DE2235673C3 - Verfahren zum Herstellen eines für einen selbstheilenden elektrischen Kondensator bestimmten metallisierten Bandes - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines für einen selbstheilenden elektrischen Kondensator bestimmten metallisierten BandesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines für einen seihstheilenden elektrischen Kondensator bestimmten metallisierten aus einem dielektrischen
Material bestehenden Bandes, bei dem auf mindstens eine der beiden Seiten des Bandes im Durchlaufverfah
ren eine Metallschicht aufgedampft wird und dabei auf
die a.n das bei der Kondensatorherstellung zu kontaktierende Gebiet angrenzenden Flächenabschnitte ein«: gegenüber der übrigen Metallisierung verstärkte
Schicht aufgetragen wird.
Bei der Herstellung von Kondensatoren aus metallisierter gewickelter Isolierstoffolie, insbesondere aus
metallisierter Kunststoffolie, empfiehlt es sich mituntern, die die Beläge des Kondensators bildenden
Metallisierungsbahnen nicht nur wechselseitig an
jeweils einem der beiden Bandränder auszusparen, um
eine ausreichende elektrische Isolation der Kondensatorbeläge zu erreichen, sondern auch gleichzeitig dafür
zu sorgen, daß die Metallisierung an dem 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 dem Isolierstoffband gewickelten
Kondensators aufgespritzte Metallschicht erfolgt; an
dererseits 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 Verwendung geeigneter
Dielektrika gewährleistet werden kann, möglichst
1.s wenig zu schmälern.
Verfahren der eingangs angegebenen Art sind bekannt (z.B. DE-PS 8 90 842 und DEAS 12 51 619),
wobei die unterschiedliche Stärke der Metallschicht
durch Blenden erreicht wird. Zur Erzielung 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 andere geformte, z. B. kreisrunde Blendenöffnungen verändern jedoch rasch ihre Abmessungen
infolge Anhaftens von kondensiertem Metalldampf.
Aufgabe tier Erfindung ist es, ein Verfahren |Q
anzugeben, welches — wenigstens bis zu einer gewissen maximalen Verstärkung der Metallisierung — ohne die
Anwendung solcher Blenden auskommt und in der Lage ist, in einem einzigen Bedampfungsprozeß eine örtlich
unterschiedlich dicke Metallisierung in definierter ^ Weise zu liefern. Weiterhin soll das Verfahren die
mechanische Haftfestigkeit und Beschaffenheit der Metallisierung verbessern, ohne daß dabei die elektrischen
Eigenschaften des metallisierten Isolierstoffbandes nachteilig beeinflußt werden. M
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor
dem Aufdampfen des Metalls in einem evakuiertem Raum die mit einer verstärkten Metallschicht zu
versehenden Bereiche der Bandoberfläche mittels einer elektrischen Entladung unter Verwendung eines elektrischen
Feldes von einer Feldstärke, die im Bereich von 0,5 kV/mm bis unmittelbar unter der Durchbruchsfeldstärke
liegt, vorbehandelt werden.
Die Feldstärke ist dabei so zu bemessen, da3 während der Behandlung eine zu starke Erwärmung des vielfach
empfindlichen Isolierstoffbandes vermieden wird. Die Entladung muß also als Hochspannungsentladung mit
relativ geringer Wärmeentwicklung stabilisiert werden und darf nicht etwa in eine Bogenentladung umschlagen. ^
Es ist zwar aus der DE-PS 7 60 378 und der Zeitschrift
»Industrie-Elektrik + Elektronik«, 12. Jahrgang 1967, Nr. B 18, Seiten 366 und 367, bekannt, bei dielektrischen
Bändern vor dem Aufbringen von Metall durch Aufdampfen die zu metallisierende Oberfläche einer
elektrischen Entladung auszusetzen, jedoch ist diesen Druckschriften nicht zu entnehmen, die Behandlung
flächenbegrenzt durchzuführen, um verstärkte Abschnitte der Metallisierung zu erhalten.
Am einfachsten ist es, wenn die Vorbehandlung des zu metallisierenden Isolierstoffbandes an Luft unter Normaldruck
stattfindet. Bei diesem üblicherweise angewandtem 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 eine
Art Coronaentladung. Eine andere Möglichkeit ist dann gegeben, wenn man die Elektroden der Entladungsordnung
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 μ
Anwendung einer eingeprägten Spannungsquelle al* Hochspannungsentladung stabilisiert werden. Gute
Erfolge wurden sowohl mit Gleichspannungsentladungen als auch mit Wechselspannungsentladungen, insbesondere
auch mit Stoßentladungen, erzielt. Eine bevorzugte Entladungsanordnung zur Durchführung
des 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. 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 Entladungselektroden mit Abstand zu dem zwischen ihnen hindurchgeführten
Isolierstoffband angeordnet sind oder daß sich sogar das zu behandelnde Isclierstoffband völlig außerhalb der
eigentlichen Entladungszone befindet Bei dem zuletzt genannten Fall wird man eine O/tladung mit einer
durchbohrten Anode und/oder Käthe je betreiben, so
daß hinter der durchbohrten Elektrode ein Strahl aus geladenen Teilchen aus dem Entladungsgebiet austritt
und unmittelbar auf das zu behandelnde Isolierstoffband zum Auftreffen gebracht werden kann. Im Falle der
Verwendung einer durchbohrten Anode 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.
