WO2015158549A1 - Glaskeramikkondensator mit kunststoffverkapselung - Google Patents

Glaskeramikkondensator mit kunststoffverkapselung Download PDF

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Jörn BESINGER
Martin Letz
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Definitions

  • the invention generally relates to capacitors with a glass ceramic as a dielectric.
  • the invention relates to a capacitor with a glass ceramic as a dielectric and a Kunststoff erkapselung and a method for its preparation.
  • capacitors which have a ceramic as a dielectric.
  • a ceramic for example, a plate or disk-shaped
  • the thus coated ceramic or the capacitor is embedded in an electrically insulating material such that the electrically insulating material forms an encapsulation of the capacitor.
  • Capacitors are known which are embedded in oil. Another possibility is to coat the capacitor with an electrically insulating plastic.
  • Capacitors with such plastic encapsulation i. Plastic covering can be unlike
  • the distance between the electrodes and thus the thickness of the dielectric depends on the dielectric strength of the respective dielectric. The required
  • Minimum thickness of a ceramic dielectric leads in particular when using the capacitors in
  • Dielectric strength are possible.
  • the required minimum thickness of the dielectric and thus the size of the capacitor can be significantly reduced.
  • the reduction of the thickness of the dielectric also the
  • Encapsulation have a correspondingly higher creep resistance than in a conventional, ceramic
  • Another object of the invention is to provide a method of making a corresponding capacitor.
  • the invention relates to a capacitor with a
  • the glass ceramic is preferably plate-shaped or disc-shaped, i.
  • the thickness of the glass ceramic is small in relation to the length and width or to the radius.
  • a metal electrode in the form of a metal-containing coating. It is preferably a silver-containing coating. Alternatively or additionally, the metal-containing coating may contain other metals such as copper or aluminum.
  • the electrodes also have a supply or supply line for an electronic contact.
  • the side surfaces of the glass ceramic have no metal coating.
  • the glass ceramic shows a much higher
  • Dielectric strength so that dielectrics with small thicknesses, for example, can be relatively thin glass ceramic discs or plates.
  • the glass ceramic used is preferably a barium titanate or a barium titanate-containing glass ceramic, for example a glass ceramic with barium strontium titanate phases and / or barium aluminum titanate phases.
  • the metallized glass-ceramic i. Glass ceramic and
  • Kunststoffmantel coating is applied in the form of a coating and encapsulates the dielectric and electrodes,
  • the capacitor according to the invention is particularly suitable for use in the high voltage range.
  • Corresponding embodiments preferably have a thickness of
  • Dielectric i. the glass-ceramic in the range of 0.1 mm to 20 mm, particularly preferably in the range of 0.15 to 10 mm.
  • Dielectric strength of the glass ceramic allows.
  • the surface of the glass-ceramic is smoother than, for example, the surface of a conventional ceramic, which is also the creep path
  • inventive capacitor with respect to their Creep resistance higher requirements than a conventional capacitor, ie a capacitor with a ceramic dielectric.
  • this is a good wetting of
  • Moisture inclusions which can shorten the creepage path, are present. Be particularly advantageous in the case of the sheath of the capacitor components, the use of a plastic or a corresponding precursor has been found in which by curing the
  • Polymerization shrinkage occurs. While in most applications, such a polymerization shrinkage is just to be avoided, in one embodiment of the invention, the components of the sheath are chosen so that a polymerization shrinkage occurs. Preferably, the polymerization shrinkage is in the range of 0.6 to 10%. Due to the polymerization shrinkage, the sheath contracts, which creates a bond between the sheath and
  • the tracking resistance can be influenced on the one hand by the thickness of the insulating sheath.
  • the sheath has a thickness in the range of 1 to 15 mm, preferably in the range of 3 to 10 mm.
  • capacitors with a jacket of silicone resin are suitable for example, in terms of temperature stability.
  • capacitors with a jacket of silicone resin are suitable for example, in terms of temperature stability.
  • the choice of the plastic used in the sheath contributes significantly to the dielectric strength. This can be achieved, for example, by a low dielectric
  • £ r is in the range of 4 to 7.
  • the plastic is crosslinked.
  • networking for example, the mechanical strength of the plastic and thus the
  • the plastic is also crosslinked via siloxane units.
  • an organofunctional ionic silane is used for crosslinking the plastic, which may be part of the coating preparation.
  • the silanes act not only as crosslinkers, but also as water scavengers.
  • corresponding CC silanes are used for crosslinking used. These have particularly high hydrolysis and condensation rates.
  • organofunctional silanes leads to improved wettability of the
  • siloxane units Surface of the glass ceramic as well as the metal electrodes to form siloxane units.
  • silanes with hydrophobic radicals for example in the form of a
  • the silane thus also functions as
  • a silane is selected from the group of elements
  • Trimethylethoxysilane isooctyltrimethoxysilane
  • the organic radical of the silane may contain one or more reactive organofunctional moieties
  • the organofunctional group is an amino, an epoxy, a methacrylic, a vinyl, an isocyanato and / or a mercapto group.
  • the silane is thus covalently bonded both to the surface of the glass ceramic and to the plastic of the sheath.
  • a silane is selected from the group comprising the elements N- (2-aminoethyl) -3-amino-propyltrimethoxysilane, N- (2-)
  • the organofunctional silane can be the
  • Coating preparation can be added.
  • the surface of the glass ceramic and / or the metal electrodes can be treated with an organofunctional silane, so that a corresponding Coating on the surface of the glass ceramic forms.
  • the coating is covalently bonded to the glass ceramic via Si-O bonds.
  • the glass ceramic or the partially metallized glass ceramic can be completely provided with the coating or the coating can be carried out only on portions of the glass ceramic. It has been found to be particularly advantageous if at least the side surfaces of the
  • Glass ceramic can be treated with the organofunktionilen silane.
  • the glass ceramic thus treated can subsequently be encased with the plastic, the siloxane coating formed by the silane acting as a primer layer.
  • Embodiment of the invention at least partial areas, which have a bonding agent layer between the glass ceramic or the metal electrodes and the KunststoffStuffummantelung.
  • the primer layer has a
  • the adhesion-promoting effect of the adhesion promoter layer can be based primarily on van der Waals interactions between the hydrophobic radical of the silane used and the polymer of the
  • Prepolymers is, as well as a covalent bond between the adhesive layer and the
  • connection of the adhesive layer to the surface of the glass ceramic can be improved in this case if at least partial areas of the glass ceramic having a Si0 2 ⁇ containing layer. Through the Si0 2 ⁇ containing layer, the number of available for the condensation reaction with the silane hydroxy groups is still increased.
  • Sheath additionally inorganic fillers.
