Elektrischer Kondensator. Es ist bekannt, dass die Spannung, die ein Kondensator aushält, langsamer ansteigt als die Stärke der Isolation. Das bedeutet, dass man einen Kondensator, der gegenüber einem andern ein Dielektrikum von der doppelten Stärke besitzt, nicht auch an die doppelte Spannung anlegen kann, und zwar gleichgültig, ob die doppelte Stärke des Dielektrikums durch Verdoppelung der Zahl von gleich dicken Einzelschichten oder durch Verdoppelung der Dicke der Schichten bei gleichbleibender Zahl erzielt wurde.
Man hat sich daher schon früher damit geholfen, dass man bei Kondensatoren für grosse Spannun- gen metallische Zwischenbelegungen ver wendete, die nicht an Spannung gelegt wurden, sondern nur die Aufgabe hatten, die Potentialverteilung im Dielektrikum in ge wünschter Weise zu beeinflussen. Verwendet man dabei zwischen den an Spannung liegen den Belegungen eine einzelne Zwischen belegung in der Mitte des Dielektrikums,
so liegt zwischen dieser und den beiden Haupt belegungen jeweils die Hälfte der Klemmen spannung des Kondensators. Bei Verwen dung von zwei Zwischenbelegungen mit gleichen Abständen zu den Nachbarbele gungen liegt zwischen den einzelnen Metall flächen des Kondensators nur jeweils ein Drittel der Klemmenspannung. Es gelingt auf diese Weise, das Kondensatorfeld in einzelne Stufen auf mehrere Dielektrika zu verteilen, so dass jede dielektrische Schicht nur mit einer Feldstärke belastet wird,
die sie noch ohne Schwierigkeiten erträgt. So erreicht man, dass man zum Beispiel mit einer Verdoppelung der Anzahl der dielektri- schen Schichten auch eine Verdoppelung der zulässigen Anschlussspannung bekommt.
Bei den bisher bekannten, in der ge schilderten Weise ausgeführten Kondensato ren wurde jedoch beim Durchschlag einer der hintereinandergeschalteten dielektrischen Schichten (Dielektrika) der ganze Konden sator unbrauchbar. Schlug nämlich eine von den dielektrischen Schichten, das heisst ein Dielektrikum, durch, so nahm sie das Poten tial der benachbarten Schicht an, mit der sie in leitender Verbindung über die Durch schlagstelle stand.
Dadurch wurde die durch geschlagene Schicht als Dielektrikum un wirksam und die Klemmenspannung des Kondensators verteilte sich dann auf die übrigen Schichten. Infolge dieser Überlastung schlugen auch diese Schichten selbst dann durch, wenn nicht bereits durch den Durch schlagfunken, der beim Durchschlag der ersten Schichten entstand und zu bedeuten den Energieumsetzungen im Kondensator führte, die übrigen Schichten mechanisch in Mitleidenschaft gezogen worden waren, wie dies meist geschah.
Selbst beim Durchschlag nur eines einzigen Dielektrikums wurden die bisher verwendeten Kondensatoren also entweder gleich oder doch nur sehr kurze Zeit danach völlig unbrauchbar. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, wenigstens einen Teil der Metallbelegungen eines Zwi schenbelegungen aufweisenden Kondensators so dünn zu machen, dass sie bei einemDurch- schlag unter der Wirkung des Durchschlag funkens um die Durchschlagstelle herum wegbrennen, so dass der Kurzschlussstrom unterbrochen wird.
Es kann zum Beispiel wenigstens die Hälfte der Belegungen so dünn ausgeführt werden, ebenso aber auch sämtliche Belegungen.
Sogenannte selbstausheilende Konden satoren, bei denen die Belegung so dünn ist, dass sie bei einem Durchschlag um die Durch schlagsstelle im Dielektrikum herum weg brennt, also verschwindet, sind an sich be kannt. Sie werden vorzugsweise dadurch hergestellt,.
dass man in einem Vakuumver fahren auf fortlaufende Bänder aus dielektri- schem Material äusserst dünne und homogene Metallschichten niederschlägt, insbesondere aus der Dampfphase aufkondensiert. Diese Schichten werden oft nur wenige Zehntel ,u stark gemacht oder noch dünner, so dass schon eine verhältnismässig geringe Energie dazu genügt, den erforderlichen Bereich des Metallbelages um die Durchschlagstelle herum verschwinden zu lassen. Solche Metallschich ten wurden bisher stets in Kondensatoren angewendet, bei denen sich zwei Belegungen ohne Zwischenbelegungen gegenüberstanden.
Man erreichte auf diese Weise zunächst, dass ein solcher Kondensator für eine wesentlich höhere Spannung verwendet werden konnte als ein Kondensator mit gleich dicken dielek- trischen Schichten aber mit den vorher üb lichen dickeren Metallfolien, die bei einem Durchschlag nicht wegbrannten:
Denn wäh rend bei einem solchen überhaupt kein Durchschlag auftreten durfte, weil ja dadurch der Kondensator unbrauchbar geworden wä re, konnte man bei einem Kondensator mit ausbrennenden Belegungen eine grosse Anzahl von Durchschlägen zulassen, weil sie nicht zu einer Schädigung des Kondensators führ ten. Die Belastbarkeit des Dielektrikums war also wesentlich höher, oder umgekehrt aus- gedrückt: für eine gegebene Spannung durfte das Dielektrikum wesentlich dünner bemessen werden.
Da ausserdem auch die wegbrennen den Metallschichten um mindestens eine Grössenordnung dünner waren als selbst die dünnsten vorher verwendeten Metallfolien, so erhielt man auf diese Weise einen Kon densator, der für eine gegebene Kapazität und Spannung sehr viel weniger Raum be anspruchte als die vorher verwendeten Folien kondensatoren.
Die Verwendung solcher dünner, weg brennender Belegungen für Kondensatoren mit Zwischenbelegungen in der erfindungs- gemässen Weise ergibt ausser diesen bereits genannten Vorteilen, die sich auch bei dieser Verwendungsart in vollem Umfange aus wirken, noch einen weiteren Vorteil, der zu einer abermaligen Verkleinerung des für eine gegebene Kapazität beanspruchten Raumes führt.
Es zeigte sich nämlich, dass man solche Kondensatoren nicht nur bis zu der Be- lastungsfeldstärke der Dielektriken belasten konnte, bis zu welcher ein Dielektrikum gleicher Art und Stärke in selbstausheilen den Kondensatoren ohne Zwischenbelegun gen ausgenutzt werden konnte. Vielmehr kann bei Kondensatoren mit Zwischenbe legungen die Feldstärke im einzelnen Dielek- trikum noch weiter gesteigert werden.
Dies beruht auf einer überraschenden Erscheinung, die zu einer Belastung der verschiedenen hintereinander geschalteten Dielektrika in dem ihnen jeweils zuträglichen Masse führt. Man macht sich diese Erschei nung am besten an einem Kondensator klar, der zwei Belegungen und eine zwischen diesen angeordnete Zwischenbelegung hat.
Dann sind also in diesem Kondensator zwei Dielek- trika vorhanden, von denen das eine zwischen der einen Hauptbelegung und der Zwischen belegung, das andere zwischen der Zwischen belegung und der andern Hauptbelegung liegt. Angenommen, diese beiden Dielektrika sind elektrisch völlig gleichwertig und gleich dick, dann wird die Zwischenbelegung ein in der Mitte zwischen den Potentialen der Hauptbelegungen liegendes Potential an- nehmen, das heisst das Feld wird in zwei gleich hohe Feldstufen unterteilt.
