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Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf
einen Träger aus Papier od. dgl. aufgedampften Zinkschicht Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf einen Träger
aus Papier od. dgl. sehr dünn aufgedampften, im wesentlichen aus Zink bestehenden
Metallschicht als Belegung. Bei derartigen Verfahren ist es bereits bekannt, zur
Erzielung guter Haftfestigkeit und hoher Leitfähigkeit der aufgedampften Zinkschicht
das Papier durch Aufdampfen sehr geringer Mengen eines hochsiedenden Metalls vorzubekeimen,
das, wie z. B. Silber oder Kupfer, edler als Zink ist. Es ist auch bereits vorgeschlagen
worden, statt eines edleren Metalls ein unedleres Metall als Zink zur Vorbekeimung
zu verwenden.
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Es hat sich nun gezeigt, daß vor allem die edleren Metalle, wie Silber
oder Kupfer, für die Vorbekeimung besonders günstig sind. Ihr Nachteil besteht jedoch
darin, daß sie wesentlich zur Korrosion der aufgebrachten unedleren Zinkschicht
beitragen; denn da das Papier immer irgendwelche Spuren von Feuchtigkeit enthält,
ist es mehr oder weniger auch als Elektrolyt wirksam. Da nun diese Metalle edler
als das Zink sind und zudem in so geringer Menge aufgedampft sind, daß sie die Oberfläche
des Papiers nicht völlig bedecken, bilden sie mit den ihnen benachbarten Teilen
der unedleren Metallschicht Korrosionselemente auf der dem Papier zugewandten Seite
der Metallschicht und tragen somit zu einer fortlaufenden Korrosion des unedleren
Metalls (Zink) bei. Erschwert wird die Lage noch dadurch, daß das Papier auf Grund
seiner Fertigung immer Spuren von Metallen, wie Kupfer und Eisen, enthält, die ebenfalls
edler als das Zink sind und daher auch zur Korrosion der relativ unedlen Hauptmetallschicht
(Zinkschicht) beitragen können. Das Maß dieser Korrosion kann zwar ausreichend klein
gehalten werden, wenn nach dem Bedampfen durch besondere Trockenhaltungsmaßnahmen
od. dgl. dafür gesorgt wird, daß die elektrolytische Wirkung der Feuchtigkeit im
Papier praktisch so klein bleibt, daß trotz des Vorhandenseins der genannten edleren
Metalle die unedlere Hauptmetallschicht (Zinkschicht) nicht wesentlich angegriffen
wird. Aber selbst wenn die Feuchtigkeit im Papier nach der Imprägnierung genügend
klein oder wenigstens elektrolytisch nicht mehr so stark wirksam ist, weil das Wasser
teilweise durch die verwendeten organischen Tränkmittel gebunden ist, bleibt immerhin
noch der Zeitraum zwischen der Bedampfung des Papiers und dem Imprägnieren der fertiggewickelten
Kondensatoren, währenddessen die Feuchtigkeit im Papier zu einer starken Korrosion
der Zinkschicht unter dem Einfluß der genannten edleren Metalle geschützt werden
muß. Die hierzu notwendigen Maßnahmen sind sehr aufwendig. Es erscheint deshalb
günstiger, unedlere Metalle als das Hauptmetall als Vorbekeimungsmetalle zu verwenden,
wie dies bereits vorgeschlagen wurde. Aber auch diese Maßnahme ist mit Nachteilen
verknüpft, weil unedlere Metalle nicht die guten Vorbekeimungseigenschaften haben
wie die edleren Metalle. Es kann dahingestellt bleiben, woran dies im einzelnen
liegt. Sicher ist jedoch, daß die unedleren Metalle, wie z. B. Kalium und Natrium,
leicht Hydroxyde bilden und gegebenenfalls auf Grund dieser Eigenschaften als Vorbekeimungsmetalle
nicht oder nur wenig geeignet sind.
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Eingehende Überlegungen haben nun gezeigt, daß die guten Vorbekeimungseigenschaften
der edleren Metalle bei dem Bedampfungsvorgang erhalten bleiben können und trotzdem
die Korrosion der Zinkschicht wesentlich gemildert werden kann, wenn gemäß der Erfindung
entweder zusätzlich zu dem Aufdampfen sehr geringer Mengen des hochsiedenden edleren
Vorbekeimungsmetalls das Papier mit einer ebenfalls sehr geringen Menge eines insbesondere
zweiwertigen Metalls vorbekeimt wird, das unedler ist als Zink. Zusätzlich hierzu
kann auch noch das Papier z. B. mit Lack vorbehandelt sein, wie das bereits in dem
deutschen Patent 893 380 angegeben ist. Die Atommenge des gemäß der Erfindung aufgedampften
unedleren Metalls ist zweckmäßig mindestens ebenso groß wie die des aufgedampften
edleren :Metalls. Insbesondere empfiehlt es sich, die Menge des aufgedampften unedleren
Metalls wesentlich größer zu machen als die des aufgedampften edleren Metalls, weil
Papier - wie oben dargelegt - wegen seiner Herstellung auch noch weitere edlere
Metalle, wie Blei, Kupfer und Eisen, enthält, die nach dem
Aufdampfen
der Zinkschicht ebenfalls Korrosionselemente bildend wirken können und somit die
Haltbarkeit der Zinkschicht gefährden. Dampft man also zusätzlich zu dem zur Vorbekeimung
dienenden edleren Metall, z. B. Silber, noch Magnesium als unedleres Metall auf,
und zwar in ausreichender Menge, bezogen auf die aufgedampfte edlere Metallmenge
und auf diejenigen Metallverunreinigungen des Papiers, die ebenfalls edler sind
als das' Zink, so werden sich in dem daran anschließenden elektrolytischen Vorgang
die edleren Metalle im Papier auf dem aufgedampften Magnesium niederschlagen und
infolge des sehr stark negativen elektrochemischen Potentials dieses unedleren Metalls
elektrisch neutralisiert, indem sie nach ihrem Niederschlag auf der dem Papier zugewandten
Seite des aufgedampften Magnesiums ein elektrisch negativeres Potential erhalten
als das Zink.