  • the sheath is a
  • Fillers can be increased on the one hand, the mechanical strength of the sheath. Furthermore, the use of inorganic fillers can lead to the
  • the breakdown capability of the cladding increases. This can be done in particular by the use of fillers based on A1 2 0 3 .
  • the sheath can also Si0 2 particles as fillers
  • organofunctional silane as crosslinker and / or
  • Adhesion promoters used so can in oxidic
  • Fillers also carried out a covalent attachment of the silane to the surface of the filler.
  • a surface modification of the filler can take place up to a covalent attachment of the filler to the polymer via the silane. This can for example lead to an increased mechanical and / or chemical resistance of the
  • the fillers may have particle sizes in the range of 1 to 100 pm.
  • the sheath contains fillers
  • Particle sizes in the nm range in particular in the range of 5 to 200 nm.
  • the invention relates to a method for
  • the method comprises at least the following
  • step b) a metal-containing paste, preferably a silver-containing paste, on the top and bottom of the
  • Applied glass ceramic This can be done for example by a printing process or by doctoring.
  • the paste contains metal particles in addition to a Anpastmedium,
  • the metal paste may contain particles of other metals, for example copper or aluminum particles.
  • the glass ceramic Before applying the metal paste, the glass ceramic can be completely or partially cleaned or etched. By etching, the surface is additionally roughened, resulting in improved adhesion of the
  • Glass ceramic can be improved.
  • step c) the cladding of the metallized in step b) glass ceramic takes place.
  • the metallized glass ceramic is coated with a thermoplastic material.
  • the coating can be applied by a dipping process.
  • the corresponding plastic is melted to a temperature above the glass transition temperature and the metallized
  • the glass-ceramic can also be coated by means of a fluidized bed process.
  • the glass-ceramic can also be coated by means of a fluidized bed process.
  • the coating composition is a two-component casting resin.
  • the casting resin may contain further additives,
  • the encapsulation may in particular be applied by a vacuum casting method or an automatic pressure gelling method.
  • Curing of the resin takes place by polymerization and / or crosslinking.
  • the coating composition can be cured at room temperature. Another embodiment provides that the coating composition is hot curing.
  • the coating composition may have inorganic fillers, for example Si0 2 or A1 2 0 3 .
  • the filler content is preferably in the range of 50 to 75 wt .-%, particularly preferably in the range of 55 to 68 wt .-% based on the total weight of the coating composition.
  • the filler content is preferably in the range of 50 to 75 wt .-%, particularly preferably in the range of 55 to 68 wt .-% based on the total weight of the coating composition.
  • the coating preparation comprises as prepolymer an epoxy resin and a hardener, preferably an anhydride or amine.
  • the prepolymer has an epoxide number (according to ISO 3001) in the range of 2 to 3 Eq / kg, preferably in the range of 2.2 to 2.35 Eq / kg.
  • the epoxide number accordinging to ISO 3001 in the range of 2 to 3 Eq / kg, preferably in the range of 2.2 to 2.35 Eq / kg.
  • Coating preparation an epoxy resin based on bisphenol A. This may be a solvent-free epoxy resin, but depending on the desired viscosity of the coating formulation, a reactive diluent may also be used as the solvent.
  • the curing agent contained in the coating composition is an anhydride-based curing agent in this embodiment. A further embodiment provides that the
  • thermosetting epoxy casting systems i. the crosslinking takes place in these systems at elevated temperatures. It is also possible to use those epoxy resin casting systems which cure at room temperature, for example the following systems from Huntsman:
  • the coating preparation can be further provided.
  • Additives such as e.g. Additives to increase the elasticity of the epoxy resin (Flex) or to accelerate the crosslinking (accelerator) included. Examples of such Additives
  • Coating formulations are the following systems from Huntsman:
  • Coating spread as a prepolymer, a polyurethane or a polyurethane precursor and a curing agent for example, the following 2-component polyurethane casting resins from Huntsman can be used:
  • a development of the invention provides that the
  • Coating mass additionally at least one
  • organofunctional silane which ions can be covalently bound by hydrolysis and / or Kondensationsreakt to the surface of the glass ceramic and / or the metal electrodes.
  • the organofunctional silane silane can act as a crosslinker.
  • the organofunctional silane can contain hydrophobic groups.
  • the organic radical of the silane may be one or more reactive
  • organofunktioneile groups that allows a covalent attachment to the polymer. It is also possible to use a mixture of different silanes.
  • upstream step are applied to the surface of the glass ceramic.
  • the order can be completed or it can be only part of the
  • the organofunctional silane is at least on the side surfaces of the glass ceramic
  • the organofunctional silane forms an adhesion promoter layer.
  • a covalent bonding of the two layers takes place in step c) at the interface between the silane layer and the synthetic material layer. This reacts the
  • organofunktioneile group of the silane with the polymer or prepolymer of the coating preparation preferably takes place by copolymerization, endcapping or free-radical addition.
  • Acrylic polymers aminosilanes and methacrylic polymers
  • Isocycanatosilanes and OH-terminated polymers such as polyethers, polyesters, polyurethanes, amino, epoxy and / or glycidoxysilanes, and epoxy precursors as prepolymers, and aminosilanes and phenolic precursors as prepolymers.
  • Unsaturated silanes and polymer or prepolymer can also be covalently linked together by a radical grafting reaction.
  • the following combinations have been found to be advantageous: vinylsilanes and polyolefins, methacryloxysilanes and polyolefins, and also methocryloxysilanes and unsaturated polyesters.
  • the capacitors according to the invention or the capacitors produced by the method according to the invention can be used for example in high voltage engineering.
  • FIGS. 1 to 3 show schematic representations of the cross sections of different embodiments of the converter according to the invention.
  • 1 shows an embodiment of the capacitor 1.
  • the disk-shaped glass ceramic 2 serves as a dielectric.
  • the electrodes 3a and 3b are with the same
  • Derivatives 5a and 5b connected. Glass ceramic 2 and
  • Electrodes (3a, 3b) have a plastic covering 4.
  • the side surfaces 2c have a full-surface bond with the
  • the KunststoffStoffSchicht 4 may contain a crosslinker based on a silane, so that glass ceramic 2 and / or metal electrodes 3a, 3b and
  • Kunststoffmantel 4 can be covalently connected to each other.
  • the embodiment 6 shown in FIG. 2 additionally has an adhesion promoter layer 7 between the synthetic material sheath 4 and the glass ceramic 2 or the electrodes (3a, 3b).
  • the adhesion promoter layer 7 is attached to the
  • the adhesion promoter layer 7 contains hydrophobic organic radicals and may be bonded to the plastic layer 4 by van der Waals interactions and / or via covalent bonds. Alternatively to that shown in FIG.