Nun besitzt in Wirklichkeit jedes Dielektrikum eine ge wisse endliche Leitfähigkeit. Wenn beide Dielektrika die gleiche Leitfähigkeit be sitzen, so wird sich an der Spannungsver teilung auf die beiden Dielektrika nichts ändern.
Anders wird dies jedoch, wenn das eine der Dielektrika eine etwas höhere Leit fähigkeit hat als das andere. Dann nimmt nämlich die Zwischenbelegung nicht mehr ein mittleres Potential an, sondern ihr Potential liegt näher dem Potential der Hauptbelegung, von der sie durch das Dielektrikum besserer Leitfähigkeit getrennt ist.
Die beiden Feldstufen werden also un gleich, und zwar so, dass das Dielektrikum höherer Leitfähigkeit mit einem geringeren Potentialunterschied belastet wird als das Dielektrikum geringerer Leitfähigkeit. Prak tisch wirkt sich diese Erscheinung so aus, dass bei einem Kondensator mit Zwischen belegungen diejenigen dielektrischen Schich ten, die schlechtere Eigenschaften haben, schwächer belastet werden als diejenigen dielektrischen Schichten, die bessere Eigen schaften haben.
Ein Durchschlag eines ein zigen Dielektrikums aber macht einen Kon densator mit nichtausbrennenden Belegungen unbrauchbar. Anders ist dies bei einem Kondensator mit wegbrennenden Belegun gen.
Bei ihm wird es an den dielektrischen Schichten mit schlechteren Eigenschaften so lange zu Durchschlägen kommen, bis die Spannung infolge der nach den Durch schlägen meist zurückbleibenden geringen Restleitfähigkeit zwischen den an dieses Dielektrikum angrenzenden Belegungen so weit gesunken ist, dass weitere Durchschläge ausbleiben. Dabei steigt natürlich die Span nung zwischen den übrigen Belegungen ent sprechend an, das heisst die übrigen Dielek- trika werden stärker belastet.
Da diese aber nach der Voraussetzung besser sein sollen als das durchgeschlagene Dielektrikum, so stört das zunächst überhaupt nicht. Vielmehr wird ein solches Dielektrikum dann eben mit der von ihm im Maximum zu ertragenden Spannung belastet werden, bevor es seiner seits durchschlägt und damit die Potential verteilung am Kondensator wieder zu Un gunsten des schlechteren Dielektrikums etwas geändert wird. <B>Auf</B> diese Weise bildet sich eine Potentialverteilung im Kondensator heraus,
die die in ihm verwendeten Dielek- trika mit der jeweils grösstmöglichen Poten tialdifferenz belastet. Das heisst aber nichts anderes, als dass man die im Kondensator vorhandenen Dielektrika auf das Höchste ausnutzen kann, @ und zwar in einer Weise ausnutzen kann, wie sie in den bisherigen Kondensatoren nicht mehr zulässig war, denn bei diesen fehlte ja diese Selbstein- regelung der Spannungsverteilung, und man musste für die Bemessung des Dielektrikums immer so rechnen,
als ob man ein schlechtes Dielektrikum verwenden müsse. Einen er findungsgemässen Kondensator kann man daher nochmals mit einer höheren Spannung belasten als nach der bisher bekannten Belastbarkeit eines Dielektrikums zu er-. warten war.
Macht man bei einem Kondensator ge mäss der Erfindung die Hauptbelegungen so dünn, dass sie bei einem Durchschlag verbrennen, während die Zwischenbelegungen weiterhin als selbständige dickere Metall folien ausgeführt werden, so brennt bei einem Durchschlag zwischen einer Hauptbelegung und einer Zwischenbelegung eine Stelle aus der Hauptbelegung weg.
Die schwächere Stelle im Dielektrikum wird also von der Hauptbelegung. abisoliert und damit in einen feldfreien Raum gelegt, denn an dieser Stelle liegen sich jetzt zwei Zwischenbele gungen gleichen Potentials gegenüber, wäh rend die Hauptbelegung im erforderlichen Umkreis um die Durchschlagstelle ver schwunden ist.
Eine solche Anordnung hat weiter bei der Herstellung den Vorteil, dass man durch eingelegte Anschlussfahnen die Zwischenbelegungen herausführen und für sich getrennt jede von ihnen gegen die ihr benachbarte ausbrennfähige Hauptbelegung an Spannung legen kann. Dadurch können bereits vor Inbetriebnahme des Kondensators die Dielektrika zwischen der Hauptbelegung und der ihr zunächst liegenden Zwischen belegung ausgebrannt werden.
Auch bei Wickelkondensatoren befinden sich die durchgeschlagenen schwachen Stellen des Dielektrikums nach dem Ausbrennen der Hauptbelegung in einem feldfreien Raum, da beiderseits der Hauptbelegung Zwischen folien gleichen Potentials liegen. Dies ergibt sich aus der Abb. 1 der beigeordneten Zeich nung, die einen Ausschnitt quer zu einer als Wickelkondensator ausgebildeten beispiels weisen Ausführungsform des Kondensators nach der Erfindung darstellt, wobei die Dicke der einzelnen Schichten stark ver grössert dargestellt ist.
Es bezeichnen in dieser Abbildung 9 die Belegungen einer, 10 die Belegungen der andern Polarität, während mit 11 jeweils die Zwischenfolien bezeichnet sind. Bei einem Durchschlag zwischen der Hauptbelegung 10 und der Zwischenbelegung 11 an der Stelle 12 ist die Hauptbelegung 10 in dem angedeuteten Bereich 13 verschwun den. In diesem Bereich liegen sich also jetzt, durch die doppelte Stärke des Dielektrikums getrennt, zwei Zwischenbelegungen 11 gegen über, die natürlich gleiches Potential haben, also überhaupt keine Spannung gegeneinan der aufweisen. Die schwache Stelle 12 liegt daher in einem feldfreien Raum.
Dasselbe tritt natürlich auch ein bei einem während des Betriebes auftretenden Durchschlag. Immer ist die Folge des Weg brennens der Hauptbelegung das Verschwin den des Feldes -an der schwachen Stelle des Dielektrikums. Erhält ein solcher Konden sator mehr als zwei Zwischenbelegungen, so lässt man die Ausführungsform der Belegun gen abwechseln, das heisst man lässt auf die ausbrennfähige Hauptbelegung eine nicht ausbrennfähige Zwischenbelegung folgen, dann. eine ausbrennfähige Zwischenbelegung,
wieder eine nicht ausbrennfähige Zwischen-, belegLing usw. Auf diese Weise liegt an jedem Dielektrikum wenigstens eine ausbrennfähige Belegung an, wenn auch die oben geschilderte günstige Folge, dass die durchschlagene Stelle stets in einen feldfreien Raum zu liegen kommt, nur dann eintritt, wenn sich der Durchschlag zwischen ausbrennfä.higer Haupt- und danebenliegender Zwischenbe legung ereignet.
Während des Durchschlagens nähern sich die Potentiale der durch den Durch schlag verbundenen Belegungen einander sehr stark. Das kann zu einem Weitergreifen der Durchschläge auf das nächste Dielektri- kum und daher zu ähnlichen Erscheinungen führen, wie sie bei den bekannten Konden satoren mit Zwischenbelegungen, aber nicht ausbrennfähigen Belegungen stets aufgetre ten sind.
