DE975545C

DE975545C - Verfahren zur Herstellung eines Einfolien-Bandes fuer selbstregenerierende elektrische Kondensatoren mit Lackdielektrikum

Info

Publication number: DE975545C
Application number: DEP55476A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Dauner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-09-20
Filing date: 1949-09-20
Publication date: 1962-01-04

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. JANUAR 1962

p 55476 VIII el 21g D

Dr. Karl Dauner, Karlsruhe

ist als Erfinder genannt worden

Elektrische Kondensatoren, insbesondere Wickelkondensatoren, regenerieren sich bekanntlich selbst, wenn wenigstens die eine Belegung des Kondensators so dünn gehalten ist, daß sie bei einem Durchschlag ohne Zerstörung des Kondensators verdampft bzw. verbrennt. Dies wird z. B. bei den bekannten MP-Kondensatoren dadurch erzielt, daß auf als Dielektrikum dienende Papierfolien sehr dünne Metallbelegungen aufgedampft werden. Die Kontaktierung unter Erhaltung der Regenerierfähigkeit solcher Kondensatoren ist verhältnismäßig einfach dadurch möglich, daß diese aufgedampften Belegungen gegeneinander versetzt sind, so daß an den Stirnseiten des Kondensators jeweils nur die eine bzw. die andere Belegung der Kontaktierung zugänglich ist.

Wesentlich schwieriger liegen die Verhältnisse bei den sogenannten Metallkondensatoren, bei denen nicht das Dielektrikum, sondern die eine Belegung als Trägerfolie dient. Diese Trägerfolie besteht bei bereits bekannten Lackkondensatoren aus einer Metallfolie, ζ. B. aus Aluminium. Das Dielektrikum wird bei diesen Kondensatoren von einer dünnen Lackschicht gebildet, die auf die metallische Träger-

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folie aufgebracht ist. Auf die Lackschicht wird dann die zweite Belegung des Kondensators aufgedampft oder in anderer Weise, z. B. durch Aufspritzen, aufgebracht.

Es wurde nun bereits vorgeschlagen, bei derartigen Kondensatoren die Trägerfolie so zu lackieren, daß der Lack die eine Kante der Folie weit überragend umgibt, um so eine stirnseitige Kontaktierung der beiden Belegungen des Kondensators

ίο zu ermöglichen. Die Herstellung einer derartig verbreiterten Randisolation ist aber schwierig. In dieser Richtung unternommene Versuche, die im wesentlichen darauf hinauslaufen, die Lackierung der Trägerfolie so durchzuführen, daß bei ihr auch gleichzeitig der genügend verbreiterte Rand entsteht, waren bisher erfolglos. An anderer Stelle ist auch schon vorgeschlagen worden, die auf die Lackschicht aufgebrachte Gegenbelegung regenerierfähig dünn zu machen und, um die Regenerierfähigkeit nicht zu verlieren, auch an den durch Anschlußstreifen zu kontaktierenden Stellen das Dielektrikum derart zu verstärken, daß dort Durchschläge vermieden werden.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kondensatorkörper durch einen Schneidvorgang aus einem größeren Kondensatorkörper hergestellt wird und bei dem dann an die Schnittflächen angrenzende Teile der Kondensatorbelegungen chemisch oder elektrochemisch, beispielsweise durch Eintauchen des Teilkondensators mit seinen Schnittflächen in ein Säurebad, so weit zerstört werden, daß die Kontaktierung beider Belegungen möglich wird.

Weiterhin ist es bekannt, bei der Herstellung elektrischer Kondensatoren metallische Folien einseitig mit einer Lackschicht zu überziehen und den Rand der metallischen Folien beispielsweise durch Ätzen zu entfernen, so daß ein überstehender Lackstreifen zurückbleibt. Die geätzten Ränder werden daraufhin in einem Waschvorgang von der Ätzflüssigkeit gereinigt.

