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Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kondensators Die Erfindung
beschaftigt sich mit einem Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kondensators,
bei dem ein aus dielektrischem I.iaterial bestehendes Band durch Bedampfen - vorzugsweise
im Durchlaufverfahren - derart mit einer Metallisierung versehen wird, daß die Metallisierung
mindestens eine Elektrode des Konden.sators darstellt und stellenweise dicker als
an anderen Stellen der Oberfläche des - mindestens einen Teil des Kondensatordielektrikums
darstellenden - Bandes aus dielektrischem Material wird.
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Bei der Herstellung von Kondensatoren aus metallisierter gewickelter
Isolierstoffolie, insbesondere aus metallisierter Kunststoffolie, empfiehlt es sich
mitunter, die die Blektroden des Kondensators darstellenden I'r1etalliierungsbahnen
nicht nur wechselseitig an jeweils einem der beiden Bandränder auszusparen, um eine
ausreichende elektrische Isolation der Kondensatorelektroden zu erreichen, sondern
auch gleichzeitig dafür zu sorgen, daß die Metallisierung an den anderen Bandrand
merklich dicker als an den übrigen Stellen der Isolierstoffolie wird. Damit erreicht
man einerseits eine Erleichterung und größere Sicherheit der weiteren Kontaktierung,
die in üblicher Weise durch eine auf die Stirnflächen des aus den Isolierstoffband
gewickelten Kondensators aufgespritzte Metallschicht erfolgt; andererseits erreicht
man auch eine erhöhte Sicherheit gegen Überlastung, insbesondere Stoßbelastung beim
späteren Betrieb des Kondensators. Da es zur Erreichung dieser Vorteile erfahrungsgemäß
genügt, wenn nur ein schmaler Randstreifen der Metallisierung verstärkt wird, wird
man zweckmäßig den übrigen Teil der Metallisierung
dünn machen,
um den Vorteil der Selbstheilung des Kondensators nach einem elektrischen Durchschlag,
der bei Venvendung geeigneter Dielektrika gewährleistet werden kann, möglichst wenig
zu schmälern.
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Zur Herstellung einer solchen Metallisierung mit einer Verstärkung
an dem einen Polienrand stand bisher lediglich ein Verfahren zur Verfügung, bei
dem die Metallisierung in mehrerer unterschiedlich bemessenen Schichten nacheinander
aufgebracht wird. Man benötigt hierzu verschiedene Blenden für die einzelnen, der
Herstellung der verschiedenen Schichten dienenden Bedampfungen. Zur Brzielung von
sich längs eines Bandrandes erstreckenden, streifenförmig verstärkten Metallisierungen
benötigt man z. B. Blenden mit einer schlitzförmigen Öffnung, die sich parallel
zur Transportrichtung des Isolierstoffbandes bei der Bedampfung im Durchlaufverfahren
erstrecken. Solche oder auch anders geformte, z. B. kreisrunde Blendenöffnungen
verändern jedoch rasch ihre Abmessungen infolge Anhaftens mn kondensiertem Metalldampf.
Es wäre deshalb wünschenswert, ein Verfahren zur Verfügung zu haben, welches - wenigstens
bis zu einer gewissen maximalen Verstärkung der Metallisierung -ohne die Anwendung
solcher Blenden auskäme und in der Lage wäre, in einem einzigen Bedampfungsprozeß
eine örtlich unterschiedlich dicke Metallisierung in definierter Weise zu liefern.
Außerdem würde sich ein solches Verfahren noch besonders empfehlen, wenn es zusätzlich
zu der Lösung dieser Aufgabe noch die mechanische Haftfestigkeit und Beschaffenheit
der Metallisierung verbessern könnte, ohne daß dabei die eleB-trischen migenschaften
des metailiserten Isolierstoffbandes nachteilig beeinflußt würden.
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Un dies zu erreichen, wird nun gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß das zu metallisierende Band aus dielektrischem Material mindestens stellenweise
- vorzugsweise mindestens an einem Längs streifen - mittels einer elektrischen Entladung
vorbehandelt und dann in die Bedampfungszone eingebracht wird.