Zweckmässigerweise macht man daher die Zwischenbelegungen ausbrenn- fähig, gibt ihnen aber einen so hohen Ohm- sehen Widerstand, dass bei einem Durch schlag gegen die Zwischenbelegung das Potential der Zwischenbelegung nur sehr langsam sich ändert, weil sie infolge ihres hohen Ohmschen Widerstandes ihre Span nung nur langsam der Spannung der Haupt belegung angleichen kann. Für den Betrieb spielt der hohe Widerstand der Zwischen belegung keine Rolle, da sie ja keinen Strom führt.
Das etwaige Weitergreifen der Durch schläge auf das nächste Dielektrikum wird bei der im folgenden beschriebenen beispiels weisen Ausführungsform des erfindungsge mässen Kondensators völlig vermieden. Hier bei liegen die einzelnen Felder zwischen den Haupt- und den Zwischenbelegungen nicht in radialer, sondern in axialer Richtung des Kondensatorwickels hintereinander.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einige Windungen eines solchen Wickelkonden- sators. Auch hierbei ist die Dicke der einzel nen Schichten übertrieben gross gezeichnet. Ausserdem liegen in Wirklichkeit die Papier schichten dicht aufeinander. Es bedeuten 14 und 15 zwei dielektrische Lagen, beispiels weise Papierstreifen, die auf jeweils einer Seite metallisiert sind. 17 und 18 sind die Hauptbelegungen des Kondensators, 19 und 20 die Zwischenbelegungen. Die Hauptbele gung 17 liegt mit der Zwischenbelegung 19 in einer Ebene, ebenso die Hauptbelegung 18 mit der Zwischenbelegung 20.
Der dargestellte Kondensator hat also zwischen den Haupt belegungen 17 und 18 zwei Zwischenbelegun gen 19 und 20 und die elektrisch hinterein ander geschalteten Felder zwischen je zwei der vier Belegungen liegen in axialer Rich tung des Kondensatorwickels hintereinander. So liegt, bezogen auf Fig. 2, das Feld, das sich zwischen den Zwischenbelegungen 19 und 20 ausbildet, unter dem Feld, das zwischen 17 und 20 und über dem Feld, das zwischen 18 und 19 sich befindet.
Bei einem Durchschlag zum Beispiel des Dielektrikums 15 an der Stelle 21 kann also durch unmittel bare Durchschlagswirkung stets nur ein zwischen Hauptbelegung 17 und Zwischen belegung 20 liegendes Dielektrikum zerstört werden. Es folgt ja an der Durchschlagstelle hinter der Zwischenbelegung 20 wieder eine Belegung, die das gleiche Potential hat wie die Belegung 17.
Gleichgültig, welche von den Be legungen an der Durchschlagstelle verschwin det, ob es nun die Belegung 17 oder die Be legung 20 oder die hinter dieser liegende, elek trisch der Belegung 17 entsprechende Be legung ist, die bei dem Durchschlag wegge brannt wird, immer befindet sich die Durch schlagsstelle nach dem Durchschlag in einem Raum zwischen Belegungen gleichen Poten tials, also in einem feldfreien Raum.
Kommt es aber infolge der Potentialänderung einer der am Durchschlag beteiligten Belegung zu einem weiteren Durchschlag gegen eine dritte Be legung, so findet dieser Durchschlag an einer andern Stelle des Kondensators und nicht unmittelbar an der Stelle des ersten Durch schlages statt. Die mechanische Energie der beiden Durchschläge wirkt sich also nicht gemeinsam an der gleichen Stelle aus, viel mehr werden zwei in einiger Entfernung voneinanderliegende Stellen nur jeweils von der Auswirkung der Energie eines einzigen Durchschlages betroffen.
Eine Zerstörung des Kondensators durch diese Durchschlags energie wird daher vermieden.
Bei einem Kondensator mit nebenein- anderliegenden Feldstufen kann nun aber auch die Dicke der einzelnen Belegungen anders gewählt werden. Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kondensators es sinnlos gewesen wäre, die Hauptbelegung nicht ausbrennfähig und die Zwischenbelegung so dünn zu machen, dass sie ausbrennt, ist es im Falle der Fig. 2 durchaus möglich, den Kondensator auch so herzustellen.
Beim Kondensator gemäss der Fig. 1 wäre das deswegen nicht gegangen, weil dann bei einem Durchschlag ja die Zwi schenbelegung weggebrannt wäre. An der Stelle, an der der Durchschlag erfolgte, wäre also nach dem Verschwinden der Zwi schenbelegung unmittelbar die ganze Span , nung zwischen den Hauptbelegungen gelegen, und das wäre natürlich gerade an dieser Stelle besonders gefährlich gewesen, weil das Dielektrikum durch den bereits erfolgten Durchschlag geschwächt und insbesondere gerade das durchgeschlagene Dielektrikum vielleicht gar nicht mehr als Dielektrikum zu rechnen war.
Beim Kondensator gemäss der Fig. 2 braucht man darauf keine Rücksicht zu nehmen. Es zeigt sich im Gegenteil, dass es bei dieser Anordnung günstiger ist, die Zwischenbelegungen so dünn zu machen, dass sie bei einem Durchschlag ausbrennen, während man die Hauptbelegungen ohne weiteres als Folienbelegungen von grösserer Dicke ausführen kann. Das hat den Vorteil sehr einfacher Anschlussmöglichkeiten.
Bekanntlich ist es verhältnismässig schwierig, bei einem Kondensator mit aus- brennfähigen Belegungen brauchbare An schlüsse herzustellen. Man hilft sich im all gemeinen so, wie es in Fig. 2 angedeutet ist, dass man die metallisierten dielektrischen Streifen am Rande um 2009 (=180 ) um klappt, so dass die Metallschicht nach aussen zu liegen kommt, und dann auf die aussen liegenden Metallkanten der umgeklappten metallisierten Dielektrikumbänder nach ei nem Spritzverfahren eine leitfähige Schicht aufspritzt,
an die die Anschlussdrähte ange lötet werden. Dieses Verfahren ist nicht so leicht durchzuführen und vor allen Dingen auch wesentlich teurer als das bei dicken Belegungen durchführbare Anschlussverfah- ren, bei dem in den Kondensator einfach Metallfahnen eingelegt werden.
Das Einlegen von Metallfahnen auf ausbrennfähigen Metall belegungen ist aber schwer durchführbar, weil infolge des grossen Übergangswiderstandes zwischen Metallfahnen und Belegungen an der Eintrittstelle des Stromes eine zu hohe Erwärmung des Belages auftritt, so dass der Belag an dieser Stelle ebenso wegbrennt wie an den Durchschlagstellen.
Macht man jedoch bei einem Kondensator gemäss der Fig. 2 die Hauptbelegungen 17 und 18 aus Metall folien, so ist ein Anschluss mit eingelegten Metallfahnen durchaus möglich, und bei Durchschlägen unterbricht die wegbrennende Zwischenbelegung 20 oder 19 den Kurz schlussstrom.
In ähnlicher Weise wie bei der Anordnung gemäss Fig. 2 lässt sich ein Nebeneinanderan- ordnen der einzelnen in Serie liegenden Feld stufen des Kondensators auch durch die An ordnung gemäss Fig. 3 erreichen.
Während bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Wickel kondensatoren angenommen wurde, dass die Haupt- und.die Zwischenbelegungen vom Beginn bis zum Ende des Wickels durch laufen, so dass also das Wickeln sämtlicher Belegungen etwa gleichzeitig begonnen und beendet wird, ist dies bei der Ausführungs form des Kondensators nach Fig. 3 anders.
