DE2830471A1

DE2830471A1 - Elektrischer kondensator und kondensatorelement

Info

Publication number: DE2830471A1
Application number: DE19782830471
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1977-07-12
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NL7807438A; US4146914A; FR2397709A1; GB2001198B; IT1096913B; BR7804379A; IT7825438A0; GB2001198A; CA1089040A; MX146180A; JPS5420359A

Description

ILLINOIS TOOL WORKS INC.

Elektrischer Kondensator und Kondensatorelement

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorelement mit einer auf beiden Seiten mit einer Elektrodenschicht versehenen, gefalteten, dielektrischen Schicht, bzw. einen daraus hergestellten Kondensator.

Elektrische Kondensatoren, die aus einer dünnen, auf beiden Seiten metallisierten dielektrischen Folie hergestellt sind, werden in großen Stückzahlen in elektrischen Apparaturen benutzt, da sie sehr zuverlässig sind, wünschenswerte

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elektrische Eigenschaften besitzen und zu niedrigen Kosten hergestellt werden können. Solche Kondensatoren können aus einer doppelseitig metallisierten dielektrischen Schicht hergestellt sein, die vielfach in Längsrichtung gefaltet ist. Das gefaltete dielektrische Material kann dann in Längsrichtung aufgerollt werden, worauf dann elektrische Anschlüsse durch Aufsprühen von Metall gegen die Kanten des aufgerollten Kondensatorelementes angebracht werden können. Ein solcher Kondensatortyp ist äußerst begehrt, da im wesentlichen sich die gesamte dielektrische Schicht des Kondensators in dem elektrischen Feld befindet und da der Kondensator ohne Einfügung einer zusätzlichen dielektrischen Schicht in den Hauptkörper des Kondensators hergestellt werden kann.

Derartige Kondensatortypen haben jedoch den Nachteil, daß im Bereich der Falten der dielektrischen Schicht eine größere Dicke vorhanden ist als im übrigen Bereich, so daß beim Aufrollen leicht eine hanteiförmige Form entsteht. Außerdem sind die Falten selbst als Schwachstellen anzusehen, da hier die dielektrische Schicht mit den darauf befindlichen Metallschichten besonders beansprucht und zerstörungsanfällig ist.

Ziel'der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die dielektrische Schicht dergestalt gefaltet ist, daß jede Falte als weiche, im wesentlichen kreisrunde Biegung ausgebildet ist, wobei der Biegungsmittelpunkt jeder Falte vom Biegungsmittelpunkt der benachbarten Falten um mindestens die vierfache Dicke der dielektrischen Schicht versetzt ist.

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Ein aus einem solchen Kondensatorelement hergestellter Kondensator besitzt sämtliche Vorteile der bekannten Kondensatoren mit gefalteten oder gefalteten und aufgerollten Schichten, besitzt dabei jedoch den zusätzlichen Vorteil, daß die Deformation des elektrischen Feldes in den Elektrodenschichten minimalisiert wird, daß mechanische Beanspruchung und damit einhergehende Beschädigung verringert wird und daß der Kondensator keine hanteiförmige Form mit Ringen größeren Durchmessers an den Enden im Vergleich zum übrigen Teil erhält. Dabei ist es außerdem möglich, mit einem erfindungsgemäßen Kondensatorelement nicht nur Kondensatoren mit folienartigen dielektrischen Schichten herzustellen, sondern es können auch Keramikkondensatoren hergestellt werden, in denen das dielektrische Material gefaltet wird, während das Keramikmaterial auf der dielektrischen Schicht sich noch in einem "grünen" Zustand befindet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die kreisförmigen Biegungen einen Radius besitzen, der zumindest gleich der Dicke der dielektrischen Schicht ist.

Zur Herstellung eines Kondensators aus dem erfindungsgemäßen Kondensatorelement ist vorgesehen, daß die dielektrische Schicht langgestreckt ist und nach dem Falten um in Längsrichtung verlaufende Faltlinien in Längsrichtung aufgerollt ist.

