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DE1639213B2 - Elektrischer Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum - Google Patents

Elektrischer Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum

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Publication number
DE1639213B2
DE1639213B2 DE1968B0097060 DEB0097060A DE1639213B2 DE 1639213 B2 DE1639213 B2 DE 1639213B2 DE 1968B0097060 DE1968B0097060 DE 1968B0097060 DE B0097060 A DEB0097060 A DE B0097060A DE 1639213 B2 DE1639213 B2 DE 1639213B2
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DE
Germany
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capacitor according
burn
layers
aluminum foil
metal layers
Prior art date
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Application number
DE1968B0097060
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English (en)
Other versions
DE1639213A1 (de
DE1639213C3 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. 7310 Plochingen Maylandt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE1968B0097060 priority Critical patent/DE1639213C3/de
Publication of DE1639213A1 publication Critical patent/DE1639213A1/de
Publication of DE1639213B2 publication Critical patent/DE1639213B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1639213C3 publication Critical patent/DE1639213C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/005Electrodes
    • H01G4/015Special provisions for self-healing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/20Dielectrics using combinations of dielectrics from more than one of groups H01G4/02 - H01G4/06

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiger elektrischer Kondensator ist bereits aus der CH-PS 3 25 352 bekannt. Dort wird eine Anordnung beschrieben, bei der ein erster elektrisch leitender Kondensatorbelag mit einem ersten Oberzug aus Isoliermaterial, danach mit einem weiteren Isolieraiateriajüberzug und schließlich wiederum mit einem metallischen Oberzug versehen v/ird, welcher den Gegenbelag bildet Die Veröffentlichung enthält keine Hinweise auf die Veränderungen im Kondensator im Falle eines Durchschlages. Insbesondere ist in der Veröffentlichung nicht angegeben, ob es sich um einen selbstheilenden elektrischen Kondensator
ίο handelt und welche Rückstände im Dielektrikum bei einem Durchschlag entstehen. Auch die Beschreibung des zugehörigen schweizerischen Hauptpatentes 3 16 939 enthält hierzu keine näheren Angaben.
Aus dem DE-GM 19 49 297 ist ein Wickelkondensa-
:or mit ausheilfähig dünnen Metallschichten bekannt, wobei Lacke für die ein- oder beidseitige Beschichtung einer z. B. aus Aluminium bestehenden Folie benutzt werden können. Zur Erzielung einer höheren Spannungsfestigkeit ist dabei vorgeschlagen, eine Lage
μ Kunststoff-Folie zwischen je zwei lackierten Aluminiufnfolien einzulegen. Die Kunststoff-Folie trägt keine Metallisierung. Alternativ ist in der gleichen Veröffentlichung eine Anordnung zum Aufbau eines einlagigen Kondensators mit ausheilfähig dünnen Metallschichten beschrieben; eine lackierte Metallfolie enthält diese Anordnung nicht
Weiterhin sind bereits Kondensatoren bekanntgeworden mit einem Dielektrikum aus einer oder mehreren Lagen einer Kunststoff-Folie und mit Belägen aus einer Aluminium-Folie und aus einem doppelseitig metallisierten Papierband. Derartige Kondensatoren haben zwar geringe Verluste, ihre Ausbrenngüte ist jedoch erheblich schlechter als die Ausbrenngüte von Metallpapierkondensatoren, und zwar vor allem deshalb, weil die verwendeten Kunststoffe im Lichtbogen leicht leitfähige Rückstände bilden. Außerdem ist aber auch das Volumen derartiger Kondensatoren verhältnismäßig groß und der Kondensatorwickel muß zum Schutz der Papierbänder vor Feuc'tii^keit imprägniert werden. Es sind auch Kondensatoren bekannt aus einer beidseitig mit einem Kunststoff, beispielsweise mit einem Polyurethanlack, beschichteten Aluminium-Folie. Die Aluminium-Folie dient dabei als einer der Kondensatorbeläge und jede der beiden Lackschichten
<·"> als Dielektrikum. Nach Zurückätzen des Aluminiums an einer Längskante entlang wird als zweiter Kondensatorbelag auf die Lackschichten eine dünne ausbrennfähige Metallschicht aufgedampft, deren Anschlußrand im Bereich des abgeätzten Aluminiumfolienrandes liegt.