Hier werden auf den Wickeldorn 22 zwei dielektrische Bänder 23 und 24 aufgewickelt, deren Metallisierungen aus einzelnen Teil stücken bestehen, die keine leitende Ver bindung miteinander haben. So sind auf das Dielektrikum 23 die Metallschichten 27, 29, 31, 33 usw., auf das Dielektrikum 24 die Metallschichten 26, 28, 30, 32 usw. aufge bracht. Die mit geraden Zahlen bezifferten Metallschichten sind dabei gegen die mit ungeraden Zahlen bezifferten um eine halbe Teilung versetzt.
Sie sind in Wirklichkeit länger als in der Abbildung dargestellt und reichen im allgemeinen stets mehrere Male um den Wickelkern herum. Für die Bemes sung der ,Lücke zwischen zwei auf dem glei chen Dielektrikum nebeneinander liegenden Metallschichten ist die Überlegung wichtig, dass die Spannung zwischen ihnen doppelt so gross ist wie die Spannung zwischen zwei einander auf verschiedenen Dielektriken gegenüberliegenden Metallschichten.
Sei in Fig. 3 beispielsweise die auf dem einen Dielek- trikum 24 liegende Schicht 26 die eine Haupt belegung, und die auf dem andern Dielek- trikum 23 liegende Schicht 29 die andere Hauptbelegung, so bilden die auf dein Dielektrikum 23 liegende Schicht 2 7 und die auf dem Dielektrikum 24 liegende Schicht 28 zwei Zwischenbelegungen. Die zwischen den Hauptbelegungen 26 und 29 herrschen de Spannung wird also in drei gleiche Teile geteilt.
Ist diese Spannung zwischen den Hauptbelegungen a. so ist die Spannung zwischen der Hauptbelegung 26 und der Zwischenbelegung 27, diejenige zwischen den Zwischenbelegungen 27 und 28 und endlich diejenige zwischen der Zwischenbelegung 28 und der Hauptbelegung 29 jeweils
EMI0006.0060
Die Spannung zwischen den jeweils auf dein gleichen Dielektrikum nebeneinander liegen den Metallschichten, also zwischen den Be legungen 26 und 28 bzw.
27 und 29 beträgt also jeweils
EMI0006.0065
Durch die Versetzung der mit geraden Zahlen benannten Metallschich ten gegen die mit ungeraden Zahlen be nannten wird es möglich, eine grosse Anzahl von Zwischenbelegungen anzuordnen, wobei die zwischen ihnen sowie zwischen den Haupt- und Zwischenbelegungen sich ausbildenden Teilfeder ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 2, hier allerdings nicht in Richtung der Achse des Wickels, sondern in seiner Umfangsrichtung,
hintereinanderliegen. Die Ausführungsform nach Fig. 2 gestattet praktisch, nur eine beschränkte Zahl von Zwischenbelegungen (2 oder 4) anzuwenden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann die Zahl der Zwischenbelegungen beliebig gross gemacht werden. Diese Ausführungs form ist also für sehr hohe Spannungen ge eignet.
Die Herstellung der metallisierten Bänder 23 und 24 kann vorzugsweise durch Metallisieren im Vakuum erfolgen, wobei die metallfreien Streifen vor der Metallisie- rung mit einem niederschlaghindernden Stoff in bekannter Weise versehen, insbesondere bedampft, werden können.
Das für die Fig. 2 Gesagte gilt auch für die Fig. 3. Man wird zweckmässigerweise die beiden Hauptbelegungen, beispielsweise 26 und 35, aus einer stärkeren Metallfolie machen, während die Zwischenbelegungen <B>2</B>7 bis 34 aus dünnen, auf die Dielektrikum- bänder niedergeschlagenen Metallschichten bestehen, die ausbrennfähig sind.
Aus Her stellungsgründen wird man unter Umständen auch die Hauptbelegungen zunächst als im Vakuum hergestellte, äusserst dünne Schich ten ausführen und auf diese dann etwas dickere Metallfolien auflegen, um den An schluss durch eingelegte Metallfahnen zu ermöglichen.
Stellt man sich den Kondensator nach Fig. 3 aufgewickelt vor, so ergibt sich, dass infolge der grossen Längserstreckung der einzelnen Belegungen die Stromwege in den Belegungen verhältnismässig gross, das heisst der Verlustfaktor des Kondensators schlecht sein wird. Wie bereits oben erwähnt, werden ja im allgemeinen die einzelnen Belegungen mehrmals um den Wickel herumreichen. Man kann daher die Stromwege im Kondensator dadurch verkürzen,
dass man die einzelnen Belegungen seitlich überstehen lässt und die überstehenden Ränder derselben Metall fläche in geeigneter Weise zusammenfasst. Dadurch ist ein Ausgleich der Ströme möglich innerhalb der einzelnen Belegungen über die Stirnseite des Kondensators. So weit die Belegungen aus dickeren Folien bestehen, wickelt man die Folien einfach auf einer Seite überstehend und kann dies insbeson dere also mit den Hauptbelegungen machen.
Wenn die Belegungen aus aufmetallisierten dünnen Metallschichten bestehen, so wird man vorgehen, wie in Fig. 2 angedeutet, das beisst die metallisierten Dielektrikumlagen am Rande so umklappen, dass die Metalli sierung nach aussen zu liegen kommt und der Rücken des umgeklappten Randes einer Windung unmittelbar an der vorhergehenden Windung derselben Metallfläche anliegt.
Von den Belegungen, die in Fig. 3 dargestellt sind, lässt man also beispielsweise die Be legungen 26, 28, 30 usw. auf der einen, die Belegungen 27, 29 und 31 auf der andern Stirnseite überstehen bzw. klappt den Dielek- trikumstreifen 23 auf der einen Stirnseite, den Dielektrikumstreifen 24 auf der andern Stirnseite des Wickels um.
Da die Abstände zwischen den Belegungen 26 und 28 oder beispielsweise den Belegungen 27 und 29 verhältnismässig gering sind, muss man dar auf achten, dass nach dem Aufhören der Belegung 26 der Abstand gegen die Belegung 28 genügend gross ist, so dass sich an der Stirnseite eine genügend grosse Isolation er gibt, sonst stossen die überstehenden bzw. umgelegten Ränder der verschiedenen Be legungen, die j a jeweils die doppelte Teil spannung gegeneinander haben, zusammen.
Mitunter kann die Verkürzung der Strom wege auch unerwünscht sein. Denn da in Hochspannungskondensatoren die aufge speicherte Energie stets verhältnismässig gross ist (sie berechnet sich ja aus der Formel
EMI0007.0048
steigt also mit dem Quadrat der Spannung an) empfiehlt es sich, noch weitere Sicherungen gegen mit zu grosser Energie erfolgende Durchschläge zu treffen. Es ist bekannt geworden, die bei einem Durch schlag auftretende Energie dadurch zu be grenzen,
dass man wenigstens eine Belegung des Kondensators in einzelne Teilkapazitäten unterteilt und diese über schmale .Stege an einen allen Teilkapazitäten gemeinsamen und der Stromzuführung dienenden Rand an schliesst.
Tritt nun in einer der Teilkapazitä- ten ein Durchschlag ein, so muss der gesamte Durchschlagstrom durch den schmalen Steg in die betroffene Teilkapazität hineinfliessen; ausserdem aber muss, wenn sich dabei der Kondensator über den Durchschlag entladen soll, der aus jeder einzelnen der Teilkapazitä ten zur Durchschlagstelle hineinfliessende Strom über einen gleichen schmalen Steg fliessen.
Die Wirkung dieser Stege ist also eine Art Entkopplung, das heisst, die Energie der nicht betroffenen Teilkapazitäten kann nicht - jedenfalls nicht schlagartig - voll ständig an der Durchschlagstelle in Er scheinung treten. Die an der Durchschlag stelle freiwerdende Energie wird also herab gesetzt.