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Wie schon oben erwähnt, haben die unedlen Metalle, vor allem die einwertigen,
eine starke Neigung zur Hydroxydbildung, was für die Durchführung des Verfahrens
und für die beabsichtigte Wirkung nachteilig ist. Aus diesem Grunde wird ferner
vorgeschlagen, zweiwertige unedlere Metalle als Zink, also vor allem Calcium bzw.
Magnesium, insbesondere gleichzeitig mit dem edleren Vorbekeimungsmetall aufzudampfen,
weil die Neigung dieser zweiwertigen Metalle zur Hydroxydbildung wesentlich geringer
ist als die der einwertigen. Zugleich oder an Stelle dieser Maßnahme empfiehlt es
sich jedoch, um auch der Auswirkung der bei diesen Metallen noch vorhandenen Neigung
zur Hydroxydbildung vorzubeugen, diese Metalle gleichzeitig in Mischung mit dem
edleren Metall aufzudampfen, vorzugsweise in Form einer Legierung zwischen dem edleren
und unedleren Metall. Sehr geeignet hierfür sind z. B. Silber-Magnesium-Mischungen.
Besonders vorzuziehen sind dabei diejenigen Mischungen bzw. Legierungen oder Mischkristalle,
in denen das Magnesium mit über 50 Atomprozent enthalten ist, weil, wie oben dargelegt,
das überschüssige Magnesium auch noch die im Papier vorhandenen edleren Verunreinigungen,
wie Kupfer oder Eisen, elektrochemisch unschädlich machen soll. So kann z. B. zur
Bekeimung eine aus etwa 3 Teilen Magnesium und 1 Teil Silber bestehende Metallmischung
aufgedampft werden, wie sie z. B. als hexagonale y-Phase (AgMg3) in einem Bereich
von etwa 20.5 bis 25 Atomprozent Ag existiert.
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Das Verfahren der Bedampfung des Papiers mit einer dünnen Zinkschicht
spielt sich dann also etwa in folgender Weise ab: Zunächst wird das Papier bis auf
einen geringen Feuchtigkeitsgehalt ausgetrocknet. Dieser Austrocknungsvorgang ist
bekanntlich mit einer gleichzeitigen Zersetzung der Zellulosefaser des Papiers verbunden;
jedoch kann durch die Verwendung des edleren Vorbekeimungsmetalls das Maß dieser
Austrocknung so gering gewählt werden, daß wesentliche Schädigungen der Zellulosefaser
unterbleiben. Unmittelbar danach, d. h. ohne starke Feuchtigkeitsaufnahme nach der
Trocknung, erfolgt dann die Bedampfung des Papiers mit den Vorbekeimungsmetallen
und dem Zink, wobei vorteilhafterweise das edlere und das unedlere Metall gleichzeitig
aus einem gemeinsamen Verdampfungsgefäß in entsprechend gewünschtem Mischungsverhältnis
verdampft werden. Kurz danach gleitet das Papierband an dem Verdampfungsbehälter
vorbei, aus dem das Zink verdampft wird, so daß das Zink sich nunmehr an den Stellen
ankristallisieren kann, an denen das Vorbekeimungsmetall sich niedergeschlagen hat.
Die Menge des Vorbekeimungsmetalls ist dabei, wie an sich bekannt, so gering; daß
sie praktisch nicht einmal entfernt ausreicht, eine monatomare Schicht auf der ganzen
Oberfläche des Papiers zu bilden. Während der Bedampfung wird gleichzeitig das Papier
in an sich bekannter Weise zweckmäßig auf der Rückseite kühl gehalten, um auch auf
diese Weise die Bildung des Hydroxyds des aufgedampften unedleren Metalls zu verhindern
oder zu verlangsamen, damit vor der Bildung des Hydroxyds das Magnesium seine elektrochemische
Wirkung ausgeübt und auch die aus edlerem- Metall bestehenden Verunreinigungen des
Papiers ausgefällt hat.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt
und in der folgenden Beschreibung dieser Figuren erläutert.