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Dabei wird die elektrische Feldstarke der Entladung an dem zu behandelnden
Isolierstoffband vorteilhaft auf mindestens 0,5 KV/mm, vorzugsweise auf einen Wert
von 3 KV/mm eingestellt. Ein Maximalwert ist unmittelbar durch die Vurchbruchsfeldstärke
gegeben. Es muß aber auch andererseits dafür gesorgt werden, daß während der Behandlung
eine zu starke Erwärmung des vielfach empfindlichen Isolierstoffbandes vermieden
wird. Die Entladung nuß also als Hochspanniiigsentladung mit relativ geringer Wärme
entwicklung stabilisiert werden. und darf nicht etwa in eine Bogenentladung umschlagen.
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Am einfachsten ist es, wenn die Vorbehandlung des zu metallisierenden
Isolierstoffbandes an Buft meter Normaldruck stattfindet. Bei diesem üblicherweise
angewandten Verfahren wird die zu behandelnde Folie von einer Ablaufrolle durch
die Entladungszone zwischen einer Hochspannungselektrode und einer geerdeten Metallwalze
geführt und auf eine weitere Rolle aufgewickelt. Die Entladung wird dann in der
Regel *ine Art Corollaentladung. Eine andere Möglichkeit ist dann gegeben, werni
man die Elektroden der Entladungsanordnung in dem gleichen evakuierten Behandlungsgefäß
unterbringt, in welchem sich auch die der Metallisierung des Isolierstoffbandes
dienende Bedampfungszone befindet. Man wird dann zweckmäßig den Entladungsraum unmittelbar
an der Eintrittsstelle zur eigentlichen Bedampfungszone anordnen, derart, daß das
zu behandelnde Isolierstoffband im Durchlaufverfahren sofort aus dem Bereich der
elektrischen Entladung in die Bedampfungszone gelangt Die Entladung kann in bekannter
Weise durch entsprechende Vorschaltwiderstände oder auch durch Anwendung einer eingeprägten
Spannungsquelle als Hochspannungsentladung stabilisiert werden.
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Gute befolge wurden sowohl mit Gleichspannungsentladungen als auch
mit ilechselspanuungsentladungen, insbesondere auch mit Stoßentladungen, erzielt.
Binde bevorzugte Entladungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht in
einer - gleichzeitig den Transport des zu behandelnden
Isolierstoffbandes mitbewirkenden - angetriebenen Walze oder Rolle als die eine
Entladungselektrode, die infolgedessen mit dem zu behandelnden Band aus Isoliermaterial
unmittelbar in'Berührung gehalten wird. Die Gegenelektrode kann dann das zu behandelnde
Band an der der Rolle gegenüberliegenden Bandfläche ebenfalls unmittelbar berühren
und dann ebenfalls als Transportrolle ausgebildet sein.
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Bevorzugt wird sie sich aber in einem gewissen z. B. einige mm betragenden
Abstand zu dem zu behandelnden Isolierstoffband befinden. Schließlich ist es auch
möglich, daß beide ntladungselektroden mit Abstand zu demozwischen ihnen hin-.
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durchgeführten Isolierstoffband angeordnet sind oder daß sich sogar
das zu behandelnde Isolierstoffband völlig außerhalb der eigentlichen Entladungszone
befindet. Bei dem zuletzt genannten Fall wird man eine Entladung mit einer durchbohrten
Anode und/oder Kathode betreiben, so daß hinter der durchbohrten Elektrode ein Strahl
aus geladenen Partikeln aus dem Entladungsgebiet austritt und unmittelbar auf das
zu behandelnde Isolierstoffband zwn Auftreffen gebracht werden kann. Im Falle der
Verwendung einer durchbohrten Anorde besteht der Behandlungsstrahl aus Elektronen,
im Falle einer durchbohrten Kathode aus positiv geladenen Ionen der Entladung. Beide
Fälle haben sich als günstig erwiesen, vor allem, wenn die auftreffenden Teilchen
aus geladenem Sauerstoff- oder Metallatomen bestehen.
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Zur Stabilisierung einer Wechselspannungsentladung kann auch eine
stabilisierende Schicht unmittelbar an der Oberfläche einer der Elektroden, insbesondere
in Form eines Isolierstoffüber-Zuge, vorgesehen sein.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise der gemäß der Erfindung'vorgeschlagenen
Vorbehandlung durch eine elektrische Entladung kann man z. B. annehmen, daß an der
Oberfläche des Isolierstoffbandes
eine remanente elektrische Polarisierung
unter Bildung von polaren Molekülgruppen entsteht, die die Haftfestigkeit der aufgebrachten
Metallatome auf der Unterlage verbessern. Gleichzeitig bewirkt die auf Grund der
Vorbehandlung erzielte Polarisierung der Oberfläche des Isolierstoffbandes eine
Verbesserung der Vernetzung zwischen den einzelnen Atomen der aufgedampften Metallschicht,
wahrscheinlich auf-Grund einer durch die Vorbehandlung bedingten erhöhten Keimbildngswahrscheinlichkeit.