  • Adhesive layer 7 are provided. Preferably, at least the side surfaces 2 c of the glass ceramic are coated with the adhesion promoter layer 7.
  • FIG. 3 shows a further embodiment 8 of the capacitor, in which the glass ceramic 2 additionally has a layer 9 containing SiC> 2.
  • the SiC> 2-containing layer 9 improves in particular the wetting of the
  • an adhesion promoter layer 7 is additionally present.
  • In the embodiment 1 is a glass ceramic as a
  • Bariumtitantat Anlagen glass ceramic used.
  • the top and bottom of the glass ceramic are provided with a silver-containing coating, which each acts as an electrode.
  • the silver-containing coating contains silver and glass particles.
  • the coated glass ceramic is covered with an artificial material layer based on an epoxy resin.
  • the epoxy resin is reinforced with inorganic fillers.
  • Two-component epoxy casting resin system with an epoxy resin based on bisphenol A as a prepolymer and a
  • Anhydride hardener (Araldit ® - Giessharzsystem the company Huntsman with the components Araldit ® CW 229-3 and Aradur ® HW 229-1) used.
  • Resin and hardener components are homogenized for this purpose in the required amount at slightly elevated temperature up to 60 ° C under vacuum.
  • the sheathing is done with a conventional vacuum casting or with a
  • ADG method automatic pressure gelation method

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensator (1), insbesondere geeignet für Hochspannungsanwendungen, umfassend zumindest einen Glaskeramikformkörper (2) als Dielektrikum und zwei Metallelektroden (3a, b), wobei die Metallelektroden in Form einer metallhaltigen Beschichtung auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Glaskeramikformkörpers aufgebracht sind. Die mit den Metallelektroden (3a, b) versehene Glaskeramik (2) weist eine Ummantelung (4) aus Kunststoff auf, wobei die Ummantelung (4) die mit den Metallelektroden (3a, b) beschichtete Glaskeramik (2) umschließt und insbesondere die unbeschichteten Seitenflächen (2c) der Glaskeramik (2) einen vollflächigen Verbund mit dem Kunststoff aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Kondensators.

Description

Glaskeramikkondensator mit Kunststoffverkapselung Besehreibung Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Kondensatoren mit einer Glaskeramik als Dielektrikum. Im Speziellen betrifft die Erfindung einen Kondensator mit einer Glaskeramik als Dielektrikum und einer KunstStoff erkapselung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Gebiet der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind Kondensatoren bekannt, die als Dielektrikum eine Keramik aufweisen. Hierbei wird beispielsweise eine platten- oder scheibenförmig
ausgebildete Keramik auf der Ober- und Unterseite mit einer metallischen Beschichtung versehen, welche als Elektroden dient . Um Überschläge zwischen den beiden Elektroden zu vermeiden, ist die derart beschichtete Keramik bzw. der Kondensator in einem elektrisch isolierenden Material derart eingebettet, dass das elektrisch isolierende Material eine Verkapselung des Kondensators bildet.
Es sind aus dem Stand der Technik beispielsweise
Kondensatoren bekannt, die in Öl eingebettet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Kondensator mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff zu ummanteln.
Kondensatoren mit einer derartigen KunstStoffverkapselung, d.h. KunstStoffummantelung können im Gegensatz zu
Kondensatoren, die in Öl eingebettet sind, kompakter gebaut und somit leichter als elektronische Bauteile in
verschiedenen Schaltungen eingesetzt werden.
Der Abstand zwischen den Elektroden und somit die Dicke des Dielektrikums ist abhängig von der Durchschlagsfestigkeit des jeweiligen Dielektrikums. Die erforderliche
Mindestdicke eines keramischen Dielektrikums führt dabei insbesondere bei der Verwendung der Kondensatoren im
Hochspannungsbereich dazu, dass keramische Kondensatoren relativ dick und die Elektroden dementsprechend weit voneinander beabstandet sind.
Gleichzeitig besteht jedoch Bedarf an möglichst kompakten elektronischen Bauteilen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines Dielektrikums mit einer höheren
Durchschlagsfestigkeit ermöglicht werden. So kann die erforderliche Mindestdicke des Dielektrikums und somit die Größe des Kondensators erheblich verringert werden. Da mit der Verringerung der Dicke des Dielektrikums auch der
Abstand zwischen den beiden Elektroden abnimmt, muss die
Verkapselung eine entsprechend höhere Kriechstromfestigkeit aufweisen als bei einem konventionellen, keramischen
Kondensator . Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kondensator bereit zu stellen, der neben einem Dielektrikum mit hoher Durchschlagsfähigkeit eine Verkapselung mit hoher
Kriechstromfestigkeit aufweist und somit ein gegenüber dem Stand der Technik kompakterer Aufbau des Kondensators ermöglicht wird. Insbesondere ist ein entsprechender Kondensator auch für die Verwendung im Hochspannungsbereich geeignet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Kondensators.
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einem
Glaskeramikformkörper als Dielektrikum. Die Glaskeramik ist bevorzugt platten- oder scheibenförmig ausgebildet, d.h. die Dicke der Glaskeramik ist klein in Relation zur Länge und Breite bzw. zum Radius. Auf der Ober- und Unterseite bzw. den gegenüberliegenden Oberflächen der Glaskeramik befindet sich jeweils eine Metallelektrode in Form einer metallhaltigen Beschichtung. Bevorzugt handelt es sich um eine silberhaltige Beschichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die metallhaltige Beschichtung weitere Metalle wie Kupfer oder Aluminium enthalten. Die Elektroden weisen zudem eine Ab- bzw. Zuleitung für einen elektronischen Kontakt auf. Die Seitenflächen der Glaskeramik weisen keine Metallbeschichtung auf.
Die Glaskeramik zeigt dabei eine wesentlich höhere
Durchschlagsfestigkeit, so dass Dielektrika mit geringen Dicken, beispielsweise relativ dünne Glaskeramikscheiben bzw. -platten werden können. Bevorzugt handelt es sich bei der eingesetzten Glaskeramik um eine Bariumtitanat oder eine bariumtitanathaltige Glaskeramik, beispielsweise eine Glaskeramik mit Bariumstronstiumtitanatphasen und/oder Bariumaluminiumtitanatphasen . In einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der
Glaskeramik um eine strontiumtitanathaltige Glaskeramik. Auch die Verwendung einer Bariumzirkonat- oder
Bariumaluminiumzirkonatglaskeramik ist möglich.
Die metallisierte Glaskeramik, d.h. Glaskeramik und
Elektroden, wird von einer KunstStoffummantelung
umschlossen. Die KunstStoffummantelung ist dabei in Form einer Beschichtung aufgebracht und verkapselt Dielektrikum und Elektroden,
Der erfindungsgemäße Kondensator ist insbesondere für die Verwendung im Hochspannungsbereich geeignet. Entsprechende Ausführungsformen weisen bevorzugt eine Dicke des
Dielektrikums, d.h. der Glaskeramik im Bereich von 0,1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 10 mm auf.