Schliesslich wirkt der schmale Steg an der betreffenden Teilkapazität im Notfall noch als Abschmelzsicherung, indem er durchschmilzt, bevor durch den Durchschlag eine für den Kondensator schädliche Energie menge an den Durchschlagstellen frei ge worden ist.
Eine ähnliche Wirkung lässt sich auch durch die Induktivität des Wickels selbst erreichen, indem man den zur Durch schlagstelle hineinfliessenden Strom zwingt, eine Reihe von Windungen des Wickels zu durchfliessen. Dann wird die Stirn des Durch schlagstromes abgeflacht, der Belag brennt mit geringerer Energie sauber aus, und der Lichtbogen erlischt bereits, bevor die ge samte Energie an der Durchschlagstelle sich ausgewirkt hat.
Die stirnseitigen Verbindun gen der einzelnen Windungen der Zwischen belegungen sind also nicht immer günstig; die vielen vom Durchschlagstrom zu durch laufenden Windungen lassen sich vielmehr auch in der geschilderten Weise zur Be grenzung des Durchschlagstromes verwenden.
Auch diese Ausbildungsarten der Belege mit schmalen Stegen zwischen einzelnen Teilen einer Belegung lassen sich beim er- findungsgemässen Kondensator mit Vorteil verwirklichen, und zwar lässt sich auch hier wieder sowohl jede Zwischenbelegung als auch jede Hauptbelegung unterteilen.
Im allgemeinen braucht man nicht so weit zu gehen, dass man sämtliche Belegungen des Kondensators in der angegebenen Weise unterteilt; es wird vielmehr genügen, nur die Hauptbelegungen oder jede zweite der Zwischenbelegungen zu unterteilen. Die ein fachste Unterteilung der Zwischenbelegung, die sowohl bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wie auch derjenigen gemäss Fig. 3 möglich ist, besteht einfach darin, dass man die Metallschicht,
die diese Belegung dar- stellt, in eine Anzahl Flächen unterteilt, die miteinander keine leitende Verbindung haben. Eine Draufsicht auf ein mit einer der artigen Zwischenbelegung metallisiertes Di- elektrikum ist in Fig. 4 dargestellt. 39 ist darin die isolierende Unterlage, beispiels weise ein Papierband, 38 die aufgedampfte Metallschicht, die durch nichtmetallisierte Streifen 40 in einzelne Zonen unterteilt ist, die keine leitende Verbindung miteinander haben.
Für die Unterteilung der Hauptbe legungen ist die Anordnung nach den Fig. 5 und 6 vorteilhafter. In Fig. 5 ist eine Drauf sicht auf ein metallisiertes Dielektrikumband, in Fig. 6 ein Querschnitt durch zwei solche Bänder in der Lage dargestellt, in der sie sich im Kondensator gegenüberliegen. In Fig. 5 ist 41 die isolierende Unterlage, und die schraffierte Fläche stellt die aufmetallisierte Belegung dar.
Diese ist durch schmale, nicht metallisierte Streifen in einzelne Teilbelegun gen 42, 43, 44, 45 usw. unterteilt, die über Stege 46 mit dem allen gemeinsamen Strom zuführungsrand 4 7 in Verbindung stehen, der beispielsweise noch, wie in dem durch Fig. 6 veranschaulichten Querschnitt an gedeutet, umgeklappt sein kann.
Man wird im übrigen die Stege 46 im allgemeinen in einen feldfreien Raum legen, weil durch die Anordnung dieser Stege die Kantenlänge dieser Belegung ausserordentlich wächst und die Kanten stets durchschlaggefährdete Stel len sind, weil die Feldstärke durch die Spitzenwirkung erhöht wird. Wie aus der Fig. 6 zu entnehmen ist, fängt daher die Belegung andern Potentials erst unterhalb der Stegzone an, indem die gestrichelte Linie 48 etwa die Grenze zeigt, bis zu der die gegenüberstehende Belegung gehen kann.
Fig. 7 zeigt in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 5, wie beispielsweise die Belegungen 17 und 19 der Ausführungsform nach Fig. 2 unterteilt werden können. 51 bedeutet in der Draufsicht nach Fig. 7 den isolierenden Träger, 52 entspricht etwa der Belegung 17 in Fig. 2 und 53 der Belegung 19 in Fig. 2. Die Belegung 52 ist in der in Fig. 5 bereits dargestellten Weise unterteilt, und mit.
Stegen 54 sind die einzelnen Teilbelegungen an den durchlaufenden Rand 55 angeschlos sen, der, wie aus dem in Fig. 8 gezeichneten Querschnitt hervorgeht, um 2009 umgeklappt ist. Die Belegung 53 ist wie die in Fig. 4 dargestellte in eine Reihe miteinander nicht zusammenhängender Teilbelegungen aufge teilt, die durch metallfreie Streifen 56 von einander getrennt sind.
Ausserdem ist aber nun noch jede der so entstandenen Teil- belegungen in zwei Teile geteilt, von denen der obere, wie im Querschnitt nach Fig. 8 dar gestellt, einer andern Zwischenbelegung 57, der untere der zweiten Hauptbelegung 58 gegenüberliegt. Diese Teile sind jeweils durch einen schmalen Steg 59 voneinander ge trennt, der parallel zur Bandrichtung gelegt ist, damit er genügend lang gemacht werden kann.
Es gelingt auf diese Weise, die beiden Teile der Teilbelegungen der Belegungen 53 so nahe aneinander zu rücken, dass der Ab stand zwischen den beiden Belegungen 57 und 58 auf dem andern Dielektrikum so klein. wie möglich gemacht werden kann, und dabei trotzdem die erforderliche Länge für den Steg 59 zu erhalten. Ausserdem liegt bei dieser Anordnung der Steg' 59 völlig im feldfreien Raum.
Es ist schliesslich auch noch möglich, den metallisierten Rand, soweit er nicht einer andern Belegung gegenüberliegt, bei allen Ausführungen, wie sie im Vorstehenden beschrieben sind, zu verstärken. Dies kann zum Beispiel durch mehrmaliges Metallisieren oder vorzugsweise durch Bedampfen des Dielektrikums mit einer Spezialdüse, die von vornherein am Rand einen stärkeren Nieder schlag erzeugt, geschehen.
Ein so verstärkter Rand hat den Vorteil, dass Anschlussschich- ten, die auf die Stirnseiten des Kondensators aufgebracht werden, besser haften und eine bessere elektrische Verbindung ergeben. Ebenso wird die Gefahr des Ausbrennens der Metallschicht unter der aufgespritzten Stromanschlussschicht beseitigt.
Der ver stärkt metallisierte Rand kann in derselben Weise um 2009 umgeklappt werden wie die unverstärkten Ränder nach den Anordnun- gen gemäss den Vig. 5 und 6 bzw.<B>7</B> und 8, oder aber, er wird nicht umgeklappt und die Anschlussschicht auf die Stirnseiten des Kondensators aufgespritzt. Das aufgespritzte Metall dringt .zwischen die Ränder .der ein zelnen Dielektrika ein und stellt auf diese Weise die leitende Verbindung zwischen ihnen her.
Electric capacitor. It is known that the voltage a capacitor can withstand increases more slowly than the strength of the insulation. This means that a capacitor which has a dielectric that is twice as thick as that of another cannot also be applied to twice the voltage, regardless of whether the double thickness of the dielectric is achieved by doubling the number of individual layers of the same thickness or by doubling it the thickness of the layers was achieved with the same number.