Es resultiert also auch ein dichteres Gefüge der aufgedampften Metallisierung und
damit bereits aus diesem Grunde eine Erhöhung des elektrischen Leitwerts. Schließlich
hängt auch die Wachstumsgeschwindigkeit der aufgedampften Metallschicht eindeutig
von einer solchen Vorbehandlung und zwar derart ab, daß bei intensiverer Vorbehandlung
auch die aufgedampfte Metallisierung rascher wächst.
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Die Zeitspanne zwischen der Vorbehandlung und dem Einführen des Isolierstoffbandes
in die Bedampfungszone ist an sich nicht kritisch, da es erfahrungsgemäß längere
Zeit, z. B.
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mehrere Tage oder gar Monate, dauert, bevor die durch die Behandlung
erzielten Eigenschaften des Isolierstoffbandes wieder verlorengehen. In diesem Fall
müßte die Vorbehandlung wiederholt werden.
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Zu bemerken ist noch, daß die Wirkung- der gemäß der Erfindung vorzunehmenden
Vorbehandlung durch eine elektrische Entladung hinsichtlich Beschleunigung des Dickenwachstums
der Metallisierung und Verbesserung der Vernetzung innerhalb der Metallisierung
sich bis auf Schichtdicken von O,OÇ/um bei vorbehandeltem Isolierstoffband bemerkbar
macht. Der Vorteil einer Verbesserung der Haftfestigkeit ist Hingegen allgemein
gegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. angewendet werden, um eine
Fläche des zu behandelnden'Isolierstoffbandes homogen
mit einer
überall gleich dicken Metallisierung zu versehen.
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Als Vorteil wird dann lediglich eine Verbesserung der Haftfestigkeit
sowie der mechanischen Konsistenz der Metallisierung als auch ein schnelleres Wachstum
der Metallisierung erzielt. Bevorzugt wird man jedoch das erfindungsgemäße Verfahren
dann anwenden, wenn es sich darum handelt, ein mindestens an seiner Oberfläche aus
einem Kullststoff wie Polytetrafluoräthylen oder einem Mischpolymerisat mit Polytetrafluoräthylen
oder Polypropylen oder Silikon bestehendes Band derart zu metallisieren, daß mindestens
die eine Bandfläche mit einem sich unmittelbar an den einen Längsrand des Bandes
anschließenden Längsstreifen mit einer dickeren Metallisierung, in einem an den
anderen Längsrand sich anschließenden Längsstreifen ohne Metalliserung und im Gebiet
zwischen den beiden Streifen mit einer dunneren Metallisierung versehen wird. Dabei
wird man vorzugsweise die Breite des eine dickere Metallisierung erhaltenen Randstreifens
und/oder des nichtmetallisierten Randstreifens auf vorzugsweise etwa 1 bis 3 mm
einstellen.
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An Hand der Figuren 1 und 2 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Fig. 1 bezieht sich dabei auf den
Fall, bei dem die die Vorbehandlung bewirkende Entladung unter Normaldruck in Luft
erfolgt, während bei dem an Hand von Fig. 2 beschriebenen Verfahren die elektrische
Entladung in der gleichen hochevakuierten Umgebung erfolgt,'in der auch die Bedampfungszone
angeordnet ist.
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Bei beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Fällen wird das zu
metallisierende Isolierstoffband 1 von einer Vorratstrommel 2 kontinuierlich abgewickelt
und im Durchlaufverfahren durch eine laufend evakuierte Bedampfungszone 3 hindurch
zu einer Aufwickeltrommel 4 geführt. Die Abwickel- und Aufnsickeltrommel ist im
Fall der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung außerhalb der evakuierten, die
Bedampfungszone 3
enthaltenden Behälter angeordnet. Deshalb muß
das zu inetallisierende Isolierstoffband an seiner Entrittsstelle 5 in diesen Behälter
eingeführt una urin metallisiertem Zustand an einer Austrittsstelle 6 wieder herausgeführt
werden. Man muß also durch Anbringen entsprechender Dichtungen oder Schleusen dafür
sorgen, daß das Isolierstoffband kontinuierlich durch das evakuierte Bevdampfungsgefäß
hindurchgeführt werden kann, ohne daß es zu einem die Leistung der Evakuierungspumpe
überfordernden Einbruch der äußeren Atmosphäre in das evakuierte Bedampfungsgefäß
kommt.