Zur Stabilisierung einer Wechselspannungsentladung kann auch eine stabilisierende Schicht unmittelbar an
der Oberfläche einer der Elektroden, insbesondere in Form eines Isolierstoffüberzugs, vorgesehen sein.
Zur Erklärung der Wirkungsweise aer gemäß der
Erfindung vorgeschlagenen Vorbehandlung durch eine elektrische Entladung kann man z. B. annehme:.-, daß an
der Oberfläche des Isolierstoffbandes eine remanente elektrische Polarisierung unter Bildung von polaren
N.olekülgruppen entsteht, die die Haftfestigkeit der aufgebrachten Metallatome auf der Unterlage verbessern.
Gleichzeitig bewirkt die aufgrund der Vorbehandlung erzielte Polarisierung der Oberfläche des Isolierstoffbandes
eine Verbesserung der Vernetzung zwischen den einzelnen Atomen der aufgedampften
Metallschicht, wahrscheinlich aufgrund einer durch die Vorbehandlung bedingten erhöhten Keimbildungswahrscheinlichkeit.
Es resultiert also auch ein dichteres Gefüge der aufgedampften Metallisierung und damit
bereits aus diesem Grunde eine Erhöhung des elektrischen Leitwertes. Schließlich hängt auch die
Wz;hitumsgeschwindigkeit dar aufgedampften Metallschicht
eindeutig von einer solchen Vorbehandlung und zwar derart ab, daß bei intensiverer Vorbehandlung
auch die aufgedampfte Metallisierung rascher wächst.
Die Zeitspanne zwischen der Vorbehandlung und dem Einführen des Isolierstoffbandes in die Bedampfungszone
ist an sich nicht kritisch, da es erfahrungsgemäß längere Zeit, τ. B1 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.
Zu bemerken ist noch, daß die Wirkung der Vorbehandlung durch eine elektrische Entladung
hinsichtlich Beschleunigung des Dickenwachstums der
Metallisierung und Verbesserung der Vernetzung innerhalb der Metallisierung sich bis auf Schichtdicken
von 0,06 μπι bei vorbehandeltem Isolierstoffband
bemerkbar macht. Der Vorteil einer Verbesserung der Haftfestigkeit ist hingegen allgemein gegeben.
Bevorzugt wird man das Verfahren dann anwenden, wenn es sich darum handelt, ein mindestens an seiner
Oberfläche aus einem Kunststoff 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 Metallisierung und im Gebiet zwischen den beiden Streifen mit einer dünneren Metallisierung versehen
wird. Dabei wird man vorzugsweise die Breite des eine dickere Metallisierung erhaltenen Randstreifens und/
oder des nichtmetallisierten Randstreifens auf etwa I bis 3 mm einstellen.
An Hand der in den Fig. I und 2 aufgezeigten Ausführungsbeispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert. F i g. 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.
Bei beiden in den Fig. 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 Aufwickeltrommel ist im Fall der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung
außerhalb der evakuierten, die Bedampfungszone 3 enthaltenden Behälter angeordnet. Deshalb muß das zu
metallisierende Isolierstoffband an seiner Eintrittsstelle 5 in diesen Behälter eingeführt und in metallisiertem
Zustand an einer Austrittsstelie 6 wieder herausgeführt werden. Man muß also durch Anbringen entsprechender
Dichtungen oder Schleusen dafür sorgen, daß das isolierstoffband kontinuierlich durch das evakuierte
Bedampfungsgefäß hindurchgeführt werden kann, ohne daß es zu einem die Leistung der Evakuierungspumpe
überfordernden Einbruch der äußeren Atmosphäre in das evakuierte Bedampfungsgefäß kommt.
Die Bedampfungszone 3 ist außerdem mit mindestens einer, den erforderlichen Metalldampf, insbesondere
Aluminium- oder Zinicdampf, liefernden Bedampfungsquelle
7 und einer das Isolierstoffband an der Bedampfungsstelle tragenden Kühlwalze 8 ausgestattet
Die Bedampfungsquelle 7 wird zweckmäßig an derjenigen Seite des Isolierstoffbandes 1 angeordnet die mit
der Metallschicht 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
Räche vor der Bedampfung ausgespart bleibt So!! das Isolierstoffband 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.