An anderer Stelle ist auch schon ein Lackkondensator vorgeschlagen worden, bei dem auf eine metallische Folie ein- oder beidseitig eine Lackschicht aufgetragen ist und auf diese Lackschicht eine regenerierfähig dünne Metallschicht aufgedampft ist und wobei der zu kontaktierende Rand der metallischen Trägerfolie von der Lackschicht und, in entsprechend größerer Breite, dem Metallbelag frei gelassen wird. Die Kontaktierung der metallischen Trägerfolie kann hierbei, wie auch die der regenerierfähig dünnen Metallschichten, durch Aufspritzen von Stirnkontaktschichten erfolgen. Die Regenerierfähigkeit bleibt an den Anschlußstellen nicht erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von einem mehrschichtigen, Dielektrikum und Belegungen enthaltenden Band für besonders spannungssichere Einfolienkondensatoren anzugeben, dem eine Trägerfolie aus Metall auf beiden Seiten lackiert und auf die Lackschicht vorzugsweise beidseitig eine Gegenbelegung aufgebracht wird.

Unter sinnfälliger Ausnutzung, Zusammenstellung und Weiterbildung der eingangs beschriebenen bekannten Maßnahmen ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines breiten überstehenden Lacki'andes an beiden Längskanten der lackierten Trägerfolie das Metall mit chemischen oder elektrochemischen, den Lack aber nicht angreifenden Mitteln in einer solchen Breite entfernt wird, daß bei Anbringung des Gegenbelages an diesen Stellen kein Durchschlag erfolgen kann, wonach die Gegenbelegung in Form einer regenerierenden Schicht auf der Oberfläche der Lackschicht derart niedergeschlagen, vorzugsweise aufgedampft wird, daß je ein Mittelstreifen auf beiden Flächen der lackierten Folie frei bleibt.

Die dünnen dielektrischen Lackschichten und die dünnen regenerier fähigen Gegenbelegungen bewirken, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensatoren eine besonders hohe Raumkapazität aufweisen; die Begrenzungen der Belegungen bewirken, daß elektrische Überschlage zwischen ihnen vermieden werden und ermöglichen, sie einwandfrei zu kontaktieren. Die nach Auflösung des Randes der Metallträgerfolie überstehenden Lackränder, die den erwünschten, verbreiterten Isolationsrand bilden, können durch Druck, Temperatur oder auf sonstige Weise, z. B. chemisch miteinander fest verbunden oder verschweißt werden.

Wählt man für die Kondensatorherstellung eine Trägerfolie genügender Breite und schneidet sie, nachdem ihre beiden Ränder in der oben angegebenen Weise verbreitert isoliert sind, nach Aufbringen der dünnen Metallschicht etwa in ihrer Mitte auf, so entstehen zwei Folien, die beide für die Herstellung des Wickels geeignet sind, da sie an dem Schiiittraiid eine einwandfreie, nicht isolierte Kante der Trägerfolie besitzen und am äußeren Rand verbreitert isoliert und metallisiert sind.

Die Kontaktierung der in dieser Weise entstandenen Stirnseiten des Kondensators kann nun in an sich üblicher Weise z. B. durch Metallspritzen oder durch Verzinnung, gegebenenfalls unter Verwendung von Schall oder Ultraschall, erfolgen. Es entstehen die Stirnflächen des Kondensators bedeckende, fest zusammenhängende und elektrisch einwandfrei mit der Belegung verbundene, kappenähnliche Metallschicht«!. Die an sich berechtigten Bedenken gegen eine Kontaktierung der Kanten der äußerst dünnen Trägerfolien sind, wie Versuche ergaben, nicht gerechtfertigt, wenn nur mit der genügenden Sorgfalt die Kontaktierung, also z. B. die Verzinnung, durchgeführt wird. Die Kontaktierung der anderen Stirnseite des Kondensators bereitet keine Schwierigkeiten, da die den verbreiterten Isolierrand der Trägerfolie umfassenden Metallschichten auf der Stirnseite des Kondensatorwickels bzw. Kondensatorpaketes fast eine einheitlich geschlossene Metalloberfläche bilden, die ohne weiteres in der üblichen Weise z. B. durch Schoopieren oder Verzinnen kontaktiert werden kann.

