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Regenerierfähiger elektrischer Kondensator Die Erfindung betrifft
einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum aus einem
Stoff mit. schlechten Ausbrenneigenschaften besteht, und bei dem im Bereich seiner
regenerierfähig dünnen Belegungen eine Isolierstoffeinlage aus einem Kunststoff,
z. B. einem Zellulosederivat, vorhanden ist, der mindestens 10%. des für seine vollständige
Umsetzung zu stabilen Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül
enthält. Während für nicht regenerierende Kondensatoren eine Vielzahl von Kondensatordielektrika
bekannt ist, sind regenerierende Kondensatoren nur aus bestimmten Dielektrika wie
z. B. Papier, Zellulosederivaten und Polyäthylenterephthalat bekanntgeworden. Der
Grund liegt vor allem darin, daß die Vorgänge beim. Regenerierprozeß bisher weitgehend
unbekannt waren und daher auch keine allgemeine Regel für den Aufbau solcher Kondensatoren
gegeben werden konnte. Die Erforschung dieser Vorgänge führte zu folgenden Ergebnissen:
Bei regenerierenden Kondensatoren werden die Regeneriereigenschaften wesentlich
durch den chemischen Aufbau des Dielektrikums mitbestimmt, und besonders bedeutend
für den Regenerierprozeß sind hierbei. die im Molekül vorhandenen Atome mit stark
oxydativen Eigenschaften, z. B. Sauerstoff und Fluor. Beim Regenerierprozeß wird
zur vollständigen Umsetzung des Dielektrikums zu stabilen Oxydationsprodukten (z.
B. C02 und 1120) eine bestimmte Menge eines Oxydationsmittels benötigt. Der prozentuale
Anteil dieser Menge, der im Molekül selbst vorhanden ist, wird Oxydationsbilanz
genannt. Für einen einwandfreien Ablauf des Regenerierprozesses ist besonders die
Oxydationsbilanz der der Metallbelegung unmittelbar benachbarten Dielektrikumsschicht
entscheidend, da beim Ausbrand die Isolationsstrecke hauptsächlich durch den Ausbrennhof
gebildet wird, dessen Radius vielleicht hundertmal größer ist als die Dicke der
Dielektrikumsschicht.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei Dielektrika mit einer Oxydationsbilanz
größer als 1010/0 (z. B. Acetylzellulose, Äthylzellulose, Polytetrafluoräthylen,
Polyäthylenterephthalat) der Regenerierprozeß einwandfrei verläuft. Bei einer Oxydationsbilanz
kleiner als 10%, (z. B. Polykarbonat, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylkarbazol)
tritt Verkohlung auf, die niedrige Isolationswerte und zum Teil Kurzschluß zur Folge
hat. Diese Stoffe können daher trotz guter dielektrischer Eigenschaften und zum
Teil hoher Temperaturbeständigkeit für regenerierende Kondensatoren nicht eingesetzt
werden.
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Um solche Stoffe für regenerierende Kondensatoren geeignet zu machen,
ist es bereits bekannt, im Bereich der Belegungen eines solche Stoffe als Dielektrikum
enthaltenden Kondensators Stoffe anzuordnen, die beim Durchschlag Gase und nichtleitende
Stoffe bilden; beispielsweise sollte ein solches Dielektrikum mit Lacküberzügen
versehen werden, wobei dem Lack leicht zersetzliche Stoffe .wie z. B. Alkalikarbo=
nate oder Alkalibikarbonate oder Metalloxyde, insbesondere solche höherer Oxydationsstufen,
wie Magnesiumsuperoxyd, zugesetzt werden sollten. Diese bekannte Maßnahme führt
jedoch zu keinen befriedigenden Ergebnissen, insbesondere wegen der, leichten Zersetzlichkeit
dieser Stoffe und ihrer schlechten dielektrischen Eigenschaften.