Gemäß einer anderen Ausbildung ist es aber auch möglich, daß die dielektrische Schicht langgestreckt ist und nach dem Falten um in Längsrichtung verlaufende Faltlinien um senkrecht zur Längsrichtung verlaufende Faltlinien gefaltet wird. Dies ergibt dann in etwa einen quaderförmigen

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Kondensator.

Da beim Aufrollen oder auch beim Falten quer zur Längsrichtung immer zwei Flächen der gefalteten dielektrischen Schicht aufeinander zu liegen kommen und dort aufgrund der Versetzung der Falten zueinander die Biegung von Falten zusammengedrückt werden kann, ist gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung vorgesehen, daß auf einer oder beiden Seiten der gefalteten dielektrischen Schicht eine nicht mit Elektrodenschichten versehene dielektrische Schicht von solcher Dicke angeordnet ist, daß im aufgerollten oder im zusammengefalteten Zustand die Wölbung der Biegung der jeweils unmittelbar an die angrenzende gefaltete dielektrische Schicht angrenzenden Falten zumindest im wesentlichen nicht beeinträchtigt ist.

Zur Komplettierung des Kondensatorelementes zu einem Kondensator ist vorgesehen, daß an den Faltenkanten der Elektrodenschichten eine Leitung befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines

Teils einer metallisierten dielektrischen Schicht, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensatorelementes bzw. eines entsprechenden Kondensators benutzt werden kann,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils

des erfindungsgemäßen Kondensatorelementes

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mit einer gefalteten, metallisierten dielektrischen Schicht, die acht Falten besitzt und einen unmetallisierten dielektrischen Einsatz umfaßt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines

Kondensatorelementes gem. Fig. 2, wobei zusätzlich eine Aufrollspindel und ein unmetallisierter dielektrischer Streifen gezeigt ist,

Fig. 4 eine schematische Ansicht, in der das

Aufrollen des Kondensatorelementes gem. Fig. 2 dargestellt ist,

Fig. 5 die Seitenansicht eines entsprechend den Fig. 3 und 4 aufgerollten Kondensatorelementes, bevor es mit Leitungen versehen ist,

Flg. 6 eine Seitenansicht des Kondensatorelementes gem. Fig. 5, nachdem es in eine ovale Form gepreßt ist,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen mit Leitungen komplettierten Kondensator und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung eines erfindungsgemäßen Kondensatorelementes.

In Fig. 1 ist ein Teil eines auf dem Markt erhältlichen metallisierten dielektrischen Streifens gezeigt, der von

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einer Rolle abgezogen werden kann und geeignet ist zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensatorelementes. Der metallisierte dielektrische Streifen ist aus einer dielektrischen Schicht 12 gebildet, die einen dünnen Film aus dielektrischem Material darstellt, wie Polyester, Polypropylen, Polystyren, Polycarbonat oder anderen geeigneten Materialien. Eine dünne metallische Elektrodenschicht 14 ist auf der Oberfläche dieser dielektrischen Schicht 12 angebracht. Falls es gewünscht wird, können unmetallisierte Randgebiete sich entlang der Längskanten des Streifens 10 erstrecken.An der Unterfläche der dielektrischen Schicht 12 ist eine dünne metallische Elektrodenschicht 20 angebracht. Die Elektrodenschichten 14 und können unmetallische Streifen enthalten an den Stellen, an denen die Falten angebracht werden sollen, falls ein metallisches Sprühen am Ende zur Erzeugung von Anschlüssen vorgenommen werden soll.

Bei der Ausführung gem. Fig. 1 ist die Längsrichtung des metallisierten Streifens 10 durch den Pfeil 26 angezeigt, während die Querrichtung dazu durch den Pfeil 28 definiert ist. Zur Herstellung des Kondensators wird eine Faltung entlang der Faltungslinien 30 durchgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß die Faltung entlang solcher Längslinien vorgenommen wird, da ein Kondensator im Rahmen der Erfindung auch durch Faltung in querliegenden Faltlinien hergestellt werden kann, falls die entsprechenden metallisierten und unmetallisierten Gebiete vorgesehen sind.

