DE968395C

DE968395C - Elektrischer Kondensator mit einem Dielektrikum aus reckbarem Kunststoff

Info

Publication number: DE968395C
Application number: DES16345D
Authority: DE
Inventors: Leonore Boeer; Dr Andreas Ebinger; Erdmann Fischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-10-21
Filing date: 1943-10-21
Publication date: 1958-02-13

Description

Die synthetisch hergestellten dielektrischen Stoffe haben in der Kondensatorentechnik große Bedeutung erlangt, weil sie in immer gleichmäßiger Güte hergestellt werden können und besonders günstige elekirische Eigenschaften, z. B. hinsichtlich des Isolationsvermögens, des dielektrischen Verlustes usw., besitzen. Unter diesen Kunststoffen gibt es auch solche, die reckbar sind, d. h. die entweder bei der Herstellung oder aber auch nachträglich durch einen Zug bei gleichzeitiger Schaffung eines biegsamen Zustandes auf eine größere Länge gereckt werden können. Hält diese Zugbeanspruchung bis zum Festwerden des Kunststoffes an, dann behält dieser diese neue Formgestaltung bei, jedoch kann durch Wärmeeinwirkung wiederum eine Entreckung herbeigeführt werden.

Baut man nun Kondensatoren mit dielektrischen Stoffen auf, die reckbar sind, dann befindet sich der dielektrische Stoff meist auch dann, wenn er nicht in besonderer Weise gereckt worden ist, ebenfalls in einem wenn auch schwachen Reckungszustand, weil geringe mechanische Beanspruchungen auf Zug bei der Herstellung des Dielektrikums nicht zu vermeiden sind. Derartige Kondensatoren zeigen nun eine nicht genügende Konstanz des Kapazitätswertes, was offenbar

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darauf zurückzuführen ist, daß bei höheren Betriebstemperaturen, die ebenfalls nicht zu vermeiden sind, in mehr oder weniger großem Umfange eine Entreckung des Dielektrikums eintritt, wodurch sich Kapazitätsänderungen ergeben. Wenn man diesen Fehler durch eine vorangehende Wärmebehandlung ausschalten will, tritt jedoch ein weiterer Nachteil ein, der darin besteht, daß die Fertigungstoleranz derartiger Kondensatoren sehr groß wird. Eine Fertigung ίο mit kleiner Toleranz, beispielsweise schon ± 2 ⁰J₀, ist überhaupt nicht ökonomisch durchzuführen.

Noch schwieriger werden die Verhältnisse, wenn man Kondensatoren aus bewußt gerecktem Stoff aufbaut, weil bei diesen infolge des größeren Reckungsgrades während der Verwendung noch größere Kapazitätsänderungen eintreten bzw. durch eine vorangehende Entreckung sehr große Fertigungstoleranzen verursacht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mit einem Dielektrikum aus reckbarem Kunststoff hergestellten Kondensator anzugeben, dessen Kapazität bei Temperaturbeanspruchungen im wesentlichen konstant bleibt.

Die erfmdungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht im Prinzip darin, einen Kondensator, auf dessen reckbarem Dielektrikum Belegungen gaseinschlußfrei aufliegen, mit einem Kondensator, auf dessen reckbarem Dielektrikum Belegungen nicht gaseinschlußfrei aufliegen, zusammenzuschalten, da die Kapazitätsänderungen zweier solcher Kondensatoren bei Temperaturbeanspruchung einander entgegengesetzt gerichtet sind.

Der erfindungsgemäße, mit einem Dielektrikum aus reckbarem Kunststoff hergestellte Kondensator großer Kapazitätskonstanz ist also gekennzeichnet durch Zusammenschaltung von zwei getrennten Kondensatorkörpern, von denen der eine aus einem oder mehreren beidseitig metallisierten dielektrischen gereckten Kunststoffstreifen besteht und der andere aus einem nichtmetallisierten gereckten Kunststoffstreifen. Kondensatoren dieser Zusammenstellung, deren Dielektrikum jedoch aus nicht reckbarem Kunststoff besteht, sind an sich bekannt; jedoch tritt ihre hier wichtige Eigenschaft der Kapazitätskonstanz erst bei Verwendung von Dielektriken aus reckbarem Kunststoff zutage. Ebenso sind an sich Kondensatoren mit Dielektriken aus gerecktem Kunststoff bekannt, nicht aber in der beanspruchten Zusammenstellung.

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren zeigen, auch wenn sie vor der Verwendung nicht wärmebehandelt sind, einen fast vollkommen konstanten Kapazitätswert. Werden sie dagegen einer Wärmebehandlung unterzogen, beispielsweise um den Wickelkörper durch Entreckung der Kunstfolie zu verfestigen, dann stellt sich eine sehr kleine Fertigungstoleranz ein, so daß mit großer fabrikationsmäßiger Sicherheit die Kondensatoren auf den Sollwert hin gefertigt werden können. Der Aufbau dieser Kondensatoren kann im übrigen in beliebiger Weise erfolgen. Man kann der Regel der Erfindung dadurch Genüge leisten, daß man zwei vollkommen getrennt hergestellte, verschiedenartige Kondensatorkörper zusammenschaltet. Vorzugsweise wird man jedoch eine Aufbauanordnung verwenden, bei welcher ein beidseitig metallisiertes dielektrisches Band mit einem gleichen oder ähnlichen überhaupt nicht metallisierten Band zusammengewickelt ist. Eine solche Aufbauanordnung ist schematisch in der Zeichnung wiedergegeben. Hierin bedeutet α einen Wickelkörper während seiner Herstellung. Zum Aufbau dient einerseits ein dielektrisches Band b, welches auf beiden Seiten metallisiert ist. Diese Metallschichten c und d stellen die Belegungen des Kondensators dar. Zusammen mit diesem Band b ist das Band e aufgewickelt, welches keinerlei Belegung besitzt. Die Kapazität des Kondensators setzt sich nun zusammen aus der Kapazität, die zwischen den Belegungen c und d über das dielektrische Band b gegeben ist, und stellt damit nach dem Kennzeichen der Erfindung den Kondensatorteil dar, der aus einem beidseitig metallisierten dielektrischen Streifen besteht. Weiterhin aber bildet der Wickelkörper eine weitere Kapazität, die zwischen den Belegungen c und d über den dielektrischen Streifen e besteht. Dies ist der in beliebig anderer Weise aufgebaute Kondensator.