Derartige Kondensatoren haben zwar ein kleines Volumen, ein gutes Ausbrennverhalten und eine ausreichende Stoßstromfestigkeit, wegen ihres einlagigen Aufbaus jedoch nicht immer konstante Isolationswiderstände. Außerdem sind ihre Herstellungskosten sehr hoch, da die zu ätzende Aluminium-Folie höchstens in doppelter Wickelbreite bedampft und nur einmal geschnitten werden kann und die doppelseitige Metallbedampfung der Lackschichten bei Verwendung üblicher Bedampfungsanlagen nur in zwei getrennten Arbeitsgängen durchführbar ist. Auch die Herstellung verstärkter Anschlußränder an den aufgedampften ausbrennfähigen Metallschichten bereitet Schwierigkeiten und führt zu Fertigungsausschuß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum zu schaffen, welcher preiswert herstellbar ist und bei kleinem Volumen dennoch ein gutes Ausbrennverhalten und eine hohe Stromfestigkeit besitzt. Hierbei
soll insbesondere die doppelseitige Bedampfung von Bändern vermieden werden, weil hierzu zwei getrennte, aufeinanderfolgende Bedampfungsvorgänge notwendig sind, weiche die Herstellung beträchtlich erschweren und verteuern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Kondensator der eingangs genannten Art die weiteren die Metallschichten tragenden Isolierstoffschichten selbsttragende Kunststoffbänder sind, daß die Metallfolie des einen Belags aus Aluminium besteht, daß ι ο die Metallschichten des Gegenbelags aus ausbrennfähigen ΛΙ- oder Zn-Schichten gebildet sind, die jeweils einseitig auf eines der Kunststoffbänder aufgebracht sind, daß die auf die Metallfolie aufgebrachten Isolierstoffschichten aus einem Stoff mit guten Ausbrenneigenschaften bestehen und daß für die beiden frei tragenden Kunststoffbänder ein Stoff mit schlechteren Ausbrenneigenschaften, aber mit niedrigeren dielektrischen Verlusten verwendet ist Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die einen Schnitt durch einen Kondensatorwickel darstellt, näher erläutert
Der Kondensatorwickel enthält eine den einen >=> Kondensatorbelag bildende Aluminiumfolie 1, die auf beiden Seiten mit einem Polyurethanlackfilm 2 versehen ist, der einen Teil des Kondensatordielektrikums darstellt und bei einem Durchschlag im Lichtbogen keine leitfähigen Rückstände bildet Den anderen Teil »> des Dielektrikums bilden Polystyrolbänder 3 und 4, die auf ihren der lackierten Aluminiumfolie 1 abgewandten Seiten ausbrennfähige Metallschichten 5 und 6 tragen. Beim Wickeln der Bänder 1, 3 und 4 kommen die Metallschichten S und 6 aufeinander zu liegen und bilden r> zusammen den anderen Kondensatorbelag. Der Anschluß an die Aluminiumfolie 1 wird auf der linken Seite, der Anschluß an die Metallschichten 5 und 6 auf der rechten Seite des Kondensators mit bekannten Verfahren bewerl .itelligt Um Kurzschlüsse zwischen den w Belägen 1 und 5,6 durch aufgespritzte Kontaktbrücken zu vermeiden, sind die Polystyrolfolien auf der linken Seite der Figur nicht bis zu ihrem äußersten Rand metallisiert, während die Aluminiumfolie 1 auf der rechten Seite zurückgeätzt ist. Der Rand der Aluminiumfolie kunn anstelle der Ätzung auch durch Überlakkieren oder durch Oxidieren isoliert werden.
Es kann außerdem zweckmäßig sein, die Aluminiumfolie 1 und die Kunststoffbänder 3 und 4 leicht gegeneinander versetzt aufzuwickeln. Anstelle der Polyurethanlacke können auch Celluloseester-Lacke oder Lacke aus Polyphenylenoxid zum Lackieren der Aluminiumfolie verwendet werden. Ebenfalls geeignet sind im Vakuum aufgedampfte Schichten von Polyparaxylol oder Polyimid, die z. B. durch Elektronenbeschuß polymerisiert sein können. Die Dicke der Isolierstoffschichten liegt vorzugsweise bei 2—3 μην
Die Kunststoffbänder 3 und 4 haben eine Dicke von 3 bis 6μιπ und können statt aus Polystyrol auch aus Polypropylen, Therephthalsäureester oder Polykarbonat bestehen. Sie sind mit Aluminium oder Zink bedampft, sind frei tragend verarbeitbar und haben niedrige Verluste.
Die resultierende Ausbrenngüte der Kondensatoren nach der Erfindung mit dem Mischdielektrikum ist wesentlich besser als dasjenige von Kondensatoren, deren Dielektrikum nur aus Stoffen mit suhlechten Ausbrenneigenschaften besteht Außerdem ist die spezifische Leistung der neuen Kondensatoren größer als die spezifische Leistung von bekannten Kondensatoren mit vergleichbarer Ausbrenngüte.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß bei Gleichspannungsbetrieb die Anfangsisolationswerte infolge der Reihenschaltung verschiedener Kunststoffe im elektrischen Feld zeitlich konstant b1 riben.