Diese geringen Dicken werden erst durch die hohe
Durchschlagsfestigkeit der Glaskeramik ermöglicht. Die geringe Dicke und damit der geringe Abstand der beiden Metallelektroden zueinander führt jedoch dazu, dass der Kriechweg verringert wird. Zudem ist die Oberfläche der Glaskeramik glatter als beispielsweise die Oberfläche einer herkömmlichen Keramik, was ebenfalls den Kriechweg
verkürzt .
Entsprechend werden an die Ummantelung des
erfindungsgemäßen Kondensators in Bezug auf deren Kriechstromfestigkeit höhere Anforderungen gestellt, als an einen konventionellen Kondensator, d.h. einem Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum. Insbesondere ist hierbei eine gute Benetzung der
Glaskeramikoberfläche durch den Kunststoff der Ummantelung entscheidend. Daher bilden insbesondere die Seitenflächen der Glaskeramik und die KunstStoffummantelung einen
vollflächigen Verbund, wobei die KunstStoffummantelung vorzugsweise an der Glaskeramik oder einer Zwischenschicht auf der Glaskeramik anhaftet. Des Weiteren hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ummantelung die Glaskeramik sowie die darauf aufgebrachten
Metallelektroden fest und schlüssig umhüllt, so dass zwischen der Ummantelung und den oben genannten
Kondensatorbauteilen möglichst keine Gas- oder
Feuchtigkeitseinschlüsse, welche den Kriechweg verkürzen können, vorhanden sind. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei bei der Ummantelung der Kondensatorbauteile die Verwendung eines Kunststoffes bzw. einer entsprechenden Vorstufe herausgestellt, bei dem durch Aushärten des
Polymers und/oder durch Vernetzung ein
Polymerisationsschrumpf auftritt. Während bei den meisten Anwendungen ein solcher Polymerisationsschrumpf gerade vermieden werden soll, werden in einer Ausführungsform der Erfindung die Komponenten der Ummantelung so gewählt, dass ein Polymerisationsschrumpf eintritt. Bevorzugt liegt der Polymerisationsschrumpf im Bereich von 0,6 bis 10 %. Durch den Polymerisationsschrumpf zieht sich die Ummantelung zusammen, was einen Verbund zwischen Ummantelung und
Glaskeramik begünstigt. Die Kriechstromfestigkeit kann zum einen durch die Dicke der isolierenden Ummantelung beeinflusst werden. Bevorzugt weist die Ummantelung eine Dicke im Bereich von 1 bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 mm aufweist.
Je nach Anwendungsbereich des Kondensators ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an den Kunststoff,
beispielsweise bezüglich der Temperaturstabilität. So eigenen sich beispielsweise insbesondere Kondensatoren mit einer Ummantelung aus Silikonharz für
Hochtemperaturanwendungen .
Die Wahl des in der Ummantelung verwendeten Kunststoffs trägt entscheidend zur Durchschlagsfestigkeit bei. Diese kann beispielsweise durch einen niedrigen dielektrischen
Verlustfaktor tan δ und/oder durch eine hohe
Dielektrizitätskontante £r des verwendeten Kunststoffs erreicht werden. In einer Variante der Erfindung wird daher ein Kunststoff mit einem tanö bei 50 Hz und einer
Temperatur von 23°C im Bereich von 0,3 bis 30, bevorzugt 0,3 bis 10, besonders bevorzugt von 0,3 bis 5 verwendet. Alternativ oder zusätzlich weist der Kunststoff in einer weiteren Variante der Erfindung eine
Dielektrizitätskonstante £r (bei 23 °C) von zumindest 3, bevorzugt von zumindest 4 und besonders bevorzugt von zumindest 10 auf. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt £r im Bereich von 4 bis 7.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff vernetzt. Durch die Vernetzung kann beispielsweise die mechanische Festigkeit des Kunststoffs und damit der
Ummantelung erhöht werden. Zudem erhöht sich durch die Vernetzung auch die Dichte des Kunststoffs, was sich vorteilhaft auf die Durchschlagsfestigkeit auswirken kann. Neben Duroplasten können jedoch auch thermoplastische
Kunststoffe eingesetzt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Kunst Stoffummantelung mit einem Epoxydharz, einem
Polyurethan oder eines Silikonharzes als polymere
Komponente herausgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff auch über Siloxaneinheiten vernetzt. Hierbei wird zur Vernetzung des Kunststoffes insbesondere ein organofunkt ionelles Silan eingesetzt, dass Bestandteil der Beschichtungszubereitung sein kann. Als besonders
vorteilhaft haben sich dabei ungesättigte Silane,
insbesondere Vinyl- und Methacryloxysilane herausgestellt. Diese können beispielsweise durch
Copolymerisat ionsreakt ionen, Endcapping oder
Propfreakt ionen an bzw. in die Polymerketten des
Kunststoffs eingebaut werden. In Gegenwart von Wasser erfolgt eine Hydrolyse der Alkoxygruppen des Silans zu Silanolgruppen, welche durch Kondensat iosreakt ionen ein Siloxannet zwerk ausbilden. Somit bietet die Verwendung von ungesättigten Silanen neben einer Vernetzung des
Kunststoffs zusätzlich den Vorteil, dass durch die
Hydrolysereaktion des Silans zudem der Restgehalt an Wasser in der Ummantelung reduziert wird, was sich vorteilhaft auf die Kriechstromfestigkeit der Ummantelung auswirkt. Somit fungieren die Silane nicht nur als Vernetzer, sondern auch als Wasserfänger. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Vernetzung entsprechende CC-Silane eingesetzt. Diese weisen besonders hohe Hydrolyse- und Kondensationsgeschwindigkeiten auf .
Des Weiteren führt der Einsatz von organofunktionellen Silanen zu einer verbesserten Benetzbarkeit der
Glaskeramik. So kann eine Anbindung des Silans an die
Oberfläche der Glaskeramik wie auch der Metallelektroden unter Ausbildung von Siloxaneinheiten erfolgen. Bei Silanen mit hydrophoben Resten, beispielsweise in Form einer
Alkylkette oder eines Polymers, führt dies zu einer
Hydrophobisierung der Oberfläche und somit zu einer
besseren Anhaftung der KunstStoffummantelung an die
Glaskeramik. Das Silan fungiert somit auch als
Haftvermittler .