Die Erklärung, warum nun eine derartige Aufbauweise derart überraschende Ergebnisse hinsichtlich der Kapazitätskonstanz bzw. der geringen Fertigungstoleranz erbringt, ist folgende: Man muß grundsätzlich zwischen Kunstfolienkondensatoren unterscheiden, bei denen die Belegungen ohne Einschluß irgendwelcher Fremdgase auf dem Dielektrikum angebracht sind, und solchen, bei denen die Belegungen selbständig oder auf einem anderen Tragkörper als dem Dielektrikum angebracht sind, so daß sich im Feld zwischen den Belegungen außer dem Kunststoff auch noch Luft als Dielektrikum befindet. Beide Kondensatorarten zeigen ein entgegengesetztes Verhalten. Kondensatoren, bei denen die Belegungen beispielsweise aus selbständigen Metallfolien bestehen, nehmen, wenn der Reckungszustand des Dielektrikums ganz oder teilweise durch Wärmeeinwirkung aufgehoben wird, in ihrer Kapazität zu. Dies liegt daran, daß die im Kondensatorkörper enthaltenen Lufträume bei der Entreckung des Dielektrikums durch dielektrisches Material angefüllt werden, während gleichzeitig die Größe der Belegungen unverändert bleibt. Da die Dielektrizitätskonstante des Kunststoffes größer als die von Luft ist, muß sich also eine Kapazitätsvergrößerung einstellen. Betrachtet man auf der anderen Seite Kondensatoren, bei denen im elektrischen Feld ausschließlich Kunststoff als Dielektrikum vorhanden ist, bei welchen also die Belegungen einschlußfrei auf dem Dielektrikum haften und keinerlei Lufteinschlüsse vorhanden sind, dann wird bei der Entreckung dieses Dielektrikums, bei dem ja bekanntlich eine Dickenzunahme erfolgt, ein größerer Abstand zwischen den Belegungen hervorgerufen, gleichzeitig aber auch, infolge der Längs- und Querkontraktion des Bandes, eine Verkleinerung der Belegung, die ja infolge ihres Festhaftens auf dem Dielektrikum mitgenommen wird, eintreten. Beides führt zu einer Kapazitätsverkleinerung.

Setzt man gemäß der Lehre der Erfindung einen Kondensator aus Teilen mit derart gegensätzlichem Verhalten zusammen, dann kompensieren sich die durch die Entreckung hervorgerufenen Erscheinungen. Benutzt man also einen Kondensator ohne herstel-

lungsmäßige Wärmeanwendung, dann können zwar durch während der Betriebszeit auftretende Übertemperaturen Kapazitätsänderungen erfolgen, jedoch erfolgen diese in den einzelnen Teilen des Kondensators in entgegengesetzter Richtung, so daß die Gesamtkapazität des Kondensators fast oder ganz unverändert bleibt. In gleicher Weise wird auch bei herstellungsmäßig wärmebehandelten Kondensatoren eine sehr kleine Fertigungstoleranz erreicht. Bei der Herstellung von Wickelkörpern entsprechend dem Aufbau der Zeichnung, die in einer Größe von 250 nF hergestellt wurden, betrug die Kapazitätsänderung nach der Wärmebehandlung zwischen 0,08 und 1,5 %, im Mittel 0,6 ⁰J₀, d. h., es wäre ohne besondere Mühe eine Fertigung von 0,5- oder i°/_oigen Kondensatoren möglich, während bei der Herstellung der gleichen Kondensatoren in der althergebrachten Weise Toleranzgrenzen bis ± 10 ⁰I₀ üblich sind.

Da die vorgenannten erreichten Toleranzwertgrenzen beide positiv sind, ergibt sich, daß man durch eine geringe Veränderung im kapazitiven Anteil der einzelnen Aufbauanordnungen des Kondensators eine noch weitergehende Verbesserung erzielen kann, wenn man die untere Toleranzgrenze ebenso weit vom NuIlwert ins negative Gebiet verlagert wie die positive Grenze, weil dann noch kleinere Toleranzgrenzen einzuhalten möglich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit einem Dielektrikum aus reckbarem Kunststoff hergestellter Kondensator großer Kapazitätskonstanz, gekennzeichnet durch Zusammenschaltung von zwei getrennten Kondensatorkörpern, von denen der eine aus einem oder mehreren beidseitig metallisierten, dielektrischen gereckten Kunststoffstreifen und der andere aus einem nichtmetallisierten gereckten Kunststoffstreifen besteht.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beidseitig metallisierter dielektrischer Streifen mit einem nichtmetallisierten dielektrischen Streifen zusammengewickelt ist.

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel einer Wärmebehandlung ausgesetzt ist, bei der das Dielektrikum das Bestreben hat, sich zu entrecken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 633 371, 818 126, 019;
USA.-Patentschrift Nr. 971 667.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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