Selbstheilender elektrischer Kondensator

Abstract

 Es wird ein selbstheilender elektrischer Kondensator, insbesondere für Wechselspannung, vorgeschlagen, bei dem das Problem des feldstärkeabhängigen Schichtabbaues bei dünnen Aluminiumschichten gelöst wird. Hierzu wird eine dünne Belagschicht verwendet, welche einen geringen, gleichmäßig verteilten Kupfer-Anteil enthält. Durch den Einbau von Kupfer in eine Aluminium-Belagschicht wird der bisher bei 50 Hz und mittleren effektiven Nennfeldstärken über 45 V/µm beobachtete Schichtabbau praktisch vollständig verhindert.

Beschreibung

[0001] 

[0002] stärken zu verhindern oder auf ein praktisch unbeachtliches Maß zu reduzieren. Darüber hinaus sollen betriebssichere einlagige Kondensatoren aus metallisierter Polypropylen oder Polycarbonat-Folie geschaffen werden für effektive Wechsel-Nennspannungen bis 320 V mit Foliendicken bis 6µm, für 400 bis 500 V mit einer Foliendicke von 8_/um und für Spannungen über 500 V-mit Foliendicken von 9_/um oder darüber.

Vorteile der Erfindung

[0003] Der erfindungsgemäße selbstheilende elektrische Kondensator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haüptanspruches besitzt den Vorteil, daß der feldstärkeabhängige Schichtabbau nicht mehr auftritt. Der mittlere Gewichtsanteil von Kupfer in einer Aluminiumschicht soll dabei vorzugsweise zwischen 2 und 5 % liegen. Kupferanteile unter etwa 0,5 %, wie sie beispielsweise als Verunreinigungen bei der Herstellung der Schichtmetalle auftreten können, haben keinen Einfluß im erfindungsgemäßen Sinne, bei Gewichtsanteilen über 10 % ist zu erwarten, daß in flächenartigen Niederschlägen des zugesetzten Kupfers die gleichen Abbauerscheinungen auftreten können wie in der Aluminiumschicht.

[0004] Als vorteilhaft_'hat es sich erwiesen, wenn die Belagschicht des Kondensators im Aufdampfverfahren hergestellt wird, weil hierbei mit relativ geringen Kosten Schichten in der gewünschten Art mit hoher Gleichmäßigkeit hergestellt werden können. Die Ausheileigenschaften des elektrischen Kondensators sind besonders günstig, wenn die Aluminium-Belagschicht eine mittlere Belegung kleiner als 10 ug Aluminium pro cm² der Belagfläche besitzt. Als untere Grenze empfiehlt sich etwa 4 ug/cm², um je nach Aufdampfbedingungen die,Größe des Belagwiderstands zu begrenzen.

Beschreibung der Erfindung

[0005] Bei einem Ausführungsbeispiel

Aufdampfung im Vakuum 6 µm dickes Tolypropyle-folienband einseitig mit einer Aluminiumschicht bedampft, die einen Gewichtsanteil von ca 4 % Kupfer enthielt und eirnen Quadratwiderstand von 5 bis 7 Ohm besaß. Als Verdampfungsmaterial wurde ein Legierungsdraht verwendet mit einem Kupfer-Legierungsanteil, wobei die gesamte mittlere Flächenbelegung mit dem Verdampfungsmaterial ca 7 µg/cm² betrug. Aus einem Rollenpaar dieser Bänder wurden Wickelkondensatoren hergestellt. Unter sonst gleichen Bedingungen.und gleichen Abmessungen wurden zum Vergleich mit der gleichen Polypropylen- Folie Kondensatoren hergestellt, deren Beläge jedoch in bekannter Weise aus Aluminiumschichten mit Quadratwiderständen von 2,5 bis 3 Ohm bestanden. Verdampfungsmaterial war hierbei hochreiner Aluminiumdraht, die mittlere Flächenbelegung betrug ca 9 µg/cm².

