DE2827216C2 - Selbstheilender imprägnierter elektrischer Kondensator mit einem asymmetrischen Mischdielektrikum - Google Patents
Selbstheilender imprägnierter elektrischer Kondensator mit einem asymmetrischen MischdielektrikumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen selbstheilenden imprägnierten elektrischen Kondensator mit einem asymmetrischen
Mibchdiclckirikum aus Papier und Kunststoffbändern,
dessen Beläge auf jeweils eine Seite von zwei Papierbändern aufmciallisiert sind, welche zusammen
mit einem Kunststoffband /wischen den nichlmctailisicrten,
einander zugekehrten Rückseiten das eine Tcildicleklrikum bilden.
Ein derartiger Kondensator, bei dem das andere Tcildielektrikum
aus zwei Kunststoffbändern, welche zwischen sich ein Papierband einschließen, besteht, ist aus
der DE-AS 20 19 939 bekannt.
Die auf die Papierbahnen aufmetallisierten Beläge liegen dabei unter Bildung eines Tränkmittelspaltes an den
Kunststoffbändern des anderen Teildielektrikums an, wobei der Tränkmittelspalt teilweise durch aufquellende
Kunststoffbänder ausgefüllt wird. Als Tränkmittel wird Mineralöl verwendet.
Ein derartiges, aus sechs Einzelbändern -bestehendes
Gesamtdielektrikum bietet zwar befriedigende eiektrisehe
Werte, für eine größe Zahl von Anwendungsfällen ist jedoch der fertigungstechnische Aufwand sehr hoch,
zumal durch zusätzliche Maßnahmen bei verbesserter Wirtschaftlichkeit technisch gleichwertige oder sogar
hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften verbesserte Dielektrika gefunden werden können.
Aus der DE-AS 11 22 172 ist ein regenerierfähiger elektrischer Kondensator mit einem Mischdielektrikum
bekannt, welches aus einem Kunststoffband, nämlich aus Polyäthylen-Terephthalat und einem anderen dielektrischen
Stoff, beispielsweise Papier besteht. Jedoch ist ein Zweiband-Dielektrikum in dieser Diuckschrift
nicht ausdrücklich erwähnt.
Die DE-AS 21 42 924 zeigt einen imprägnierten elektrischen Kondensator mit einem Dielektrikum aus Papierbändern
mit unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit. Hierbei handelt es sich um ein ajtsschließlich Papierbänder
aufweisendes Dielektrikum, so daß die Problematik der Imprägnierung eines Spaltes zwischen einem
Papierband und einem Kunststoffband nicht auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstheilenden, imprägnierten elektrischen Kondensator
der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einem geringeren fertigungstechnischen Aufwand herzustellen
ist, geringere Herstellungskosten erfordert und dennoch technisch mindestens gleichwertig isL
Diese Aufgabe wird bei einem selbstheilenden imprägnierten
elektrischen Kondensator der gattungsgemäßen Art durch die Merkmaie des ,!■'nnzeichnungstcils
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche gegeben.
Der beschriebene selbsihcilcnde elektrische Konden
sator hat gegenüber der bekannten Anordnung nach der DE-AS 20 19 939 den Vorteil, daß beim Ersatz von
zwei dünneren Kunststoffbändern durch ein dickeres Kunststoffband zunächst eine Kostensenkung möglich
ist. Weiterhin ergibt sich durch die Erhöhung der Kunststoffvolumenanteile
auf Kosten der Papieranteile eine Senkung der dielektrischen Vt -luste. was eine höhere
spezifische Bildleistung ermöglicht, und eine Erhöhung Jer Durchschlagfestigkeit, wodurch auch bei Gleichspannung
höhere Feldstärken zulässig sind. Diese höhere Belastbarkeit wiederum hat geringere Volumina, ge-
ringere Gewichte und wiederum geringere Kosten im Folge.