Die au den Kanten entstehenden Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen sind so klein, daß das zur Kontaktierung benutzte Metall nicht oder nur unwesentlich in sie eindringen kann.
In den Abbildungen sind weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Abb. ι zeigt schematisch den Querschnitt einer Folie, nachdem sie in der erfindungsgemäßen Weise behandelt ist. Die ursprünglich die ganze Breite der

ίο Folie einnehmende Trägerfolie ι ist auf ihrer Oberfläche in üblicher Weise lackiert (siehe die Lackschichten 2). Durch Auflösung des Metalls der Trägerfolie au beiden Rändern sind die überstehenden Lackränder 3 entstanden. Diese brauchen nicht miteinander verschweißt zu werden. Um aber das Eindringen von Feuchtigkeit in den Kondensator und damit evtl. die Ablösung der Lackschicht von der Trägerfolie zu verhindern, empfiehlt es sich, die überstehenden Lackränder 3 durch Druck und/ oder Erwärmung oder chemisch in an sich bekannter Weise fest miteinander zu verbinden oder zu verschweißen.

Auf die in dieser Weise lackierte Trägerfolie werden dann unter Freilassen eines mittleren Streifens die Metallschichten 4 aufgebracht, insbesondere aufgedampft, die zweckmäßig die Ränder der Folie umfassen. Zerschneidet man dann die Folie in ihrer Längsrichtung in der Mitte des frei gelassenen Streifens (s. A-A in Abb. 1), so entstehen zwei getrennte, zur Herstellung von Lackwickelkondensatoren geeignete Folien, bei denen die Ränder der beiden Belegungen an den beiden Seiten der Folie leicht für die Kontaktierung zugänglich sind. Es ist aber auch möglich, die bedampfte Folie erst in gewickeltem Zustand aufzuschneiden.

In Abb. 2 ist scheniatisch ein Ausschnitt aus einem mit derartigen Folien gewickelten Kondensator dargestellt. Die Kante A-A entspricht hierbei der Schnittkante A-A der Abb. 1. Auf dieser Stirnseite des Wickels ist also die Trägerfolie der Kontaktierung zugänglich. Durch Schoopieren oder Spritzen wird eine einheitliche feste Metallkappe 5 hergestellt, die einen sicheren Kontakt mit der Trägerfolie gewährleistet. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Kondensatorwickels sind die auf die Lackschicht aufgedampften Belegungen des Kondensators sehr gut zugänglich, zumal sie, wie oben angegeben, den verbreiterten Lackrand umfassen. Auch hier wird durch Schoopieren, Verzinnen od. dgl. eine einheitliche Metallkappe 6 gebildet, die mit der zweiten von den aufgedampften Metallschichten gebildeten Belegung des Kondensators mechanisch und elektrisch einwandfrei verbunden ist. Die Zuführungsdrähte können dann an diesen Metallkappen in geeigneter Weise angebracht, z. B. angelötet werden.