Bei Betrieb an pulsierender Gie:chspannung oder Wechselspannung, insbesondere mit trapez- oder rechteckförmigem Amplitudenverlauf, spielen die dielektrischen Verluste des Kondensators eine bedeutende Rolle. Der besondere Vorteil der gemäß der Erfindung ausgebildeten Kondensatorwickel ist dabei darin zu sehen, daß die in ihnen entwickelte Verlustwärme durch die Aluminiumfolie wesentlich besser abgeführt wird, als dies bei bekannten Kunststoffkondensatoren ohne eine Aluminiumfolie als Kondensatorbelag der Fall ist
Einen wesentlichen Vorteil bietet die Kondensatorausführung gemäß der Erfindung bei Belastung mit hohen Stromspitzen, beispielsweise bei Betrieb an periodisch wiederkehrenden Spannungsspitzen mit hoher Flankensteilheit Da die Beläge aus einer Aluminiumfolie einerseits und andererseits aus zwei aufeinanderliegenden ausbrennfähigen Metallschichten bestehen, sind die neuen Kondensatoren stoßstromfest. Entsprechend niedrig sind ihr Reihenwiderstand und die Sü omwärmeverluste in den Belägen.
Schließlich ist auch noch die Herstellung dieser Kondensatoren wesentlich vereinfacht, da sie keine hygroskopischen Baustoffe wie z. B. Papier enthalten und daher für den Betrieb bei Spannungen unterhalb der Glimmeinsatzspannung von ca. 200 V nicht imprägniert zu werden brauchen.
Auf die in der Verarbeitung empfindliche, beispielsweise lackierte und geätzte Aluminiumfolie erfolgt keine Metallbedampfung. Die als Träger für die selbstheilenden Metallschichten dienenden Kunststoffbänder müssen nur einseitig bedampft werden. Dies kann unter Freilassung entsprechender metallfreier Streifen ohne Schwierigkeiten in mehrfacher Nutzbreite geschehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Elektrischer Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum, bei dem der eine Belag von einer beidseitig mit Isolierstoff beschichteten Metallfolie gebildet ist und bei dem auf weitere Isoljerstofflagiin aufgebrachte Metallschichten den Gegenbelag bilden, wobei der Schichtaufbau so gewählt ist, daß jeweils zwei der aufmetallisierten Schichten aufeinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren die Metallschichten (5,6) tragenden Isolierstoffschichten selbsttragende Kunststoffbänder (3, 4) sind, daß die Metallfolie (1) des einen Belags aus Aluminium besteht, daß die Metallschir.hten (5,6) des Gegenbelags aus ausbrennfähigen Al- oder Zn-Schichten gebildet sind, die jeweils einseitig auf eines der Kunststoffbänder (3, 4) aufgebracht sind, daß die auf die Metallfolie (1) aufgebrachten Isolierstoffschichten (2) aus einem Stoff mit guten Ausbrenneijenschaften bestehen und daß für die beiden frei tragenden Kunststoffbänder (3, 4) ein Stoff mit schlechteren Ausbrenneigenschaften, aber mit niedrigeren dielektrischen Verlusten verwendet ist
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie (1) mit einem Polyurethanlack lackiert ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie (1) mit einem Celluloseesterlack lackiert ist.
4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie (1) mit Polyphenylcnoxid lackiert ist
5. Kondensater nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alum .liumfolie (1) mit Polyparaxylol beschichtet ist
6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie (1) mit Polyamid beschichtet ist
7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die ausbrennfähigen Metallschichten (5, ti) tragenden Kunststoffbänder (3,4) aus Polystyrol bestehen.
8. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die die ausbrennfähigen Metallschichten (5,6) tragenden Kunststoffbänder(3,4)aus Polypropylen bestehen.
9. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die ausbrennfähigen Metallschichten (5,6) tragenden Kunststoffbänder (3,4) aus Therephthalsäureester bestehen.
10. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die ausbrennfähigen Metallschichten (5,6) tragenden Kunststoffbänder (3,4) aus Polykarbonat bestehen.
11. Kondensator nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ausbrennfähigen Metallschichten (5, 6) einen verstärkten Anschlußrand haben.
DE1968B0097060 1968-03-13 1968-03-13 Elektrischer Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum Expired DE1639213C3 (de)

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Publications (3)

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DE1639213A1 DE1639213A1 (de) 1970-03-26
DE1639213B2 true DE1639213B2 (de) 1979-07-05
DE1639213C3 DE1639213C3 (de) 1983-12-08

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