Die Verwendung von Tränkmittelmischungen in Verbindung
mit der Verwendung von Papierbändern mit unterschiedlich rauhen Oberflächen ermöglicht auf cm
ω fache Weise eine vollständige Imprägnierung in den
Spalten zwischen Papier und glattem Kunststoffband. In
vielen Fällen wird· wegen der Qucllung des Kiinsisiofrbiindcs
eine einwandfreie Imprägnierung überhaupt erst ermöglicht, andererseits wird der Sp;ilt /wischen
bfi der PapierobeiTIächc und dem angrenzenden Belüg auf
dem metallisierten Papier klein gehalten, so daü die Ausbildung von schädlichen Entladevorgängen im
Tränkmittelspalt wehestgehcnd verhindert ist. Aus die-
scm Grund muß auch die Spaltweite zwischen rauherer Papieroberfläche und Kunststoffoberfläche begrenzt
werden. Versuche haben ergeben, daß der Mittenrauhwert dieser Papiereberfläche abhängig von der Quellung
der Folie höchstens 1,5 μπι betragen sollte.
Quellende Kunststoffbänder sind einerseits vorteilhaft weil dadurch die angrenzenden Tränkmittelspalte
verkleinert und somit ebenfalls Entladevorgänge behindert werden. Diet bedeutet, daß höhere Feldstärken mit
den bekannten technischen und wirtschaftlichen Vorteilen möglich werden. Andererseits muß aber das Dielektrikum
trotz der die Eindringspalte verengenden Quellung zunächst vollständig imprägniert werden. Diese
während des Imprägniervorganges gestellten Forderungen können mit Hilfe solcher Tränkmittelmischungcn
erfüllt werden, wobei als nicht anquellende, gut benetzende Komponente der Silikonöianteil wirkt, während
Mineralöl eine anquellende Wirkung für den Kunststoff ausübt. Der Silikonclanteil dient dabei als
Transporthilfe und bremst den Quellvorgang derart, daß das imprägniermittel so weit eindringen kann, daß
die Spalte vollständig gefüllt werden. Nach der imprägnierung kann dann über Diffusionsvorgänge der Mineralölanteil
die Polypropylen-Folie anquellen, d.h. die Spalte vorteilhaft verengen, so daß im Idealfall die noch
verbleibenden Spalte mit dem elektrotechnisch hochwertigen Silikonöl ausgefüllt sind. Diese Maßnahme
wird umso wichtiger und zweckmäßiger, je dicker die quellenden Folien sind, weil die absolute Dickenrunahme
infolge der Quellung umso größer ist, je dicker das Kunststoffband ist.
Gebräuchliche, als Kondensatordielektrika geeignete
Kunststoffe haben grundsätzlich schlechtere Ausbrenn- und Selbstheileigenschaften als Kondensatorpapier.
Dieser durch Erhöhung der Kunststoffanteile gewichtige Nachteil kann nun wiederum durch entsprechend
geringere Flächendichte der aufmetallisierten Beläge kompensiert werden, wenn geeignete Belagsmaterialien
verwendet werden. Die Beläge müssen so gestaltet und ausgebildet se«i, daß durch Feldstärke- und Klimaeinflüsse
kein nennenswerter Schichtabbau und demzufolge kein Kapazitätsverlust auftritt.
Aus diesem Grund wird vorteilhaft entweder Aluminium verwendet mit 0,5 bis 5% Kupferanteilen, oder die
Mciallbeläge werden aus Zink hergestellt mit einer Metalloxydvorbvkeimung.
Im erstgenannten Fall der AIumimurm.hichten
soll die aufgedampfte Menge des Belagmaterials unterhalb ca. 9 μg/cm2 liegen. Bei Verwendung
von Zink erfolgt die Vorbekeimung zweckmäßigerweise mit Metalloxydei; und/oder mit Mischoxyden
aus der Gruppe der Metalle Aluminium. Magnesium. Wismut, Antimon, Blei, Cadmium. Wolfram. Molybdän,
Beryllium. Indium,Titan, Barium. Chrom, Zirkon, Nickel.
Kobalt oder Mangan. Diese Stoffe erscheinen für die Vorbekeimung teilweise aufgrund von Versuchen, teilweise
aufgrund von theoretischen Überlegungen besonders geeignet wegen des Aufbaus ihrer Kristallgitter.
Die Metallbeläge sollten in diesem Fall eine Flächendichte von maximal ca. 15 μg/cm2 haben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Abbildung zeigt
•einen Querschnitt durch das Fünfbanddielektrikum.