Das Isolerstoffband 1 wird vor dem Eintritt in die Metallisierungszone 3 zwischen zwei Elektroden einer
elektrischen Entladung hindurchgeführt, derart, daß die Oberfläche der Isolierstoffolie stellenweise durch das
elektrische Entladungsfeld beeinflußt wird. Wie aus den F-'ig. 1 und 2 ersichtlich, besteht die eine Elektrode 10
aus einer Metallwalze, die zugleich den Transport der Folie im Durchlaufverfahren unterstützt. Die Walze 10
isl beispielsweise über Erde an einen Pol einer Quelle
von mehreren kV Gleich- oder Wechselspannung, insbesondere über einen entsprechenden Vorschaltwiderstand
gelegt. 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 so bemessen, daß die von ihr zur Gegenelektrode 10
übergehenden Feldlinien die Folie nur längs eines schmalen Randstreifens berühren, so daß die Wirkung
der Entladung sich nur auf diesen Längsstreifen der zu metallisifrenden Folie 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.
Die von der elektrischen Entladung beeinflußte Fläche des zu behandelnden Isolierstoffbandes I laßt
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.
Bei der an Hand von F i g. 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 Glimmentladung. 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 :st,
nämlich dann, wenn es sich um eine Wechselstromentladung handelt.
Zu bemerken ist noch, daß aufgrund der unterschiedlichen Dicke der Metallisierung und auch aufgrund 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. So konnte bereits in ersten Versuchen bei Anwendung auf ein Polypropylenband mit ΙΟμπι
Stärke ein Leitwertunterschied von 2 :1 zwischen den an den vorbehandelten Stellen und den nicht vorbehandelten
Stellen niedergeschlagenen Teilen der Metallisierung festgestellt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Verfahren zum Herstellen eines für einen selbstheilenden elektrischen Kondensator bestimmten metallisierten aus einem dielektrischen Material
bestehenden Bandes, bei dem auf mindestens eine der beiden Seiten dies Bandes im Durchlaufverfahren
eine Metallschicht aufgedampft wird und dabei auf die an das bei der Kondensatorherstellung zu
kontaktierende Gebiet angrenzenden Flächenabschnitte eine gegenüber der übrigen Metallisierung
verstärkte Schicht aufgetragen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen des Metalls in einem evakuiertem Raum die mit
einer verstärkten Metallschicht zu versehenden Bereiche der Bandoberfläche mittels einer elektrischen Entladung unter Verwendung eines elektrischen Feldes von einer Feldstärke, die im Bereich
von 0,5 kV/mm bis unmittelbar unter der Durchbruchsfeldstärke liegt, vorbehandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung unter Normaldruck,
vorzugsweise an Luft, betrieben und als Hochspannungsentladung stabilisiert wird.
3.Verfahren nach Anspruchl,dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus dielektrischem Material
unmittelbar vor seinem Eintritt in die Bedampfungszone mit einer in dem gleichen evakuierten Raum
erzeugten elektrischen Entladung vorbehandelt wird, in welchem sich auch die Bedampfungszone
befindet, und daß die Entladung als Glimmentladung, insbesondere als Hochspannungsglimmentladung,
stabilisiert wird.
4. Verfahren nach eimm der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß 'lie Entladung als
Gleichspannungsentladung betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung als
Wechselspannungsentladung betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung als
Stoßentladung betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ö, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde
Folie während der Vorbehandlung an mindestens eine der Entladungselektroden unmittelbar oder
über eine eine Entladungselektrode als Überzug bedeckende Isolierschicht angelegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der
der Vorbehandlung des Bandes aus dielektrischem Material dienenden Elektroden gleichzeitig als
Transportwalze für das Band aus dielektrischem Material verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde
Isolierstoffband außerhalb des Entladungsraumes, hinter einer als Blende ausgestalteten Entladungselektrode geführt und durch die über die Blende den
Entladungsraum verlassenden und das Isolierstoffband auftreffenden Elektroden und/oder Ionen der
Entladung vorbehandelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,4 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung in sauerstoffhaltiger und/oder metallhaltiger Atmosphäre vorgenommen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß ein mindestens an
seiner Oberfläche aus einem Kunststoff wie Polytetrafluorethylen oder einem Mischpolymerisat
mit Polytetrafluorethylen oder Polypropylen oder Silikon bestehendes Band an mindestens einer seiner
beiden Flächen derart metallisiert wird, daß eine Bandfläche mit einem sich unmittelbar an dem einen
Längsrand des Bandes anschließenden Längsstreifen mit einer dickeren Metallisierung, in einem an den
anderen Bandrand sich anschließenden Längsstreifen ohne Metallisierung und im Gebiet zwischen den
beiden Streifen mit einer dünneren Metallisierung versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite des eine dickere Metallisierung erhaltenen Randstreifens und/oder
des nicht metallisierten Randstreifens auf höchstens 20% vorzugsweise 5 bis 10%, der Gesamtbreite des
Bandes aus dielektrischem Material eingestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Band aus dielektrischem Material an beiden Flächen derart metallisiert wird,
daß der eine Metallisierung aufweisende Randstreifen der einen Bandfläche zu dem metallfreien
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| DE19722235673 Expired DE2235673C3 (de) | 1972-07-20 | 1972-07-20 | Verfahren zum Herstellen eines für einen selbstheilenden elektrischen Kondensator bestimmten metallisierten Bandes |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1972
- 1972-07-20 DE DE19722235673 patent/DE2235673C3/de not_active Expired
Also Published As
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