For this reason, it has been helpful in the past to use intermediate metallic layers in capacitors for high voltages, which were not connected to voltage, but only had the task of influencing the potential distribution in the dielectric in the desired manner. If you use a single intermediate assignment in the middle of the dielectric between the voltage-connected assignments,
half of the terminal voltage of the capacitor is between this and the two main assignments. When using two intermediate assignments with the same distances to the neighboring assignments, only one third of the terminal voltage is between the individual metal surfaces of the capacitor. In this way, it is possible to distribute the capacitor field in individual stages over several dielectrics, so that each dielectric layer is only loaded with one field strength,
which she still endures without difficulty. This means that, for example, by doubling the number of dielectric layers, you also get a doubling of the permissible connection voltage.
In the previously known capacitors executed in the manner described above, however, the entire capacitor was unusable when one of the series-connected dielectric layers (dielectrics) broke down. If one of the dielectric layers, that is to say a dielectric, broke through, it assumed the potential of the adjacent layer with which it was in conductive connection via the breakdown point.
As a result, the layer that had broken through became ineffective as a dielectric and the terminal voltage of the capacitor was then distributed over the remaining layers. As a result of this overload, these layers also penetrated, if not already by the spark that occurred when the first layers penetrated and led to significant energy conversion in the capacitor, the remaining layers were mechanically affected, as was usually the case.
Even if only a single dielectric broke down, the previously used capacitors either became completely unusable immediately or only after a very short time. To avoid these disadvantages, it is proposed according to the invention to make at least some of the metal coatings of a capacitor with intermediate coatings so thin that, in the event of a breakdown, they burn away under the effect of the breakdown spark around the breakdown point, so that the short-circuit current is interrupted.
For example, at least half of the assignments can be made so thin, but also all assignments.
So-called self-healing capacitors, in which the coating is so thin that it burns away, i.e. disappears, in the event of a breakdown around the breakdown point in the dielectric, are known per se. They are preferably made by.
that in a vacuum process, extremely thin and homogeneous metal layers are deposited on continuous strips of dielectric material, in particular condensed from the vapor phase. These layers are often made only a few tenths of a µ thick or even thinner, so that even a relatively small amount of energy is sufficient to make the required area of the metal coating around the breakdown point disappear. Such Metallschich th have always been used in capacitors in which two assignments faced each other without intermediate assignments.
In this way it was initially achieved that such a capacitor could be used for a significantly higher voltage than a capacitor with dielectric layers of the same thickness but with the previously customary thicker metal foils, which did not burn off in the event of a breakdown:
Because while such a breakdown was not allowed to occur at all because the capacitor would have become unusable as a result, a large number of breakdowns could be allowed for a capacitor with burned-out coverings because they did not lead to damage to the capacitor of the dielectric was significantly higher, or to put it the other way round: for a given voltage, the dielectric could be made much thinner.
In addition, since the metal layers that burned away were at least an order of magnitude thinner than even the thinnest metal foils previously used, this resulted in a capacitor that took up much less space than the foil capacitors previously used for a given capacity and voltage .
The use of such thin, burning away coverings for capacitors with intermediate coverings in the inventive manner results in addition to these advantages already mentioned, which also have an effect in this type of use to the full extent, yet another advantage that leads to a further reduction in the size for a given capacity of occupied space.
It was shown that such capacitors could not only be loaded up to the load field strength of the dielectrics, up to which a dielectric of the same type and strength could be used in self-healing capacitors without intermediate occupancy. Rather, in capacitors with intermediate connections, the field strength in the individual dielectric can be increased even further.
This is based on a surprising phenomenon which leads to a load on the various series-connected dielectrics to the extent that is beneficial for them. The best way to visualize this phenomenon is to use a capacitor that has two assignments and an intermediate assignment between them.
There are then two dielectrics in this capacitor, one of which is between the one main occupancy and the intermediate occupancy, the other between the intermediate occupancy and the other main occupancy. Assuming that these two dielectrics are electrically completely equivalent and of the same thickness, then the intermediate occupancy will assume a potential in the middle between the potentials of the main occupancies, that is, the field is divided into two equally high field levels.
Now in reality every dielectric has a certain finite conductivity. If both dielectrics have the same conductivity, nothing will change in the voltage distribution between the two dielectrics.
However, this is different if one of the dielectrics has a slightly higher conductivity than the other. Then the intermediate occupancy no longer assumes a medium potential, but its potential is closer to the potential of the main occupancy, from which it is separated by the dielectric of better conductivity.
The two field levels are therefore unequal, namely in such a way that the dielectric of higher conductivity is loaded with a lower potential difference than the dielectric of lower conductivity. In practice, this phenomenon has the effect that in a capacitor with intermediate layers, those dielectric layers that have poorer properties are less stressed than those dielectric layers that have better properties.
A breakdown of a single dielectric, however, makes a capacitor with non-burnout assignments unusable. This is different in the case of a condenser with burn-away coverages.
With it, the dielectric layers with poorer properties will break down until the voltage between the coverings adjacent to this dielectric has fallen so far that there are no further breakdowns due to the low residual conductivity that usually remains after the breakdowns. Of course, the voltage between the other assignments rises accordingly, which means that the other dielectrics are more heavily loaded.
However, since these are supposed to be better than the dielectric that has broken through, this does not initially bother at all. Rather, such a dielectric will then be loaded with the maximum voltage it can endure before it breaks down on its part and thus the potential distribution on the capacitor is changed again somewhat to the disadvantage of the poorer dielectric. <B> This </B> creates a potential distribution in the capacitor,
which loads the dielectrics used in it with the greatest possible potential difference. But that means nothing else than that the dielectrics present in the capacitor can be used to the maximum, @ and can be used in a way that was no longer permissible in the previous capacitors, because they lacked this self-regulation Stress distribution, and one always had to calculate for the dimensioning of the dielectric
as if you had to use a bad dielectric. A capacitor according to the invention can therefore be loaded again with a higher voltage than according to the previously known load capacity of a dielectric. was waiting.
In the case of a capacitor according to the invention, if the main assignments are made so thin that they burn in the event of a breakdown, while the intermediate assignments continue to be designed as thicker metal foils of their own, then in the event of a breakdown between a main assignment and an intermediate assignment, one point burns away from the main assignment .
The weaker point in the dielectric is therefore from the main occupancy. stripped and thus placed in a field-free space, because at this point there are now two intermediate occupancies of the same potential, while the main occupancy in the required area around the breakdown point has disappeared.
Such an arrangement also has the advantage during manufacture that the intermediate assignments can be brought out through inserted connecting lugs and each of them can be connected to voltage separately against the main assignment that is adjacent to it. As a result, the dielectrics between the main occupancy and the first intermediate occupancy can be burned out before the capacitor is put into operation.
In the case of wound capacitors, too, the broken-through weak points of the dielectric are located in a field-free space after the main layer has been burned out, since the same potential is between foils on both sides of the main layer. This is evident from Fig. 1 of the accompanying drawing, which shows a section transversely to an embodiment of the capacitor according to the invention designed as a wound capacitor, the thickness of the individual layers being shown greatly enlarged.
In this figure 9 denote the assignments of one polarity, 10 the assignments of the other polarity, while 11 each denotes the intermediate foils. If there is a breakthrough between the main occupancy 10 and the intermediate occupancy 11 at the point 12, the main occupancy 10 has disappeared in the indicated area 13. In this area are now, separated by twice the thickness of the dielectric, two intermediate coatings 11 opposite, which of course have the same potential, so have no voltage against each other. The weak point 12 is therefore in a field-free space.