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Um Stoffe guter dielektriseher Eigenschaften, die aber schlechte Regeneriereigenschaften
besitzen; trotzdem zum Aufbau von regenerierenden Kondensatoren verwenden zu können,
ist daher bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden, dieses Dielektrikum mit
einer dünnen Schicht aus einem Kunststoff zu überziehen, dessen Oxydationsbilanz
größer: als 10°/u ist. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil zur Folge, daß diese
Kunststoffschicht einen Teil des wirksamen Dielektrikums bildet. Man kann daher
dafür entweder nur solche Stoffe verwenden, die auch sonst gute dielektrische Eigenschaften
besitzen, z. B: keinen zu großen Verlustwinkel, oder man muß in Kauf nehmen, daß
mit der Verbesserung der Regeneriereigenschaften eine Verschlechterung der übrigen
elektrischen Eigenschaften des Kondensators Hand in Hand geht.
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Es hat sich neuerdings gezeigt, daß es nicht erforderlich ist, den
die erforderliche Oxydationsbilanz herstellenden Stoff im dielektrischen Feld anzuordnen,
sondern daß es ebenso möglich ist, ihn gewissermaßen in das Innere der Kondensatorbelegung
einzubringen, d. h. in den feldfreien Raum, wodurch
seine Einflußnahme
auf die dielektrischen Werte des Kondensators vermieden wird. Es wird daher ein
regenerierfähiger elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus einem Stoff
mit schlechten Ausbrenneigenschaften besteht, und bei dem im Bereich seiner regenerierfähig
dünnen Belegungen eine Isolierstoffeinlage aus einem Kunststoff, z. B. einem Zellulosederivat,
vorhanden ist, der mindestens 10% des für seine vollständige Umsetzung zu stabilen
Oxydationsprodukten benötigten Oxydationsmittels im Molekül enthält angegeben, bei
dem erfindungsgemäß die Isolierstoffeinlage im feldfreien Raum zwischen zwei elektrisch
leitend verbundenen, regenerierfähig dünnen Metallschichten liegt, die eine Belegung
des Kondensators bilden. Die Einlage befindet sich dabei im feldfreien Raum und
beeinflußt die Eigenschaften des wirksamen Dielektrikums nicht nachteilig. Es sei
erwähnt, daß bereits ein elektrischer Kondensator bekannt ist, der aus doppelseitig
metallisierten Papierbändern und Kunststoffolie aufgebaut ist, wobei das Papier
lediglich als Träger der Metallbelegungen dient, während die Kunststoffolie das
Dielektrikum bildet. Hieraus ergibt sich jedoch noch nicht die Lehre, einen elektrischen
Kondensator mit einem für regenerierende Kondensatoren schlecht geeigneten Dielektrikum
durch Verwendung einer im feldfreien Raum angeordneten, gemäß der Erfindung ausgewählten
Einlage regenerierfähig zu machen.
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Man gewinnt dabei den zusätzlichen Vorteil, daß mindestens ein Teil
der Metallschichten statt auf dielektrisch wirksame Schichten auf die im feldfreien
Raum liegenden Einlagen aufmetailisiert wird, wodurch die dabei entstehenden Spitzen,
die sich durch Ausfüllen von Poren mit Metallteilchen bilden, statt in das Dielektrikum
zu ragen und dort die Durchschlagsfestigkeit und den Verlustwinkel zu verschlechtern,
in den feldfreien Raum ragen, wo sie völlig unschädlich sind. Das Wesen der Erfindung
wird durch die Figuren erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Band 1 aus einem die Regenerierfähigkeit bedingenden
Kunststoff, das mit regenerierfähig dünnen Metallbelegungen 2 -und 3 versehen ist,
die gegebenenfalls über eine Brücke 4 miteinander leitend verbunden sind. Die leitende
Verbindung 4 zwischen den Metallbelegungen 2 und 3 kann zusammen mit der Aufmetallisierung
von 2 und 3, nach der Metallisierung oder auch erst, nachdem die metallisierte Folie
in einem Wickelkondensator eingebracht worden ist, mit der stirnseitigen Kontaktschicht
hergestellt werden. Das in F i g. 1 dargestellte beidseitig metallisierte Band läßt
sich als Belegung zusammen mit beliebigen Dielektrika zu regenerierenden Wickelkondensatoren
verarbeiten. Es ist jedoch auch möglich, daß das Kondensatordielektrikum mit der
regenerierfähigen Belegung und deren Einlage zu einer mechanischen Einheit verbunden
wird. Das zeigt F i g. 2. Dort ist ein dielektrisches Band 5 dargestellt, das mit
einer ersten Metallisierung 2 versehen worden ist, auf die die Isolierstoffeinlage
in Form einer etwa 1 #t starken Lackschicht 1 aufgebracht ist. Auf die Isolierstoffeinlage
1 ist ein weiterer Metallbelag 3 aufmetallisiert, der, wie bereits beschrieben,
gleichzeitig mit der Metallisierung vor der Herstellung des Kondensators oder nach
dessen Herstellung durch die leitende Verbindung 4 mit der Metallbelegung 2 verbunden
ist.