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In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen sogenannten Einlagenwickelkondensator
gezeichnet. Die strichpunktierte Linie stellt die Wickelachse dieses Kondensators
dar, der aus den beiden Papierbändern 1 und 2 in an sich bekannter Weise durch Aufwickeln
gebildet ist. Die Metallbelegungen 1' bzw. 2' dieser Papierbänder sind einseitig
auf diese Bänder aufgebracht und, zvie aus der Fig. 1 ersichtlich, in an sich bekannter
Weise so gegeneinander versetzt, daß die Metallbelegungen 1' des Papierbandes 1
auf der einen Seite des Wickels (in Fig. 1 links) und die Metallbelegungen 2' des
anderen Papierbandes auf der anderen Seite des Wickels (in Fig. 1 rechts) der an
sich bekannten Stirnkontaktierung durch aufgespritzte Metallschichten 3, 4 zugängig
sind. Bei Einlagenkondensatoren, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind und die dadurch
gekennzeichnet sind, daß in ihnen nur metallisierte Bänder verwendet sind, d. h.
keine nichtmetallisierten Bänder zwischen den metallisierten Bändern liegen, kommen
somit beide Seiten der Bänder 1 bzw. 2 mit den Metallbelegungen in Berührung. Aus
diesem Grunde empfiehlt es sich, bei Einlagenkondensatoren die beiden Seiten der
beiden Bänder 1 und 2 mit einer in Fig. 1 durch Strichelung dargestellten Lackschicht
zu versehen, die gegebenenfalls so dünn sein kann, daß sie keine glatte Oberfläche
auf dem Papier bildet, sondern gewissermaßen nur die Unebenheiten der Papieroberfläche
etwas ausfüllt. Die Aufbringung einer derart dünnen Schicht, bei der also die einzelnen
Fasern des Papiers noch teilweise durch die Lackschicht hindurchragen und die Oberfläche
des lackierten Papiers noch verhältnismäßig rauh geblieben ist, bietet vor allem
den Vorteil, daß sie den Zutritt der Feuchtigkeit aus dem Papier zu den aufgedampften
Metallschischten wenigstens erschwert und dadurch zusätzlich eine Korrosion der
Zinkschichten verringert. Als Material für die Lackschicht kommen vor allem dem
Papier verwandte Kunststoffe, also auf Zellulosebasis aufgebaute Kunststoffe, in
Frage, da sie geeignet sind, die Feuchtigkeit des Papiers in hohem Maße zu binden,
so daß sie nicht mehr elektrolytisch die Korrosion der aufgedampften Zinkschichten
herbeiführen kann.
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In Fig. 2 sind vier Papierlagen dargestellt, die in gewickeltem Zustand
in bekannter Weise einen Mehrlagenkondensator bilden, weil zwischen den beiden die
gegenpoligen Belegungen 1' bzw. 2' tragenden Papierbändern 1, 2 noch sogenannte
Beilauffolien 5 aus Papier liegen, die mit keiner Belegung des Kondensators bedampft
sind, sondern lediglich den Abstand zwischen den Belegungen 1', 2' erhöhen. Da die
Feuchtigkeit dieser Beilaufpapierfolien ebenfalls infolge der in ihrem Papier enthaltenen
Verunreinigungen an edleren Metallen, wie Kupfer und Eisen, zusammenwirkend
mit
der Feuchtigkeit des Papiers die ihnen anliegenden dünnen Metallschichten 1', 2'
zu korrodieren vermag, sind gemäß der Erfindung auch diese Beilaufpapiere 5 wenigstens
an den in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Flächen mit der genannten feuchtigkeitsbindenden
Lackschicht versehen. Das Aufwickeln dieser Papierfolien zu einem Wickelkondensator
geschieht dann in üblicher Weise, wobei ebenfalls wieder die seitlich gegeneinander
aufgedampften Belegungen 1', 2' in der in Fig. 1 bereits dargestellten Weise nach
dem Aufwickeln durch Aufspritzen von 1Lontaktierungsschichten 3, 4 stirnkontaktiert
sind.
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In Fig. 3 ist schließlich ein kleiner Ausschnitt metallisierten Papiers
stark vergrößert dargestellt. Das auf seiner ganzen dargestellten Fläche metallisierte
Papier ist unter der durch die Schraffierung angedeuteten Metallschicht mit zwei
Metallen vorbekeimt; das edlere, in geringerer Menge aufgedampfte Metall ist durch
die ausgefüllten Punkte dargestellt, das unedlere dagegen durch die kleinen offenen
Kreise. Die Fläche, die das unedlere Metall einnimmt, ist dabei so groß gewählt,
daß bei der nach der Bedampfung einsetzenden elektrolytischen Wanderung das edlere
Vorbekeimungsmetall sich auf dem unedleren Vorbekeimungsmetall niederschlägt und
dort elektrisch neutralisiert wird. Diese Neutralisierung ist dadurch bedingt, daß
das sehr hohe Fermi-Niveau des unedleren Metalls das Potential des sich auf der
dem Papier zugewandten Seite der unedleren Metallkeime niederschlagenden edleren
Metalls stark anhebt, insbesondere bis über das Potential des Hauptmetalls.