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Silan ausgewählt aus der Gruppe mit den Elementen
Methyltrimethoxysilan, Methylriethoxysilan,
Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan,
Trimethylethoxysilan, Isooctyltrimethoxysilan,
Isooctyltriethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan,
(Cyclyohexyl ) methyldimethoxysilan,
Dicyclopentyldimethoxysilan, Phenyltriethoxysilan,
Triacetoxyethylsilan, 1 , 2-Bis (triethoxysilyl ) ethan und/oder eine Mischung entsprechender Silane verwendet.
Alternativ oder zusätzlich kann der organische Rest des Silans eine oder mehrere reaktive organofunktioneile
Gruppen aufweisen, die eine kovalente Anbindung an das Polymer ermöglicht. Hierbei reagiert die reaktive
organofunktioneile Gruppe des Silans mit einer
funktionellen Gruppe des Polymers bzw. Präpolymers. Insbesondere handelt es sich bei der organofunktioneilen Gruppe um eine Amino-, eine Epoxy-, eine Methacryl-, eine Vinyl- eine Isocyanato- und/oder eine Mercaptogruppe . Das Silan ist somit sowohl mit der Oberfläche der Glaskeramik als auch mit dem Kunststoff der Ummantelung kovalent verbunden .
Gemäß dieser Ausführungsform wird als zumindest ein Silan ein Silan aus der Gruppe mit den Elementen N- (2- Aminoethyl ) -3-amino-propyltrimethoxysilan, N- (2-
Aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Cyclohexyl-3- amino-propyltrimethoxysilan, N-Cycloaminomethyltriethoxy- silan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3- (2-Aminomethylamino) - propyltriethoxysilan, N- (2-Aminoethyl) -3- aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-
Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyldimethoxymethylsilan,
Vinyltriethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, 3-Methacryloxy- propyltrimethoxysilan, (Methacryloxymethyl ) -methyl- dimethoxysilan, Methacryloxymethyltrimethoxysilan, 3- Methacryloxypropyltriacetoxysilan, N-Methyl-3- (Trimethoxysilyl) propyl] carbamat, N-Dimethoxy- (methyl) silylmethyl-O-methylcarbamat , Tris- [3- (trimethoxysilyl ) propyl ] -isocyanurat , 3-Glycidoxy- propyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan und/oder deren Mischungen.
Das organofunktioneile Silan kann dabei der
Beschichtungszubereitung zugegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche der Glaskeramik und/oder der Metallelektroden mit einem organofunktioneilen Silan behandelt werden, so dass sich eine entsprechende Beschichtung auf der Oberfläche der Glaskeramik ausbildet. Durch die Reaktion des Silans mit Hydroxylgruppen der Glaskeramik ist die Beschichtung über Si-O-Bindungen kovalent mit der Glaskeramik verbunden. Die Glaskeramik bzw. die teilweise metallisierte Glaskeramik kann dabei vollständig mit der Beschichtung versehen werden oder die Beschichtung kann nur auf Teilbereichen der Glaskeramik erfolgen. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest die Seitenflächen der
Glaskeramik mit dem organofunktioneilen Silan behandelt werden. Die so behandelte Glaskeramik kann nachfolgend mit dem Kunststoff ummantelt werden, wobei die durch das Silan gebildete Siloxanbeschichtung als Haftvermittlerschicht fungiert. Somit weist der Kondensator in dieser
Ausführungsform der Erfindung zumindest Teilbereiche auf, die zwischen der Glaskeramik bzw. den Metallelektroden und der KunstStoffummantelung eine Haftvermittlerschicht aufweisen. Die Haftvermittlerschicht hat eine
Hydrophobisierung der behandelten Oberfläche zur Folge. Abhängig vom eingesetzten Silan kann die haftvermittelnde Wirkung der Haftvermittlerschicht vorwiegend auf van-der- Waals-Wechselwirkungen zwischen dem hydrophoben Rest des eingesetzten Silans und des Polymers der
KunstStoffummantelung beruhen. Wird ein Silan verwendet, dessen reaktive organofunktioneilen Gruppen kompatibel mit funktionellen Gruppen des zur Erzeugung der
KunstStoffummantelung eingesetzten Polymers bzw.
Präpolymers ist, so kann zudem eine kovalente Bindung zwischen der Haftvermittlerschicht und der
KunstStoffummantelung erfolgen, was zu einem besonders festen Verbund der Kondensatorbauteile führt. Die Anbindung der Haftvermittlerschicht an die Oberfläche der Glaskeramik kann dabei noch verbessert werden, wenn zumindest Teilbereiche der Glaskeramik eine Si02 ~haltige Schicht aufweisen. Durch die Si02 ~haltige Schicht wird die Anzahl der für die Kondensationsreaktion mit dem Silan zur Verfügung stehenden Hydroxy-Gruppen noch erhöht .
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die
Ummantelung zusätzlich anorganische Füllstoffe.
Insbesondere handelt es sich bei der Ummantelung um ein
Komposit mit einer polymeren Matrix und darin eingebetteten anorganischen Füllstoffen, wobei die polymere Matrix durch den Kunststoff gebildet wird. Durch die anorganischen
Füllstoffe kann zum einen die mechanische Festigkeit der Ummantelung erhöht werden. Des Weiteren kann der Einsatz von anorganischen Füllstoffen dazu führen, dass die
Durchschlagsfähigkeit der Ummantelung steigt. Dies kann insbesondere durch die Verwendung von Füllstoffen auf der Basis von A1203 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ummantelung auch Si02-Partikel als Füllstoffe
enthalten. Wird zudem wie bereits oben beschrieben ein organofunktionelles Silan als Vernetzer und/oder
Haftvermittler verwendet, so kann bei oxydischen
Füllstoffen ebenfalls eine kovalente Anbindung des Silans an die Oberfläche des Füllstoffes erfolgen. Somit kann eine Oberflächenmodifizierung des Füllstoffes bis hin zu einer kovalenten Anbindung des Füllstoffs an das Polymer über das Silan erfolgen. Dies kann beispielsweise zu einer erhöhten mechanischen und/oder chemischen Beständigkeit der
Ummantelung führen. Die Füllstoffe können Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 pm aufweisen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Ummantelung Füllstoffe mit
Partikelgrößen im nm-Bereich, insbesondere im Bereich von 5 bis 200 nm.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensators. Das
Verfahren umfasst hierbei zumindest folgende
Verfahrensschritte a) bis c) : a) Bereitstellen eines Glaskeramikformkörpers, insbesondere einer platten- oder scheibenförmigen Glaskeramik, b) Aufbringen einer Metallbeschichtung auf der Ober- und Unterseite bzw. den gegenüberliegenden Oberflächen der Glaskeramik c) Ummanteln der in Schritt b) beschichteten Glaskeramik mit einer KunstStoffbeschichtung durch Aufbringen einer
Beschichtungszubereitung, wobei zumindest Teilbereiche der Glaskeramik einen vollflächigen Verbund mit der
KunstStoffbeschichtung bilden. In Schritt b) wird eine metallhaltige Paste, bevorzugt eine silberhaltige Paste, auf der Ober- und Unterseite der
Glaskeramik aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Druckverfahren oder durch Aufrakeln erfolgen. Die Paste enthält neben Metallpartikeln ein Anpastmedium,
insbesondere ein Öl, sowie gegebenenfalls Glaspulver. Durch das Glaspulver kann die Haftung der metallischen
Beschichtung auf der Glaskeramikoberfläche verbessert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung eines Glaspulvers aus dem Grünglas der
Glaskeramik herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich kan die Metallpaste Partikel weiterer Metalle, beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumpartikel enthalten.