Ein gefaltetes Kondensatorelement bzw. auch schon ein Kondensator ist in Fig. 2 gezeigt, wo ersehen werden kann, daß die Kanten der Falten 32, 34, 36 und 38 und 33, 35, 37,

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weich und im wesentlichen kreisrund gebogen sind, wobei die Biegungen einen Radius haben, der zumindest gleich der Dicke der dielektrischen Schicht 12 ist. Die Mittellinien 41, 43, 45 und 47 durch die Zentren der Biegungen bzw. Falten 33, 35, 37, 39 sind voneinander getrennt, so daß sie um einen Abstand zueinander versetzt sind, der mindestens der vierfachen Dicke der dielektrischen Schicht entspricht. Bei den Falten 32, 34, 36 und 38 auf der anderen Seite des Kondensatorelementes bzw. Kondensators gelten die gleichen Verhältnisse in bezug auf den Radius und den Versatz zueinander. Die Falten 32, 34, 36 und 38 und 33, 35, 37 und 39 sind aus zwei Gründen zueinander versetzt:

1. Durch diesen Versatz soll beim Aufrollen eine hanteiförmige Form vermieden werden, die entsteht, wenn die Kanten senkrecht übereinander ausgerichtet sind.

2. Es sollen flache Falten vermieden werden, die elektrische Schwachpunkte darstellen. Die Streifen verändern sich nämlich mechanisch bei der Beanspruchung, die einem Biegen bis zu einem Null-Radius entspricht. Weiterhin wird die Intensität des elektrischen Feldes vergrößert im Dielektrikum nahe den Faltlinien, wenn der Biegeradius sich dem Radius Null nähert. Die mechanische Beschädigung und Veränderung

'des elektrischen Feldes trägt dazu bei, daß diese Faltlinien eine elektrisch schwache Stelle bilden, da zuerst gegenüberliegende Elektroden durch Funken zerstört werden, wenn das Ladepotential des Kondensators erhöht wird. Exzessives Nähern an diesen Stellen bewirkt einen verringerten Isolationswiderstand, vergrößerten Verlustfaktor und einen reduzierten Kapazitätswert.

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Bei der Ausführung gem. Fig. 2 sind nichtmetallisierte dielektrische Schichten 49 und 49' vorgesehen, um zu verhindern, daß die untersten Falten, wie die Falte 38, ihre grundsätzlich kreisbogenförmige Biegung verlieren kann. In der alternativen Ausführung gem. Fig. 8 sind diese dielektrischen Schichten weggelassen worden, was dazu führt, daß die untere Falte 40 aus ihrer normalen Kreisbogenform zusammengeknickt wird. Die Ausbildung gem. Fig. 2 wird deshalb gegenüber der von Fig. 8 bevorzugt, wenn die erhöhten Kosten für den gewünschten Anwendungszweck akzeptabel sind. Die gestrichelten Linien in Fig. und 8 stellen eine zweite Gruppe einer zusammengefalteten Schicht des Kondensators dar, während die durchgezogenen Linien die erste Gruppe einer solchen gefalteten Schicht darstellen.

Nach Herstellung des Kondensatorelementes gem. Fig. 2 werden eine Anzahl verschiedener zusätzlicher Schritte zur Herstellung eines Kondensators unternommen. Wenn beispielsweise das Element gem. Fig. 2 nichtmetallisierte Streifen auf der Innenseite jeder Falte aufweist, kann dieses Element dazu benutzt werden, um einen Kondensator zu bilden, indem einfach die rechten und linken Längskanten des Elementes mit einem metallisierendem Spray, wie Lagerweißmetall oder einem anderen geeigneten Metall entsprechend üblicher Praxis besprüht werden, worauf dann elektrische Leitungen beispielsweise durch Löten befestigt werden können. Alternativ dazu könnten an dem Element gem. Fig. 2 auch Leitungen durch die Benutzung von leitendem Epoxy oder durch andere geeignete Verfahren angebracht werden. Im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 2 jedoch zwei Lagen eines Kondensatorelementes, das durch Aufrollen der dielektrischen Streifen in Längsrichtung

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des Streifens 10 gebildet ist, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, um so einen aufgerollten Kondensator zu bilden. Eine andere Version eines Kondensators kann dadurch erhalten werden, indem die Kondensatorelemente gem. Fig. 3 mehrmals um quer zur Längsrichtung verlaufende Faltlinien gefaltet werden oder indem alternativ mehrfach so gefaltet wird und danach eine Komplettierung durch Aufrollen in Längsrichtung des dielektrischen Streifens durchgeführt wird.

