DEP0011400DA - Selbstheilender elektrischer Kondensator mit Kunststoff-Dielektrikum - Google Patents

Description

In jüngster Zeit haben bekanntlich die sogenannten Metallpapier-Kondensatoren große Bedeutung in der elektrischen Technik, insbesondere in der Nachrichten-Technik, erlangt. Bei diesen Kondensatoren bestehen die Belegungen aus sehr dünnen, auf den dielektrischen Unterlagen aufgebrachten Belegungsschichten, die an Fehlerstellen des Dielektrikums um diese Fehlerstelle herum durch eine Stromstoß weggebrannt werden, wobei es durch geeignete Bemessung der Belegungsschichtsstärke möglich ist, dieses Ausbrennen auch mit der dem Kondensator eigenen Energie vorzunehmen. Tritt nämlich bei solchen Kondensatoren erst im Laufe der Verwendung im Dielektrikum irgendwo eine schwache Stelle auf, dann wird der Kondensator dort durchgeschlagen, ist aber im nächsten Augenblick betriebsbereit, da die Durchschlagsenergie den Belag an dieser schwachen Stelle wiederum vernichtet hat.

Es lag auf der Hand, dieses selbstheilende Prinzip auch bei solchen elektrischen Kondensatoren in Anwendung zu bringen, deren Dielektrikum nicht aus Papier, sondern aus anderen Stoffen, insbesondere Kunststoffen, besteht, weil diese Kondensatoren wegen des Kunststoff-Dielektrikums teilweise sehr erwünschte dielektrische Werte besitzen und vielfach Anwendung finden.

Es ergab sich hierbei, daß die sogenannten Aufschliessungs-Verfahren, worunter die fertigungsmäßige Vernichtung derjenigen Belegungsstellen zu verstehen ist, die an einer schwachen oder sogar einer Fehlerstelle des Dielektrikums liegen, gegenüber denen, wie sie bei der Metallpapierkondensatoren-Herstellung üblich sind, verändert werden mussten. Der Hauptgrund ist darin zu suchen, dass das Kunststoff-Dielektrikum meist wesentlich weniger wärmebeständig ist als das Papier-Dielektrikum und daher bei zu grosser Ausbrenn-Energie leicht an der Durchschlagsstelle eine Verflüssigung des dielektrischen Stoffes eintritt, die zu einer sogenannten Schmelzperlenbildung führt. Hierdurch wird aber die Isolation und auch die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren bedeutend herabgesetzt. Durch systematische Untersuchungen konnten Aufschliessungsbedingungen ermittelt werden, die bie den jeweiligen verwendeten Kunststoffolien ein Minimum der Schmelzperlenbildung zeigten. Trotzdem zeigte sich, dass der Ausschuss in der Fertigung derartiger Kondensatoren immer noch erheblich war.

Wie die weiteren Untersuchungen ergaben, genügt es nicht allein, die Aufschliessungsverfahren auf den verwendeten dielektrischen Stoff abzustimmen, sondern es müssen auch im Zusammenhang damit, wie es das Kennzeichen der Erfindung aussagt, die Schichtstärken der selbstheilenden Belegung so gross sein, dass deren Leitfähigkeit höchstens 0,5 S/cm(exp)2 Belagfläche beträgt. Es ist ohne Weiteres einzusehen, dass die Ausbrenn-Energie grösser sein muss, wenn die Belagschichtstärke grösser ist, weil dann grössere Mengen der Belegung beim Durchschlagen verdampft werden müssen. Ist nun die Belagschichtstärke bei einem thermisch empfindlichen Dielektrikum grundsätzlich zu gross, dann nützen auch die feinst abgestimmten Aufschliessungsverfahren nichts, weil bei der Mindestenergie, die zum Wegbrennen des Belages erforderlich ist, immer wieder Schmelzperlenbildung auftreten wird. Wählt man jedoch, wie es die Erfindung vorschreibt, den Belag so dünn, dass die Leitfähigkeit höchstens 0,5 S/cm(exp)2 beträgt, dann kann das Wegbrennen noch eindeutig mit einer solchen Energie erfolgen, die jedoch andererseits nicht mehr ausreicht, um das Dielektrikum thermisch zu beeinträchtigen.

Im Sinne dieses Vorschlages wäre es zwar noch günstiger, die Belegungsschichtstärke wesentlich geringer zu wählen, beispielsweise so gering, dass nunmehr eine Leitfähigkeit von 0,01 S/m(exp)2 vorhanden ist. Dies hat jedoch auf der anderen Seite den Nachteil, dass der chemische Widerstand der Belegung sehr gross wird und damit die Verluste des Kondensators unerträglich werden. Man wird also in jedem Falle den Belag so stark zu machen, dass er gerade noch einwandfrei ohne Schädigung des Dielektrikums weggebrannt werden kann und damit ein Minimum an Belagverlusten zeitigt. Dies wird, wie die Untersuchungen ergeben haben, bei den bekannten thermisch empfindlichen Kunststoffen mit einer Belegungsschichtstärke erreicht, die in der gekennzeichneten Grössenordnung liegt.

Es sei erwähnt, dass bei Metallpapier-Kondensatoren, d.h. Kondensatoren mit selbstheilender Eigenschaft, bei denen das Dielektrikum aus einem Papierstreifen besteht, Belegungsschichtstärken üblich sind, die eine Leitfähigkeit von 2 bis 1 S/cm(exp)2 besitzen.

In der Zeichnung ist ein Rundwickelkörper gezeigt, der nach dem Aufschliessungsvorgang zum Teil wieder aufgewickelt ist. Die dielektrischen Streifen a und b bestehen aus Kunststoffolien, beispielsweise gereckten Polystyrol-Folien. Die Belegungen c und d sind Metallschichten oder auch andere leitende Schichten, die nach irgend einem der bekannten Niederschlagsverfahren z.B. durch Aufdampfen und den Kunststoffstreifen erzeugt sind und eine Stärke besitzen, wie sie das Kennzeichen der Erfindung angibt. Die Leitfähigkeit ist 0,5 S/cm(exp)2 Belagfläche oder geringer, so dass sich eine einwandfreie Aufschliessung ohne Schmelzperlenbildung, d.h. ohne Schädigung des Dielektrikums ergibt. Eine solche ausgeheilte Fehlerstelle ist bei e angedeutet. f ist eine Fehlerstelle des dielektrischenTrägers b, beispielsweise ein Loch, durch welches ein Ausgleich der Kondensatorladung stattgefunden hat. Der Belag d ist in einem gewissen Umkreis um die Fehlerstelle f herum weggebrannt, wodurch die Fehlerstelle f isoliert ist.

Claims (2)

1. Elektrischer Kondensator mit einem wärmeempfindlichen Kunststoff-Dielektrikum wie Polystyrol oder dergleichen, der selbstheilende Eigenschaften besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstärke der selbstheilenden Belegung so gross ist, dass ihre Leitfähigkeit höchstens 0,5 S/cm(exp)2 Belagfläche beträgt.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung durch Kondensieren von Metalldämpfen auf dem dielektrischen Träger hergestellt ist.