Vor Aufbringen der Metallpaste kann die Glaskeramik vollständig oder in Teilbereichen gereinigt oder geätzt werden. Durch das Ätzen wird die Oberfläche zusätzlich aufgeraut, was zu einer verbesserten Anhaftung der
Metallbeschichtung auf der Oberfläche führt.
Alternativ oder zusätzlich kann in einem dem
Verfahrensschritt a) vorgelagerten Schritt eine S1O2- haltige Schicht auf der Glaskeramik abgeschieden werden.
Dies kann beispielsweise durch Sputtern, ein CVD-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren erfolgen. Hierdurch kann, insbesondere in Verbindung mit einem organofunktioneilen Silan, die Anhaftung der KunstStoffSchicht auf der
Glaskeramik verbessert werden.
In Schritt c) erfolgt die Ummantelung der in Schritt b) metallisierten Glaskeramik. In einer Variante wird die metallisierte Glaskeramik mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet. Hierbei kann die Beschichtung mit einem Tauchverfahren aufgebracht werden. Dazu wird der entsprechende Kunststoff auf eine Temperatur oberhalb der Glastemperatur aufgeschmolzen und die metallisierte
Glaskeramik in den geschmolzenen Kunststoff getaucht. Durch Abkühlen erstarrt der Kunststoff und bildet so eine
KunstStoffummantelung . Alternativ kann die Glaskeramik auch mit Hilfe eines Wirbelbettverfahrens beschichtet werden. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die
Ummantelung einen duroplastischen Kunststoff. Hierzu wird eine Beschichtungszubereitung mit einem Präpolymer und einem Vernetzer aufgebracht. Insbesondere handelt es sich bei der Beschichtungszubereitung um ein Zwei-Komponenten- Gießharz. Das Gießharz kann weitere Additive,
beispielsweise zur Beschleunigung der Vernetzungsreaktion enthalten. Die Verkapselung kann insbesondere durch ein Vakuum-Gussverfahren oder ein automatisches Druckgelier- Verfahren aufgebracht werden.
Eine Aushärtung des Harzes erfolgt durch Polymerisation und/oder Vernetzung. Die Beschichtungszubereitung kann bei Raumtemperatur gehärtet werden. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Beschichtungszubereitung heiß härtend ist .
Zusätzlich kann die Beschichtungszubereitung anorganische Füllstoffe, beispielsweise Si02 oder A1203 aufweisen. Der Füllstoffgehalt liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 55 bis 68 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungsmasse. In einer Variante der Erfindung umfasst die
Beschichtungszubereitung ein Epoxydgießharzsystem. Die Beschichtungszubereitung umfasst in dieser Variante als Präpolymer ein Epoxydharz sowie einen Härter, bevorzugt ein Anhydrid oder Amin. Insbesondere weist das Präpolymer eine Epoxydzahl (nach ISO 3001) im Bereich von 2 bis 3 Eq/kg, bevorzugt im Bereich von 2,2 bis 2,35 Eq/kg auf. In einer Ausführungsform enthält die
Beschichtungszubereitung ein Epoxydharz auf Basis von Bisphenol A. Hierbei kann es sich um ein lösemittelfreies Epoxydharz handeln, jedoch kann auch abhängig von der gewünschten Viskosität der Beschichtungszubereitung ein Reaktivverdünner als Lösungsmittel eingesetzt werden. Der in der Beschichtungszubereitung enthaltene Härter ist in dieser Ausführungsform ein Härter auf Anhydridbasis. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die
Beschichtungszubereitung als Präpolymer ein
cycloaliphatisches Epoxydharz und/oder ein Epoxydharz mit erhöhter Schlagzähigkeit enthält.
Als vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung folgender Zweikomponenten-Epoxydharz-Gießsysteme der Firma Huntsman umfassend ein Präpolymer sowie einen Härtner, d.h Vernetzer sowie gegebenenfalls anorganische Füllstoffe herausgestellt :
Präpolymer Vernet zer
CW 5730 N HY 5731
CW 1446 BDF HY 2919
CW 2250 HY 2919
CW 1116-1 XW 1257-1
CW 1116-1 HY 2919
CW 1491 BD HW 1491 BD
CW 2122-1 HY 2123
CW 2122-1 HY 2901-1
XB 5763 HY 5726
CW 5725 HY 5726
CW 5742 HY 5726
CW 1195-1 HW 1196 CW 229-3 HW 229-1
Bei diesen Beschichtungszubereitungen handelt es sich um heiß härtende Epoxydharz-Gießsysteme, d.h. die Vernetzung findet bei diesen Systemen bei erhöhten Temperaturen statt Es können auch solche Epoxydharz-Gießsysteme verwendet werden, die bei Raumtemperatur aushärten, beispielsweise folgende Systeme der Firma Huntsman:
Präpolymer Vernet zer
CW 1312 HY 1300
CW 1302 HY 1300
CW 2243-2L HY 1872
CW 2243-2L HY 842
CW 2245 HY 2966
CW 2245 HY 956 EN
CW 2248 HY 956 EN
CW 2249 HY 2851
XB 2252 XB 2253
CW 2250-1 HY 2251
CW 5730 N HY 2966
DBF HY 2966
DBF HY 842
DBF HY 956
DBF HY 951
CY 220-1 HY 956
CY 221 HY 842
CY 221 HY 2967
CY 221 HY 2966
CY 221 HY 956
CY 223 HY 956
F HY 956 MY 740 HY 840-1
MY 740 HY 956
Des Weiteren kann die Beschichtungzubereitung weitere
Additive wie z.B. Additive zur Erhöhung der Elastizität des Epoxydharzes (Flex) oder zur Beschleunigung der Vernetzung (Beschleuniger) enthalten. Beispiele für derartige
Beschichtungszubereitungen sind folgende Systeme der Firma Huntsman :
Präpolymer Vernet zer Flex Beschleuniger Füllstoff
Araldite® HY 905 DY 040 DY 061 Si02
CY 5980 HY 5980 DY 040 DY 061 Si02
CY 5936 HY 5945 Si02
CY 5948 HY 5945 Si02
CW 229-3 HW 229-1
CY 5995 HY 5996 Si02
CY 5995 HY 925 Si02
CY 5995 HY 227 Si02
CY 228-1 HY 918 DY 062 Si02
CY 228-1 HY 918 DY 045 DY 062 Si02
CY 225 HY 925 Si02
CY 225 HY 225 Si02
CY 225 HY 227 Si02
CT 5900 HT 901 Si02
CT 5900 HT 903-1 Si02
CT 5900 HT 923 Si02
XB 5900 XB 5951
XB 5915 XB 5916
CY 184 HT 907 DY 071 Si02
CY 184 HY 1235 DY 062 Si02
CY 184 HY 1235 DY 062 Si02 CY 184 HY 1235 DY 044 DY 062 S102