Es ist jedoch nicht immer notwendig, die in Abb. ι gezeigte Folie nach Herstellung des verbreiterten Lackrandes in der Mitte aufzuschneiden, um sie unmittelbar zur Herstellung des Kondensators zu verwenden. Abb. 3 zeigt ebenfalls schematisch einen Ausschnitt aus einem in dieser Weise hergestellten, z. B. gewickelten Kondensator. Zum Unterschied gegenüber der Ausführung in Abb. 2 wird hier die Trägerfolie überhaupt nicht zur Kontaktierung benutzt, sondern nur die beiden Metallbelegungen an den beiden verbreiterten Rändern der Folie. Es entsteht dadurch eine innere Reihenschaltung der beiden Teilkapazitäten des Kondetisators, von denen die eine von der Trägerfolie und der in Abb. 3 links dargestellten aufmetallisierten Schicht, die andere von der Trägerfolie und von der in Abb. 3 rechts dargestellten metallisierten Schicht gebildet wird. Bei gegebener Lackdicke sind somit diese Kondensatoren für höhere Spannungen geeignet, oder bei gegebener Spannung kann in solchen Fällen die Dicke der Lackschicht etwa auf die Hälfte herabgesetzt werden. Die Kontaktierung eines solchen Kondensators findet, wie auch aus Abb. 3 ersichtlich, durch Schoopieren oder Verzinnen der den verbreiterten Lackrand umfassenden Metallschichten statt. Bei beiden Ausführungen nach Abb. 2 und 3 ist also offenbar der Kondensator einwandfrei kontaktiert und gleichzeitig seine Regenerierfähigkeit erhalten geblieben.

Abb. 4 zeigt eine besonders zweckmäßige Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Metall der Trägerfolie zur Gewinnung des verbreiterten Isolationsrandes am Rande der Folie aufgelöst wird. Es besteht natürlich an sich die Möglichkeit, diese Auflösung z. B. auf rein chemischem Wege durch stirnseitiges Eintauchen einer Trägerfolienrolle in eine das Metall der Trägerfolie herausätzende Flüssigkeit durchzuführen. Doch treten hierbei verschiedene Nachteile auf. Insbesondere dringt die Ätzflüssigkeit auch zwischen die einzelnen Wickelschichten und kann aus der Rolle nachträglich nicht oder nur schwer entfernt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird deshalb zur Durchführung des Verfahrens eine Wanderbadätzung vorgeschlagen, und zwar eine elektrochemische, da eine rein chemische Ätzung der Trägerfolie nicht immer geeignet ist, einen ausreichenden, gleichmäßig tief ausgeätzten Rand zu erzeugen. Die Stromzuführung bereitet hierbei Schwierigkeiten, und es wird deshalb vorgeschlagen, die Ätzung in mehreren Bädern vorzunehmen, durch die das zu ätzende Band in Pfeilrichtung ¹¹⁰. (s. Abb. 4) hindurchgleitet und von denen das erste (1 in Abb. 4) lediglich als Stromzuführungsbad dient, während im folgenden (2 in Abb. 4) das Metall an den Rändern der Trägerfolie aus dem durchlaufenden Band 4 herausgeätzt wird. Dementsprechend wird bei Verwendung von Gleichstrom an das erste Bad der Pluspol und an das zweite der Minuspol der Spannungsquelle gelegt. Das Bad 3 dient zweckmäßig als Reinigungsbad und bewirkt das Herausspülen der eventuell zwisehen den überstehenden Lackrändarn (s. 3 in Abb. 1) verbliebenen Reste des Metalls der Trägerfolie. Nachdem die Folie durch das Bad 3 geglitten ist, wird sie dann getrocknet. Die verbliebenen überstehenden Lackränder (s. 3 in Abb. 1) können, wie bereits gesagt, miteinander verschweißt werden,