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Die Erfindung läßt sich, wie in den F i g. 3 bis 6 gezeigt wird, besonders
vorteilhaft verbinden mit dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Dünnfolienkondensatoren
auf einer Trägerfolie. Es werden dabei auf gegebenenfalls zur Erzielung einer geeigneten
Haftfestigkeit vorbehandelte Trägerfolien aus Papier oder einem Kunststoffmaterial
Lackschichten aufgebracht und gegebenenfalls mit einer Metall-Belegung durch Aufdampfen
versehen. Die Lackschicht wird unmittelbar vor Herstellung des Kondensators von
der Trägerfolie abgezogen und zu einem Dünnfolienkondensator verwickelt. In F i
g. 3 wird eine solche Trägerfolie 6 mit einer Lackschicht 7 gewünschter dielektrischer
Stärke versehen, auf die dann eine erste Metallbelegung 2, dann in ähnlicher Weise
wie die erste Lackschicht 7 die Isolierstoffeinlage in Form einer zweiten Lackschicht
1, vorzugsweise in einer Stärke von etwa 1 Et, und dann eine zweite Metallbelegung
3 aufgebracht wird. Auf die zweite Metallbelegung 3 kann, wie F i g. 4 zeigt, eine
weitere Lackschicht 8, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material besteht
und die gleiche Dicke aufweist wie die Lackschicht 7, aufgebracht werden. Nach Abziehen
von der Trägerfolie 6 erhält man dann entweder, wie in F i g. 5 dargestellt, eine
Anordnung, besehend aus einer ersten Lackschicht 7 und einer Belegung aus den Metallschichten
2 und 3, die die Isolierstoffeinlage 1 einschließen, oder, falls man noch eine zweite
Lackschicht 8 aufgebracht hat, die Anordnung der F i g. 6.
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F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Wickellage eines Kondensators,
die durch seitlich versetzte Anordnung zweier in F i g. 2 dargestellter Schichtfolien
entsteht. F i g. 8 zeigt in ähnlicher Weise eine Wickellage eines Kondensators,
die aus zwei der in F i g. 5 dargestellten Schichtfolien durch seitlich versetzte
Anordnung hergestellt wurde. Man erhält dabei einen Kondensator mit einem einlagigen
Dielektrikum. In ähnlicher Weise gelangt man durch Aufwickeln der in F i g. 6 dargestellten
Schichtfolien, abgelöst vom Träger 6 nach F i g. 4, zu einem zweilagigen
Kondensator, von dem in F i g. 9 ebenfalls eine Wickellage dargestellt ist. Die
seitliche Versetzung der Mehrschichtfolien kann auch unterbleiben.
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Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten Belegungen lassen sich jedoch
auch mit weiteren dielektrischen Bändern verarbeiten. Man wird in diesem Fall die
Lackschichten 7 und 8 zweckmäßigerweise besonders dünn wählen. Die
in F i g. 8 und 9 dargestellten Kondensatoren, bei denen die Lackschichten 7 und
8 als alleiniges Dielektrikum dienen, zeichnen sich demgegenüber durch besonders
hohe Raumkapazität aus.