CY 5622 HY 1235 DY 062 S102
XB 5918-3 XB 5919-3 DY 062
XB 5957 XB 5958
In einer anderen Variante der Erfindung enthält die
Beschichtungszubreitung als Präpolymer ein Polyurethan bzw. eine Polyurethanvorstufe sowie einen Härter. Hierbei haben können beispielsweise folgende 2-Komponenten- Polyurethangießharze der Firma Huntsman verwendet werden:
Figure imgf000019_0001
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die
Beschichtungsmasse zusätzlich zumindest ein
organofunkt ionelles Silan enthält, welches durch Hydrolyse- und/oder Kondensat ionsreakt ionen kovalent an die Oberfläche der Glaskeramik und/oder der Metallelektroden gebunden werden kann. Zudem kann das organofunkt ioneile Silan als Vernetzer fungieren. Das organofunktioneile Silan kann dabei hydrophobe Gruppen enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann der organische Rest des Silans eine oder mehrere reaktive
organofunktioneile Gruppen aufweisen, die eine kovalente Anbindung an das Polymer ermöglicht. Auch die Verwendung einer Mischung verschiedener Silane ist möglich.
Das organofunktioneile Silan bzw. die Mischung
verschiedender organofunktioneller Silane kann alternativ oder zusätzlich in einem dem Verfahrensschritt c)
vorgelagerten Schritt auf die Oberfläche der Glaskeramik aufgetragen werden. Hierbei kann der Auftrag vollständig erfolgen oder es können auch nur Teilbereich der
Glaskeramik mit dem organofunktioneilen Silan beschichtet werden. Bevorzugt wird das organofunktioneile Silan zumindest auf den Seitenflächen der Glaskeramik
aufgetragen. Das organofunktioneile Silan bildet hierbei eine Haftvermittlerschicht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung findet in Schritt c) an der Grenzfläche zwischen der Silanschicht und der KunstStoffSchicht eine kovalente Anbindung der beiden Schichten statt. Hierbei reagiert die
organofunktioneile Gruppe des Silans mit dem Polymers bzw. Präpolymers der Beschichtungszubereitung . Bevorzugt erfolgt die kovalente Anbindung durch Copolymerisation, Endcapping oder radikalische Propfung.
Bei einer kovalenten Anbindung durch Endcapping reagiert die organofunktioneile Gruppe des Silans mit einer
funktionellen Endgruppe des Polymers bzw. Präpolymers der Beschichtungszubereitung. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei folgende Kombinationen von Endgruppe und organofunktionellem Silan herausgestellt: Aminosilane und NCO-terminierte Polyurethane, Aminosilane und
Acrylpolymere, Aminosilane und Methacrylpolymere,
Isocycanatosilane und Polymere mit OH-Endgruppen wie beispielsweise Polyether, Polyester, Polyurethane, Amino-, Epoxy- und/oder Glycidoxysilane und Epoxydharz-Vorstufen als Präpolymere sowie Aminosilane und Phenolharz-Vorstufen als Präpolymere.
Ungesättigte Silane und Polymer bzw. Präpolymer können auch durch eine radikalische Propfreaktion kovalent miteinander verbunden werden. Hierbei haben sich insbesondere folgende Kombinationen als vorteilhaft herausgestellt: Vinylsilane und Polyolefine, Methacryloxysilane und Polyolefine sowie Methocryloxysilane und ungesättigte Polyester.
Die erfindungsgemäßen Kondensatoren bzw. die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensatoren können beispielsweise in der Hochspannungstechnik verwendet werden .
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren 1 bis 3 sowie an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen der Querschnitte unterschiedlicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konverters. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Kondensators 1. Die scheibenförmige Glaskeramik 2 dient als Dielektrikum.
Hierbei sind die Oberseite 2a und die Unterseite 2b der Glaskeramik 2 mit den Metallelektroden 3a und 3b
beschichtet. Die Elektroden 3a und 3b sind mit die
Ableitungen 5a und 5b verbunden. Glaskeramik 2 und
Elektroden (3a, 3b) weisen eine KunstStoffummantelung 4 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform 1 weisen die Seitenflächen 2c einen vollflächigen Verbund mit der
KunstStoffummantelung 4 auf. Die KunstStoffSchicht 4 kann einen Vernetzer auf Basis eines Silans enthalten, so dass Glaskeramik 2 und/oder Metallelektroden 3a, 3b und
KunstStoffummantelung 4 kovalent miteinander verbunden sein können .
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform 6 weist zusätzlich zwischen der KunstStoffummantelung 4 und der Glaskeramik 2 bzw. den Elektroden (3a, 3b) eine Haftvermittlerschicht 7 auf. Bevorzugt ist die Haftvermittlerschicht 7 an den
Grenzflächen zur Glaskeramik 2 und/oder zu den Elektroden 3a, 3b kovalent über Si-O-Bindungen mit diesen verbunden. Die Haftvermittlerschicht 7 enthält hydrophobe organische Reste und kann mit der KunstStoffSchicht 4 durch van-der- Waals-Wechselwirkungen und/oder über kovalente Bindungen verbunden sein. Alternativ zu der in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsform können auch nur Teilbereiche der
Glaskeramik 2 und/oder der Elektroden 3a, 3b mit der
Haftvermittlerschicht 7 versehen werden. Bevorzugt sind zumindest die Seitenflächen 2c der Glaskeramik mit der Haftvermittlerschicht 7 beschichtet. Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform 8 des Kondensator, bei der die Glaskeramik 2 zusätzlich eine SiC>2-haltige Schicht 9 aufweist. Die SiC>2-haltige Schicht 9 verbessert insbesondere die Benetzung der
Glaskeramikoberflächen. In der gezeigten Ausführungsform 8 ist zusätzlich eine Haftvermittlerschicht 7 vorhanden.