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Die Bedampfungszone 3 ist außerdem mit mindestens einem, den erforderlichen
Metalldarnpf, insbesondere Aluminium- oder Zinkdampf, liefernden Bedampfungsquelle
7 und einer das Isolierstoffband an der Bedampfungstelle tragezlden Kühlwalze 8
ausgesteattet. Die Bedampfungsquelle 7 wird zweckmäßig an derjenigen Seite des Isplierstoffbandes
1 angeordnet, die mit dem Metallbelag versehen werden soll. (Gegebenenfalls kann
zweiseitig, also im Beispielsfalle von oben und von unten her, bedampft werden.
In diesem Fall wird zweckmäßig je eine Bedampfungsquelle an der Oberseite und an
der Unterseite des Isolierstoffbandes 1 in der Bedampfungszone 3 angeordnet.) Ein
in unmittelbarer Nähe über der Bedampfungsfläche angeordneter Schirm 9 sorgt dafür,
daß ein schmaler Randstreifen an einem Rand der zu metalliSierenden Fläche von der
Bedampfung ausgespart bleibt. (Soll das Isoliexstaffband 1 an beiden Seiten metallisiert
werden, so wird zweckmäßig der jeweils von der Bedampfung auszusparende Randstreifen
so angeordnet, daß der ausgesparte Streifen zu dem jeweils mit einer verstärkten
Metallisierung zu versehenden Randstreifen auf Deckung angeordnet wird.) Der Erfindung
cntspricht es nun, wenn das Isolierstoffband 1 vor dem Eintritt in die Metallisierungszone
3 zwischen zwei
Elektroden einer elektrischen Entladung hindurchgeführt
wird, derart, daß die Oberfläche der Isolierstoffolie mindestens stellenweise durch
das elektrische Entladungsfeld beeinflußt wird. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich,
besteht die eine Elektrode 10 aus einer Metallwalze, die zugleich den Transport
der Folie im Durchlaufverfahren unterstützt. Die Walze 10 ist beispielsweise über
Erde an mehreren KV Gleich-oder Wechselspannung, insbesondere über einen entsprechenden
Vorschaitwiederstand. Die andere Elektrode 11 der Entladung befindet sich an der
anderen Seite des Isolierstoffbandes 1; sie besteht beispielsweise aus einem geschnittenen
Metallblech und kann ohne Schwierigkeiten ausgetauscht werden. Sie ist zweckmäßigerweise
so bemessen, daß die von ihr zur Gegenelektrode 8 übergehenden Feldlinien die Folie
nur längs eines schmalen Randstreifens berühren, so daß die Wirkung der BXtladung
sich nur auf diesen Längsstreifen der zu metallisierenden Polie erstreckt. Dieser
Streifen befindet sich an derjenigen der Bedampfungsquelle 7 zugewandten Fläche
des zu metallisierenden Bandes, die in der Bedampfungszone nicht gegen die Einwirkung
der Bedampfungsquelle abgeschirmt ist.
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Der Querschnitt der elektrischen Entladung und damit die von der elektrischen
Entladung beeinflußte Fläche des zu behandelnden Isolierstoffbandes 1 läßt sich
also ersichtlich ohne Schwierigkeiten beliebig ausgestalten. Beispielsweise ist
es auch möglich, unterbrochene Streifen der Oberfläche des Bandes 1 vorzubehandeln
und verstärkt zu metallisieren, indem die Hochspannungsentladung nur von Zeit zu
Zeit eingeschaltet wird.
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Bei der an Hand von Figur 2 dargestellten Anordnung ist eigentlich
nur als einziger Unterschied gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zu
verzeichnen, daß sich alle Teile im Innern der evakuierten Bedampfungsanlage 3 befindet.
Die Entladung wird dann ein anderes Aussehen als im Falle der Inbetriebnahme unter
normalem Druck erhalten. Sie wird dann zur Glimnentladung.
Man
muß ebenfalls dafür sorgen, daß die Glimmentladung stabilisiert wird und nicht in
eine Bogenentladung umschlägt. Gegebenenfalls genügt es, wenn eine Elektrode der
Entladung (z. B. die walzenförmige Elektrode 10) mit einem Isolierstoff überzogen
ist, nämlich dann, wenn es sich um eine Wechselstromentladung handelt.