[0006] Nach einer Dauerspannungsprüfung der beiden Kondensatortypen über 350 Stunden bei der Temperatur 85° C und bei einer Prüfspannung von 412 V/50Hz, einer mittleren Effektivfeldstärke von ca 70 V/µm, wurde bei den bekannten Belagschichten aus reinem Aluminium ein kreisförmiger Schichtabbau mit einem dadurch bedingten mittleren Kapazitätsverlust von ca. 7 % festgestellt. Dieser Schichtabbau nimmt mit der Belastungsdauer zu. Die Kondensatoren mit den erfindungsgemäßen Legierungsschichten als Belagschichten wiesen dagegen keinen feststellbaren Schichtabbau auf.

[0007] Die Herstellung der erfindungsgemäßen Belagschichten kann mit bekannten physikalischen oder chemischen Metallisierungsverfahren erfolgen, sofern in der Belagschicht eine ausreichend homogene Verteilung der Kupfer-Beimengungen im

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[0008] Der erfindungsgemäße Aufbau der Belagschicht hat weiterhin den Vorteil, daß elektrische Durchschläge im Dielektrikum, die durch betriebsmäßige Überspannungsspitzen ausgelöst werden können; einwandfrei ausbrennen. Ferner sind höhere Prüfspannungen ohne Gefahr schlechter Ausbrände möglich, wodurch man bei Heraufsetzung der Prüfspannung mit einer kürzeren Prüfdauer auskommt. Schließlich ist es auch vorteilhaft, daß infolge der geringeren Schichtdicke kürzere Aufdampfzeiten und eine reringere thermische Belastung des Schichtträgers erreicht werden.

[0009] Die erfindungsgemäßen Belagschichten können sowohl bei imprägnierten wie bei nicht imprägnierten Kondensatoren vorteilhaft angewendet werden, denn auch bei imprägnierten Kondensatoren wird ab einer bestimmten mittleren Feldstärke ein Schichtabbau beobachtet, beispielsweise bei Kondensatoren aus beobachtet, Beispeielsweise bei Kondensatore aus beidseitig metallisierten, feldfreien Papierbändern und Polycarbonat-Folien als Dielektrikum wird mit einer reinen Aluminiumschicht ein Schichtabbau bei einer mittleren Feldstärke von ca 80 V/µm (50 Hz) beobachtet; bei Kondensatoren mit einem Mischdielektrikum aus 8 um dickem metallisiertem Papierband und 6 µm Polypropylenfolie mit einem Quadratwiderstand der Aluminium-Schicht von ca. 15Ω ist ein Schichtabbau feststellbar bei der Spannung 475 V/50 Hz.

[0010] Die Selbstheilfähigkeit von Kondensatoren wird umso besser, je weniger Material in der Schicht enthalten ist, weil beim Ausbrand die im Lichtbogen freigesetzte Energie dann umso geringer ist. Durch die erfindungsgemäße Belagschicht konnte bei der beschriebenen Aluminiumschicht die Belagmenge wesentlich reduziert werden; bei einem Aluminium-Belag ist dabei selbstverständlich stets ein Teil des Aluminiums gebunden, insbesondere als Oxid oder Hydroxid. Eine Belagschleans dus Aluminium kann dabei eine mictlere Belegung ven 4 dis 10 µg Aluminium pro cm² der Belagfläche besitzen,

Ansprüche

1. Selbstheilender elektrischer Kondensator, insbesondere Wechselspannungskondensator, mit einem vorzugsweise aus Kunststoffolie bestehenden Dielektrikum und einer aufmetallisierten Belagschicht, vorzugsweise aus Al, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagschicht dünn ausgebildet ist und zur Vermeidung eines feldstärkeabhängigen Schichtabbaus einen geringen, gleichmäßig verteilten Cu-Anteil enthält.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagschicht einen mittleren Gewichts-Anteil von 0,5 bis 10 %, vorzugsweise von 2 bis 5 % Cu enthält.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagschicht aufgedampft ist.

4. Kondensator nach einem der vocheegenenden Anspröche, dadurch gekennzeichnet, daß die Al-telagschict eine mittlere Al-Belegung von 4 bis 10 µg/cm² der Belagfläche besitzt.