Entfernen der Ränder des Metallbelages, z. B, durch Abätzen, voneinander getrennt werden. i i. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden für einen Kondensator, bei- dem der Zwischenraum zwischen den Belägen mit einer Masse hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eingefüllte pulverförmige Masse durch Verdichten, z. B. Einstampfen, Einpressen od. dgl., oder durch ein organisches oder anorganisches Bindemittel, z. B. einer Kunststofflösung, Wasserglas od. dgl., verfestigt wird. 1a. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, bei dem der Zwischenraum zwischen den Belägen mit einer Masse hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eingefüllte Masse durch eine chemische oder thermische Behandlung gehärtet, gesintert oder polymerisiert wird. 13. Verfahren nach Anspruch i und/oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzufüllende Masse hoher Dielektrizitätskonstante unter Vakuum eingebracht wird. 14. Verfahren nach den Ansprüchen i i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff eine Flüssigkeit, z. B. Chloriphenyl, oder eine gallertartige Masse, z. B. Gelatine, Verwendung findet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 688 417, 738 104; britische Patentschriften Nr. 482 104, 574 577.