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Ist das das Kondensatordielektrikum bildende Isolierstoffband beidseitig
metallisiert, so besteht die Weierverarbeitung zu einem elektrischen Kondensator
offensichtlich darin, daß.dieses Band um eine senkrecht zu seiner Längsausdehnung
orientierte Achse aufgespult, in dieser Lage fixiert und schließlich an seinen beiden
Stirnseiten mit je einer Metallisierung versehen wird, die den weiteren elektrischen
Anschluß der durch die - getrennten - Metallisierungen im Inneren des gewickelten
Gebildes gegebenen Kondensatorelektroden bewirkt. Vielfach wird man jedoch von einer
zweiseitigen Metallisierung Abstand nehmen.
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Hier werden jeweils zwei (rechteckige) Isolierstoffbänder miteinander
kombiniert. Die beiden Bänder sind lediglich auf einer Fläche und zwar in zueinander
spiegelbildlicher Weise in Bezug auf die Symmetrieachse (Längsachse) der beiden
einander sonst geometrisch gleichen Bänder metallisiert. Die Bänder werden derart
mit zueinander parallelen Symmetrieachsen aufeinandergelegt, daß die nichtmetallisierte
Fläche des ersten Bandes der metallisierten Fläche des zweiten Bandes zugekehrt
ist. In dieser Lage werden darm die beiden Bänder um eine senkrecht zur Symmetrieachse
der beiden Bänder orientierte Achse zu einer Rolle gewickelt und in üblicher Weise
fixiert und kontaktiert. Da der zu der Metallisierung des einen Bandes gehörende
verstärkte Randstreifen und der metallfreie Streifen des anderen Bandes unter diesen
Voraussetzungen sowohl an der einen Stirnfläche als auch - mit vertauschten Rollen
- an der anderen Stirnfläche des gewikkelten Gebildes angrenzen, wird man durch
eine auf die beiden
Stirnflächen beschränkte Metallisierung erreichen,
daß die beiden, durch die Metallisierungen der beiden in dem gewickelten Gebilde
enthaltenen isolierenden Bänder gegebenen Kondensatorelektroden in einwandfreier
Weise kontaktiert sind. Das Kondensatordielektrikum besteht dann aus zwei nebeneinander
angeordneten isolierenden Schichten, die durch die beiden kombinierten isolierenden
Bänder gegeben sind. Gegebenenfalls können diese Bänder mit einem Klebemittel oder
durch Verschweißen miteinander verbunden werden.
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Wenn das Isolierstoffband auf Grund der von der Erfindung vorgeschlagenen
Entladungsbehandlung lediglich stellenweise, insbesondere nur längs eines schmalen
Streifens entlang einer Längakante des Bandes, vor dem Bedampfen behandelt wird,
während die übrige Oberfläche des Isolierstoffbandes von der Entladung nicht beeinflußt
wird, wird die Metallisierung, wie bereits mehrmals betont, ohne weiteres Zutun
in dem vorbehandelten Streifen merklich dicker als außerhalb dieses Streifens. Der
Unterschied wird jedoch umso kleiner, je dicker man insgesamt die Metallisierung
wählt. Als obere Grenze ist der Wert von O,060/ua für die Dicke der Metallisierung
zu erachten.
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Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang noch, daß auf Grund der unterschiedlichen
Dicke der Metallisierung und auch auf Grund einer durch das erfindungsgemäße Verfahren
bedingten stärkeren Vernetzung innerhalb der Metallisierung eine Erhöhung des elektrischen
Leitwertes in der auf die vorbehandelte Folie aufgebrachten Metallisierung zu verzeichnen
ist.
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So konnte bereits in ersten Versuchen bei Anwendung auf ein Polypropylenband
mit 10/um Stärke ein Leitwertunterschied von 2 : 1 zwischen den an den vorbehandaten
Stellen und den nicht vorbehandelten Stellen niedergeschlagenen Teilen der Uetallisierung
festgestellt werden. Da das erfindungsgemäße Verfahren ohne Anwendung von Blenden
zur Erzeugung von lokalen Dickenunterschieden der Metallisierungen herangezogen
werden kann, gibt es auch für das zu behandelnde Band keine Längenbegrenzung.
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15 Patentansprüche 2 Figuren