und anschließend folgt dann das Aufdampfen der Lackbelegungen (s. 4 in Abb. 1). Sowohl bei der chemischen als auch der elektrochemischen Ätzung ist es von besonderem Vorteil, wenn die zu ätzenden Ränder der Folie stirnseitig einwandfrei vom Lack freigelegt sind. Die Ätzflüssigkeit greift in diesem Fall die Trägerfolie gleichmäßig an. Erzielt wird dies am einfachsten durch Schneiden der Folie, wodurch es wieder möglich ist, Folien zu lackieren, die um ein Mehrfaches breiter sind als die zur Ivondensatorsherstellung benötigten Folien.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung von einem mehrschichtigen, Dielektrikum und Belegungen enthaltenden Band für besonders spannungssichere Einfolienkondensatoren, bei dem eine Trägerfolie aus Metall auf beiden Seiten lackiert und auf die Lackschicht, vorzugsweise beidseitig, eine Gegenbelegung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines breiten überstehenden Lackrandes an beiden Längskanten der lackierten Trägerfolie das Metall mit chemischen oder elektrochemischen, den Lack aber nicht angreifenden Mitteln in einer solchen Breite entfernt wird, daß bei Anbringung des Gegenbelages an diesen Stellen kein Durchschlag erfolgen kann, wonach die Gegenbelegung in Form einer regenerierenden Schicht auf der Oberfläche der Lackschicht derart niedergeschlagen, vorzugsweise aufgedampft wird, daß je ein Mittelstreifen auf beiden Flächen der lackierten Folie frei bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Kanten der Trägerfolie vor der chemischen Behandlung zwecks Erzielung gleichmäßig breiter Isolationsränder beschnitten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolienrolle in eine das Metall der Trägerfolie chemisch und/oder elektrochemisch angreifende Flüssigkeit eingetaucht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lackierte Trägerfolie durch ein Wanderbad läuft, in welchem das Metall an den Rändern der Trägerfolie chemisch oder zweckmäßig elektrochemisch entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien vor Durchlaufen des elektrochemischen Bades ein Stromzuführungsbad durchlaufen, an das der eine Pol der Stromquelle, bei Gleichstrombehandlung der Pluspol, gelegt ist, während der andere Pol der Stromquelle, bei Gleichstrombehandlung der Minuspol, am Behandlungsbad liegt (Fig. 4, Teil i, 2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie mit den Lackschichten nach der Entfernung des Metalls an den Rändern der Trägerfolie gereinigt, insbesondere in ein Reinigungsbad getaucht wird (Fig. 4, Teil 3).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernung des Metalls an den Rändern der Trägerfolie die überstehenden Lackränder durch Druck und/oder Temperaturerhöhung oder auf chemischem Wege miteinander fest verbunden, z. B. verschweißt werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kondeusatorwickels unter Verwendung eines Bandes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ausnahme des freien Mittelstreifens metallisierten Kondensatorbänder längs der Mitte des frei gelassenen Streifens aufgeschnitten werden und danach aus beiden Bändern je ein Kondensatorkörper gewickelt wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines Koiideusatorwickels unter Verwendung eines Bandes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ausnahme des freien Mittelstreifens metallisierten Kondensatorbänder erst nach dem Aufwickeln zu einem Kondensatorkörper in der Mitte des frei gelassenen Streifens zerschnitten werden.
10. Einfolienkondensator, hergestellt aus einem oder mehreren mehrschichtigen Dielektrikumsbelegungen enthaltenden Bändern nach dem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Stirnseite des Kondensatorkörpers die offenliegende Trägerfolie und auf der anderen Stirnseite die auf dem weit überragenden Lackrand aufgebrachte dünne Metallschicht mit einer jede Stirnseite bedeckenden und zusammenhängenden und elektrisch einwandfrei mit den Kanten verbundenen, insbesondere durch Metallaufspritzen oder Verzinnen hergestellten Metallschicht kontaktiert ist.
11. Einfolienkondensator unter Verwendung eines Bandes, hergestellt nach dem Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die beiden durch den Mittelstreifen voneinander getrennten Teile der aufgebrachten Gegenbelegung kontaktiert sind, indem sie

z. B. mit je einer die Stirnfläche des Kondensatorkörpers bedeckenden, fest zusammenhängenden und elektrisch einwandfrei mit ihren Rändern verbundenen Metallschicht versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 400500, 501 014, 094; deutsche Patentanmeldung B 189554 VIIIc/2ig

(bekanntgemacht am 3. 12. 1942) ; schweizerische Patentschriften Nr. 224292,

229055; britische Patentschrift Nr. 562 821; USA.-Patentschriften Nr. 1893342, 2387759;