Dieses zerfällt in zwei Teildielektrika 10 und 11, wobei das Teildielektrikum 10 aus zwei Papierbändern 12 und
13 sowie einem Kunststoffband 14 besteht. Das Teildielektrikum 11 besitzt ein Kunststoffband 15 und ein
PaDierband 16. Die Kunibtoffbänder sind Polypropy-Auf die Papierbänder 12 und 13 des Teildieiektrikums
10 ist an ihrer äußeren Oberfläche jeweils ein Metallbelag 17 und IS durch Vakuumverdampfen aufgebracht.
Dabei reicht der Metallbelag 17 auf der linken Seite bis zum Anschlußrand, der Metallbelag 18 wird auf der in
der Zeichnung rechten Seite kontaktiert, worauf in diesem Zusammenhang jedoch nicht näher eingegangen
wird.
Die Papierbänder 12,13 und 16 besitzen unterschiedlieh
rauhe Oberflächen und sind derart angeordnet daß bei den Papierbändern 12 und 13 die glattere Oberfläche
bedampft ist, während die rauhere Oberfläche dem Kunststoffband 14 zugekehrt ist Die glattere Seite des
Papierbandes 16 ist dem benachbarten, in der Zeichnung nicht dargestellten, Metallbelag 17 zugekehrt, die
rauhere Oberfläche des Papierbandes 16 liegt an der Kunststoffolie 15 an. Durch diese Anordnung ergeben
sich zwischen den besonders glatten Oberflächen der Kunststoffbänder und der Papierbänder ausreichende
Tränkmittelspalte, welche zunächst ein Eindringen, des Tränkmittels ermögüchen und anschürend durch die
Quellung des Kunststoffes weitestgehend verschlossen werden.
Die vorzugsweise verwendeten Polypropylen-Folien besitzen gute dielektrische Eigenschaften und sind auf
dem Markt erhältlich. Die Verwendung besonders dikker Kunststoffolien, wodurch die Fertigung gegenüber
der Verwendung mehrerer dünner Folien erheblich verbilligt wird, wurde möglich, nachdem die Imprägnierprobleme
gelöst und ausreichend dünne und stabile Belagschichten aufgebracht werden konnten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Selbstheilender imprägnierter elektrischer Kondensator mit einem asymmetrischen Mischdielektrikum
aus Papier- und Kunststoffbändern, dessen Beläge auf jeweils eine Seite von zwei Papierbändern
aufmetallisiert sind, welche zusammen mit einem Kunststoffband zwischen den nichtmetallisierten,
einander zugekehrten Rückseiten das eine Teildielektrikum bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß das andere Teildielektrikum (11) jeweils nur ein Kunststoffband (15) und ein Papierband
(16) enthält dessen Oberflächen unterschiedliche Rauhtiefen besitzen, wobei die rauhere Oberfläche
unter Bildung eines ausreichend großen Tränkmittelspaltes an der benachbarten Kunststoffoberfläche
und die glattere Oberfläche an dem Metallbelag (17) des zum anderen Teildielektrikum (10) gehörenden
Pij>«rbandes(12) anliegt, und daßTränkmitlelmischungen
verwendet sind, weiche sowohl die Kunststoffbänder (14, 15) anquellende Anteile als
auch gut benetzende, die Kunststoffbänder praktisch nicht anquellende Anteile aufweisen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindes; in dem Teildielektrikum
(11) aus nur einem, Kunststoffband (15) und einem Papierband (15) der Kunststoffvolumenanteil
überwiegt.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicr.net, daß die Kunststoffbänder (14, 15)
aus Polypropylen-Fol:en besahen.
4. Kondensator nach Einern der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da£? die Tränkmittelmischung
Silikonöl als gut benetzende, praktisch nicht anquellende Komponente und Mineralöl als anquellende
Komponente enthält.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkmittelmischung
mindestens 20% des die Kunststoffbänder (14, 15) anquellenden Tränkmittels und mindestens
10% des die Kunststoffbänder (14,15) gut benetzenden
praktisch nicht anquellenden Tränkmittels enthält.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (17,18) aus
Aluminium mit 0.5 bis 5 Gew.-% Kupfer bestehen.
7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beläge (17, 18) eine Flächendichte von maximal 9 μg/cm^ haben.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (17,18) aus
Zink mit einer Metalloxyd-Vorbekeimung bestehen.
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Legal Events
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| 8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: STANDARD ELEKTRIK LORENZ AG, 7000 STUTTGART, DE |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AEG AG, 6000 FRANKFURT, DE |
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