Das Aufrollen des Kondensatorelementes gem. Fig. 2 in einen "aufgerollten" Kondensator kann mittels mehrerer Techniken erfolgen. Beispielsweise kann eine Spaltspindel wie die Spindel 56 in den Fig. 3 und 4 benutzt werden, die nach dem Aufrollen wieder herausgezogen werden kann. Ein unmetallisierter dielektrischer Streifen 58 wird vorzugsweise anfangs um die Spindel gewunden, um so die Elektrodenschichten des metallisierten Streifens 10 zu schützen. Wenn das Aufrollen des Kondensatorelementes annähernd vollendet ist, wird ein zusätzlicher unmetallisierter dielektrischer Streifen 60 dann vorzugsweise eingelegt, um eine äußere Schutzschicht zu bilden. Der dielektrische Streifen 60 kann auch mit sich selbst hitzeverschweißt sein, um so das in Fig. 5 dargestellte Kondensatorelement 61 zu bilden. Die Entfernung der Spindel 56 aus dem Kondensatorelement 61 hinterläßt eine Öffnung 62. Diese Öffnung 62 kann durch Anwendung von Druck oder Druck und Hitze beseitigt werden, je nachdem was für eine Art von dielektrischer Schicht und welche Herstellungstechnik verwendet wird, so daß eine in Fig. 6 gezeigte ovale Form entsteht. Wenn die Kondensatorelemente gem. Fig. 3 und 7 einmal aufgerollt sind, können elektrische Leitungen angebracht werden. Dabei können entweder radial oder axial angeordnete Leitungen

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verwendet werden. Beispielsweise können radiale Leitungen 70 und 72 angelötet werden oder durch andere Mittel mit den Falten 32, 34, 36, 38 und 33, 35, 37, 39 des aufgerollten Kondensatorelementes 61 verbunden werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

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e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Kondensatorelement mit einer auf beiden Seiten mit einer Elektrodenschicht versehenen, gefalteten, dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (12) dergestalt gefaltet ist, daß jede Falte (32 bis 39) als weiche, im wesentlichen kreisrunde Biegung ausgebildet ist, wobei der Biegungsmittelpunkt jeder Falte zum Biegungsmittelpunkt der benachbarten Falten um mindestens die vierfache Dicke der dielektrischen Schicht versetzt ist.
2. Kondensatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisbogenförmigen Biegungen einen Radius besitzen, der zumindest gleich der Dicke der dielektrischen Schicht (12) ist.
3. Kondensatorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (12) langgestreckt ist und nach dem Falten um in Längsrichtung verlaufende FaItlinien (30) in Längsrichtung (Pfeil 26) aufgerollt ist.
4. Kondensatorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (12) langgestreckt ist und nach dem Falten um in Längsrichtung verlaufende FaItlinien (30) um senkrecht zur Längsrichtung (Pfeil 28) verlaufende Faltlinien gefaltet ist.

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5. Kondensatorelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer oder beiden Seiten der gefalteten dielektrischen Schicht (12) eine nicht mit Elektrodenschichten versehene dielektrische Schicht (49,49') von solcher Dicke angeordnet ist, daß im aufgerollten oder zusammengefalteten Zustand die Wölbung der Biegung der jeweils unmittelbar an die angrenzende gefaltete dielektrische Schicht (12) angrenzenden Falten (33,38) zumindest im wesentlichen nicht beeinträchtigt ist.
6. Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Faltenkanten der Elektrodenschichten {14,20) eine Leitung (70,72) befestigt ist.

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