The same naturally also occurs in the event of a breakdown occurring during operation. The consequence of the burning away of the main occupancy is always the disappearance of the field at the weak point of the dielectric. If such a capacitor receives more than two intermediate assignments, the embodiment of the assignments can be alternated, that is, the burn-out main assignment is followed by a non-burn-out intermediate assignment. a burn-out intermediate layer,
again a non-burn-out intermediate layer, lining, etc. In this way, at least one burn-out layer is applied to each dielectric, even if the favorable consequence described above, that the punctured point always lies in a field-free space, only occurs when there is the breakthrough occurs between the burnable main and adjacent intermediate layers.
During the breakdown, the potentials of the coverings connected by the breakdown approach one another very strongly. This can lead to the breakdowns spreading to the next dielectric and therefore to similar phenomena as they have always occurred with the known capacitors with intermediate assignments, but not burn-out assignments.
It is therefore advisable to make the intermediate layers burn-out, but give them such a high ohmic resistance that in the event of a breakdown against the intermediate layer, the potential of the intermediate layer changes only very slowly because their high ohmic resistance only changes their voltage can slowly adjust to the voltage of the main occupancy. The high resistance of the intermediate occupancy is irrelevant for operation, since it carries no electricity.
Any further reaching of the punctures to the next dielectric is completely avoided in the example embodiment of the capacitor according to the invention described below. Here at the individual fields between the main and the intermediate assignments are not in the radial, but in the axial direction of the capacitor winding one behind the other.
FIG. 2 shows a cross section through a few turns of such a wound capacitor. Here, too, the thickness of the individual layers is drawn exaggerated. In addition, the paper layers are actually very close to one another. 14 and 15 denote two dielectric layers, for example paper strips that are metallized on one side. 17 and 18 are the main assignments of the capacitor, 19 and 20 are the intermediate assignments. The main occupancy 17 is on the same level as the intermediate occupancy 19, as is the main occupancy 18 with the intermediate occupancy 20.
The capacitor shown has so between the main assignments 17 and 18 two Zwischenbelegun gene 19 and 20 and the electrically one behind the other switched fields between two of the four assignments are in the axial direction Rich of the capacitor winding one behind the other. Thus, with reference to FIG. 2, the field which forms between the intermediate layers 19 and 20 is below the field between 17 and 20 and above the field between 18 and 19.
In the event of a breakdown of, for example, the dielectric 15 at the point 21, only one dielectric located between the main occupancy 17 and the intermediate occupancy 20 can be destroyed by the immediate breakdown effect. At the breakdown point behind the intermediate occupancy 20, there is another occupancy that has the same potential as the occupancy 17.
It does not matter which of the occupations at the breakdown point disappears, whether it is the occupancy 17 or the occupancy 20 or the occupancy behind it, electrically corresponding to the occupancy 17, which is burned away when the breakthrough occurs After the breakdown, the breakdown point is in a space between occupancies of the same potential, i.e. in a field-free space.
If, however, as a result of the change in potential of one of the occupancies involved in the breakdown, there is a further breakdown against a third cover, this breakdown takes place at another point on the capacitor and not directly at the point of the first breakdown. The mechanical energy of the two punctures therefore does not have a joint effect at the same point, much more two points that are some distance apart are only affected by the effect of the energy of a single puncture.
Destruction of the capacitor by this breakdown energy is therefore avoided.
In the case of a capacitor with adjacent field steps, however, the thickness of the individual coverings can now also be selected differently. While in the embodiment of the capacitor shown in FIG. 1 it would have been pointless to make the main occupancy not burnable and the intermediate occupancy so thin that it burns out, in the case of FIG. 2 it is quite possible to manufacture the capacitor in this way.
In the case of the capacitor according to FIG. 1, this would not have been possible because then, in the event of a breakdown, the intermediate occupancy would have burnt away. At the point where the breakdown occurred, the entire voltage between the main assignments would have been immediately after the intermediate assignment had disappeared, and that would of course have been particularly dangerous at this point because the dielectric was weakened by the breakdown that had already occurred and especially the broken dielectric in particular was perhaps no longer to be counted as a dielectric.
In the case of the capacitor according to FIG. 2, this need not be taken into account. On the contrary, it turns out that with this arrangement it is more advantageous to make the intermediate layers so thin that they burn out in the event of a breakdown, while the main layers can easily be made as film layers of greater thickness. This has the advantage of very simple connection options.
It is known that it is relatively difficult to produce usable connections in a capacitor with burn-out coatings. One generally helps oneself, as indicated in FIG. 2, that one folds the metallized dielectric strips at the edge around 2009 (= 180) so that the metal layer comes to lie on the outside, and then onto the outer ones Metal edges of the folded-over metallized dielectric bands are sprayed with a conductive layer,
to which the connecting wires are soldered. This method is not so easy to carry out and, above all, is also considerably more expensive than the connection method that can be carried out with thick coverings, in which metal lugs are simply inserted into the capacitor.
The insertion of metal flags on burn-out metal coverings is difficult to carry out, however, because due to the large contact resistance between metal flags and coverings at the point of entry of the current, the covering heats up too much, so that the covering burns away at this point as well as at the breakdown points.
If, however, in a capacitor according to FIG. 2, the main assignments 17 and 18 are made of metal foils, a connection with inserted metal lugs is entirely possible, and in the event of breakdowns the burning-away intermediate assignment 20 or 19 interrupts the short-circuit current.
In a manner similar to the arrangement according to FIG. 2, the arrangement of the individual series field stages of the capacitor can also be achieved by the arrangement according to FIG. 3.
While in the winding capacitors shown in Fig. 1 and 2 it was assumed that the main und.die intermediate assignments run from the beginning to the end of the winding, so that the winding of all assignments is started and ended approximately at the same time, this is at the embodiment form of the capacitor of FIG. 3 is different.
Here, two dielectric strips 23 and 24 are wound onto the winding mandrel 22, the metallizations of which consist of individual parts that have no conductive connection with one another. For example, the metal layers 27, 29, 31, 33 etc. are applied to the dielectric 23, the metal layers 26, 28, 30, 32 etc. are applied to the dielectric 24. The metal layers numbered with even numbers are offset by half a division from those numbered with odd numbers.
In reality, they are longer than shown in the figure and generally always extend around the winding core several times. For dimensioning the gap between two metal layers lying next to one another on the same dielectric, it is important to consider that the voltage between them is twice as great as the voltage between two metal layers lying opposite one another on different dielectrics.
If, for example, in FIG. 3 the layer 26 lying on the one dielectric 24 is the one main coating and the layer 29 lying on the other dielectric 23 is the other main coating, then the layer 27 and lying on the dielectric 23 form the layer 28 lying on the dielectric 24 has two intermediate layers. The voltage between the main assignments 26 and 29 is divided into three equal parts.
Is this tension between the main assignments a. so is the voltage between the main occupancy 26 and the intermediate occupancy 27, that between the intermediate occupancies 27 and 28 and finally that between the intermediate occupancy 28 and the main occupancy 29, respectively
EMI0006.0060
The voltage between the metal layers lying next to one another on the same dielectric, i.e. between the layers 26 and 28 or
So 27 and 29 is respectively
EMI0006.0065
By offsetting the metal layers named with even numbers against those named with odd numbers, it is possible to arrange a large number of intermediate assignments, the partial spring forming between them and between the main and intermediate assignments similar to the arrangement according to FIG. 2, here however not in the direction of the axis of the roll, but in its circumferential direction,
lying one behind the other. The embodiment according to FIG. 2 practically allows only a limited number of intermediate assignments (2 or 4) to be used. In the embodiment according to FIG. 3, the number of intermediate assignments can be made as large as desired. This form of execution is therefore suitable for very high voltages.