Im Ausführungsbeispiel 1 wird als Glaskeramik eine
bariumtitantathaltige Glaskeramik verwendet. Ober- und Unterseite der Glaskeramik sind mit einer silberhaltigen Beschichtung versehen, welche jeweils als eine Elektrode fungiert. Die silberhaltige Beschichtung enthält Silber und Glaspartikel. Die beschichtete Glaskeramik ist mit einer KunstStoffSchicht auf Basis eines Epoxydharzes ummantelt. Das Epoxydharz ist mit anorganischen Füllstoffen verstärkt.
Zur Herstellung der KunstStoffummantelung wird ein
Zweikomponenten-Epoxyd-Giessharzsystem mit einem Epoxydharz auf Basis von Bisphenol A als Präpolymer und einem
Anhydridhärter (Araldit®-Giessharzsystem der Firma Huntsman mit den Komponenten Araldit® CW 229-3 und Aradur® HW 229-1) verwendet .
Harz- und Härterkomponente werden hierzu in der benötigten Menge bei leicht erhöhter Temperatur bis zu 60 °C unter Vakuum homogenisiert. Die Ummantelung erfolgt mit einem konventionellen Vakuum-Gießverfahren oder mit einem
automatischen Druckgelier-Verfahren (ADG-Verfahren) .
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel handelt es sich
ebenfalls um einen Kondensator mit einer Bariumtitanat- Glaskeramik als Dielektrikum und silberhaltigen Beschichtungen als Elektroden. Zur Herstellung der KunstStoffummantelung wird ein Zweikomponenten- Epoxydgiessharzsystem der Firma Huntsman mit den Komponenten Araldit® CW 1446 BDF und Aradur® HY 2919 verwendet .

Claims

Patentansprüche
1. Kondensator, insbesondere geeignet für
Hochspannungsanwendungen, umfassend zumindest
- einen Glaskeramikformkörper als Dielektrikum,
- zwei Metallelektroden, wobei die Metallelektroden in Form einer metallhaltigen Beschichtung auf den
gegenüberliegenden Oberflächen des Glaskeramikformkörpers aufgebracht sind und
- eine Ummantelung aus Kunststoff, wobei die
Ummantelung die mit den Metallelektroden beschichtete Glaskeramik umschließt, wobei insbesondere die
unbeschichteten Seitenflächen der Glaskeramik einen vollflächigen Verbund mit dem Kunststoff aufweisen.
2. Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei der
Glaskeramikformkörper platten- oder scheibenförmig
ausgebildet ist und die Metallelektroden auf der Ober- und Unterseite aufgebracht sind.
3. Kondensator einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Glaskeramik bariumtitanathaltige Phasen, bevorzugt
Bariumtitanat-, Bariumstrontiumtitanat- und/oder
Bariumaluminiumtitanatphasen, strontiumtitantathaltige Phasen und/oder bariumzirkonathaltige Phasen enthält.
4. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Glaskeramik eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 20, bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 10 mm aufweist.
5. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ummantelung eine Dicke im Bereich von 1 bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 mm aufweist.
6. Kondensator einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kunststoff einen Polyurethan, ein Epoxydharz und/oder ein Silikonharz umfasst.
7. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kunststoff über Siloxaneinheiten vernetzt ist.
8. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kunststoff ein tan δ bei 50 Hz und 23 °C im Bereich von 0,3 bis 10, bevorzugt 0,3 bis 5 und/oder ein £r bei 23°C im Bereich von zumindest 3, bevorzugt zumindest 10 aufweist.
9. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ummantelung anorganische Füllstoffe, bevorzugt Si02 und/oder A1203 enthält.
10. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprühe, wobei die Glaskeramik zumindest in Teilbereichen eine Si02- haltige Schicht aufweist.
11. Kondensator gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest Teilbereiche des Kondensators zwischen der
Glaskeramik und dem Kunststoff eine Haftvermittlerschicht, bevorzugt eine Haftvermittlerschicht umfassend ein
organofunktionalisiertes Silan, besonders bevorzugt ein Silan mit hydrophoben Gruppen, aufweisen.
12. Kondensator gemäß Anspruch 11, wobei Glaskeramik und Haftvermittlerschicht an der Grenzfläche über kovalente Bindungen, bevorzugt über Si-O-Bindungen, miteinander verbunden sind.
13. Kondensator gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei Kunststoff und Haftvermittlerschicht an der Grenzfläche kovalent miteinander verbunden sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators gemäß Anspruch 1 mit zumindest folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Glaskeramikformkörpers als
Dielektrikum, b) Aufbringen einer Metallbeschichtung auf zumindest
Teilbereichen der gegenüberliegenden Oberflächen des
Glaskeramikformkörpers , c) Ummanteln des in Schritt b) beschichteten
Glaskeramikformkörpers mit einer KunstStoffbeschichtung durch Aufbringen einer Beschichtungszubereitung, wobei zumindest Teilbereiche des Glaskeramikformkörpers einen vollflächigen Verbund mit der KunstStoffbeschichtung bilden.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei in Schritt b) die Metallbeschichtung in Form einer Paste umfassend
Metallpartikel, Glaspulver und ein Anpastmedium aufgebracht wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die
Oberfläche der in Schritt a) bereitgestellten Glaskeramik zumindest in Teilbereichen gereinigt und/oder geätzt wird.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zumindest auf Teilbereichen der Oberfläche der in Schritt a) bereitgestellten Glaskeramik eine Si02~haltige Schicht abgeschieden wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei in Schritt c) eine Beschichtungszubereitung umfassend ein Epoxyharz und/oder eine Epoxydharzvorstufe als Präpolymer und einen Vernetzer, bevorzugt ein Anhydrid bereitgestellt wird .
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei in einem dem Schritt c) vorgelagerten Verfahrensschritt auf zumindest Teilbereichen der Glaskeramikoberfläche eine Haftvermittlerschicht, bevorzugt durch Aufbringen eines Silans mit hydrophoben und/oder funktionellen Gruppen, abgeschieden wird.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei in Schritt c) an der Grenzfläche zwischen
Haftvermittlerschicht und KunstStoffbeschichtung eine kovalente Anbindung von Haftvermittlerschicht und
KunstStoffSchicht , insbesondere durch Reaktion der
organofunktioneilen Gruppen des Silans mit funktionellen Gruppen der KunstStoffSchicht erfolgt.
21. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche 14 bis 20, wobei die in Schritt c) bereitgestellte Beschichtungs Zubereitung Vernetzter, bevorzugt
organofunktionalisierte Silane enthält.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die in Schritt c) bereit gestellte anorganische Füllstoffe enthält .
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