The metallized strips 23 and 24 can preferably be produced by metallizing in a vacuum, in which case the metal-free strips can be provided with a precipitation-preventing substance in a known manner, in particular steamed, prior to metallizing.
What was said for FIG. 2 also applies to FIG. 3. The two main coatings, for example 26 and 35, are expediently made from a thicker metal foil, while the intermediate coatings <B> 2 </B> 7 to 34 are made of thin, consist of metal layers deposited on the dielectric strips, which can be burned out.
For reasons of manufacture, the main assignments may initially be run as extremely thin layers produced in a vacuum, and then slightly thicker metal foils are placed on them in order to enable the connection through inserted metal flags.
If one imagines the capacitor as shown in FIG. 3 wound up, it follows that, due to the large longitudinal extent of the individual assignments, the current paths in the assignments are relatively large, that is to say the loss factor of the capacitor will be poor. As already mentioned above, the individual assignments will generally reach around the roll several times. One can therefore shorten the current paths in the capacitor by
that you can protrude laterally the individual assignments and summarize the protruding edges of the same metal surface in a suitable manner. This enables the currents to be balanced within the individual assignments via the end face of the capacitor. As far as the assignments are made of thicker foils, the foils are simply wrapped on one side so that they protrude and can be done with the main assignments in particular.
If the coverings consist of metallized thin metal layers, one will proceed as indicated in Fig. 2, that bites the metallized dielectric layers on the edge so that the metallization comes to the outside and the back of the folded edge of a turn directly the previous turn on the same metal surface.
From the coverings shown in FIG. 3, for example, the coverings 26, 28, 30 etc. on one end face and the coverings 27, 29 and 31 on the other end face protrude or the dielectric strip 23 folds on one end face, around the dielectric strip 24 on the other end face of the roll.
Since the distances between the assignments 26 and 28 or, for example, the assignments 27 and 29, are relatively small, care must be taken that after the assignment 26 has ceased, the distance from the assignment 28 is sufficiently large so that there is a There is sufficient insulation, otherwise the protruding or folded edges of the various coverings, which each have twice the partial tension against each other, collide.
Sometimes shortening the power lines can also be undesirable. Because the energy stored in high-voltage capacitors is always relatively large (it is calculated from the formula
EMI0007.0048
therefore increases with the square of the voltage) it is advisable to provide additional safeguards against breakdowns that occur with too much energy. It has become known that the energy that occurs in the event of a breakdown can be limited by
that at least one assignment of the capacitor is subdivided into individual partial capacities and these are connected via narrow .stegs to an edge that is common to all partial capacities and is used for power supply.
If a breakdown now occurs in one of the partial capacities, the entire breakdown current must flow through the narrow web into the affected partial capacitance; In addition, however, if the capacitor is to discharge via the breakdown, the current flowing in from each of the partial capacities to the breakdown point must flow over an identical narrow web.
The effect of these webs is a kind of decoupling, that is, the energy of the unaffected partial capacities cannot - at least not suddenly - appear completely at the breakdown point. The energy released at the breakdown point is therefore reduced.
Finally, in an emergency, the narrow web on the partial capacitance in question still acts as a fuse protection by melting through before the breakdown releases an amount of energy at the breakdown points that is harmful to the capacitor.
A similar effect can also be achieved through the inductance of the winding itself, by forcing the current flowing into the breakdown point to flow through a series of turns of the winding. Then the face of the breakdown current is flattened, the coating burns cleanly with less energy, and the arc extinguishes before the entire energy has taken effect at the breakdown point.
The end connections of the individual turns of the intermediate assignments are therefore not always favorable; the many from the breakdown current to through turns can rather also be used in the manner described to limit the breakdown current.
These types of configuration of the documents with narrow webs between individual parts of an assignment can also be implemented with advantage in the capacitor according to the invention, namely, here, too, each intermediate assignment and each main assignment can be subdivided.
In general, there is no need to go so far as to subdivide all of the capacitors' assignments as indicated; Rather, it will suffice to subdivide only the main assignments or every second intermediate assignment. The simplest subdivision of the intermediate occupancy, which is possible both in the embodiment according to FIG. 2 as well as that according to FIG. 3, is simply that the metal layer,
which represents this assignment, divided into a number of areas that have no conductive connection to one another. A top view of a dielectric that is metallized with such an intermediate layer is shown in FIG. 39 is the insulating base, for example a paper tape, 38 the vapor-deposited metal layer, which is divided by non-metallized strips 40 into individual zones that have no conductive connection with each other.
For the subdivision of the Hauptbe legations, the arrangement according to FIGS. 5 and 6 is more advantageous. FIG. 5 shows a plan view of a metallized dielectric tape, and FIG. 6 shows a cross section through two such tapes in the position in which they are opposite one another in the capacitor. In FIG. 5, 41 is the insulating underlay, and the hatched area represents the metallized covering.
This is divided by narrow, non-metallized strips into individual Teilbelegun conditions 42, 43, 44, 45, etc., which are connected via webs 46 to the common power supply edge 4 7, which, for example, still, as shown in FIG illustrated cross section to be interpreted, can be folded.
The rest of the webs 46 will generally be placed in a field-free space because the arrangement of these webs increases the edge length of this occupancy and the edges are always prone to breakdowns because the field strength is increased by the peak effect. As can be seen from FIG. 6, the occupancy of the other potential therefore only begins below the web zone, in that the dashed line 48 shows approximately the limit up to which the opposing occupancy can go.
FIG. 7 shows, in the same manner of representation as FIG. 5, how, for example, the assignments 17 and 19 of the embodiment according to FIG. 2 can be divided. 51 means the insulating carrier in the plan view according to FIG. 7, 52 corresponds approximately to the assignment 17 in FIG. 2 and 53 to the assignment 19 in FIG. 2. The assignment 52 is subdivided in the manner already shown in FIG .
Web 54, the individual partial assignments are ruled out on the continuous edge 55, which, as can be seen from the cross-section shown in FIG. 8, is folded over around 2009. The occupancy 53 is like that shown in Fig. 4 in a series of non-contiguous partial assignments divides which are separated by metal-free strips 56 from each other.
In addition, however, each of the resulting partial occupancies is now divided into two parts, of which the upper one, as shown in the cross section according to FIG. These parts are each separated by a narrow web 59 from each other, which is placed parallel to the direction of the tape so that it can be made long enough.
It is possible in this way to move the two parts of the partial assignments of the assignments 53 so close to one another that the distance between the two assignments 57 and 58 on the other dielectric was so small. can be made as possible while still maintaining the required length for the web 59. In addition, with this arrangement, the web '59 is completely in the field-free space.
Finally, it is also possible to reinforce the metallized edge, as long as it does not face a different coating, in all the designs as described above. This can be done, for example, by repeatedly metallizing or, preferably, by steaming the dielectric with a special nozzle that creates a stronger precipitate at the edge from the outset.
An edge reinforced in this way has the advantage that connection layers that are applied to the end faces of the capacitor adhere better and result in a better electrical connection. The risk of the metal layer burning out under the sprayed-on power connection layer is also eliminated.
The reinforced metalized edge can be folded down in the same way around 2009 as the unreinforced edges according to the arrangements in accordance with Vig. 5 and 6 or <B> 7 </B> and 8, or else it is not folded over and the connection layer is sprayed onto the end faces of the capacitor. The sprayed-on metal penetrates between the edges of the individual dielectrics and in this way creates the conductive connection between them.