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aus der Roederstein Broschüre von 1966 - ein Artikel von Johann Hacker

Nach den bekannten Kunststoffen Polystyrol (Styroflex) und Polyterephtalsäureester (Mylar, Hostaphan) beginnt ein weiterer Kunststoff, sich einen festen Platz unter den Kondensatorwerkstoffen zu erobern: Polycarbonat (Makrofol).

Polycarbonat ist ebenfalls ein Polyester in dem u. a. die Kohlensäure an Stelle der Terephtalsäure getreten ist.
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Polystyrol
Polyterephtalsäureester
Polycarbonat
die Bilder folgen

Die Eigenschaffen der Folie hängen von der Herstellungsart und der Molekular-Struktur ab. Die günstigsten Eigenschaften weisen kristalline und gereckte Folien auf. Zunehmende Kristallinität bewirkt u. a. höhere Reißfestigkeit, höhere Wärmebeständigkeit und bessere Beständigkeit gegen Lösungsmittel.

Um die Vorteile der Polycarbonatfolie als Kondensatordielektrikum erkennen und würdigen zu können, muß man sie mit den beiden, für die Herstellung von Kondensatoren bedeutensten Kunststoff-Folien, der Polystyrol- und der Polyterephtalsäureester-Folie (kurz Polyester) vergleichen.

Dabei ist festzustellen, daß sie bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften zwischen beiden liegt und in gewisser Weise gute Eigenschaften beider vereinigt. Der wesentlichste Vorteil gegenüber Polystyrol ist wohl die höhere Wärmebeständigkeit und die höhere Dielektrizitätskonstante, gegenüber Polyester der niedrigere Verlustfaktor und der niedrigere Temperaturkoeffizient.

Polycarbonatfolie läßt sich zur Zeit in Stärken bis zu 2,5um herstellen und ebensogut wie Polyesterfolie mit Metallbelägen bedampfen. Man kann also sehr kleine und dabei elektrisch hervorragende Kondensatoren herstellen.

Bild 1 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Kapazität, Bild 2 die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors der drei Materalien. Bei Polystyrol verläuft die Kurve entsprechend dem TK von etwa -125 x lO-6/°C praktisch linear und bricht bei 85°C ab, weil höhere Temperaturen die Kondensatoren zu stark beanspruchen.

Bei Polycarbonat ist die Änderung zunächst positiv, wird bei etwa 50°C Null, um bei höheren Temperaturen leicht negativ zu werden. Polycarbonat wird also mit Vorteil überall dort eingesetzt, wo nur kleine Kapazitätsänderungen auch bei vergleichsweise sehr hohen Temperaturen bis 125°C und darüber zulässig sind.

Der Verlauf des Verlustfaktors in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt ebenfalls die Überlegenheit der Polycarbonatfolie. Während die generell höher liegende Kurve der Terephtalatfolie bei +75°C stark anzusteigen beginnt, nähert sich die Kurve der Polycarbonatfolie derjenigen der Polystyrolfolie.

Auch der Kurvenverlauf des Isolationswiderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt das besonders bei steigenden Temperaturen günstigere
Verhalten des Polycarbonats. (Bild 3)

Ein ähnlich günstiges Bild ergibt sich, wenn man die Frequenzabhängigkeit betrachtet. Man sieht in Bild 4 die gegenüber Polystyrol höhere Dielektrizitätskonstante und die gegenüber Polyester geringere Abhängigkeit der DK bei höheren Frequenzen.

Der Verlustfaktor liegt zwar höher als bei Polystyrol aber besonders im mittleren Bereich deutlich unter Hostaphan. (Bild 5)

Bei bestimmten Anwendungen, z. B. in Zeitkreisen, Rechteckgeneratoren, Multivibratoren oder in Schaltungen, bei denen es auf ein definiertes elektrisches Potential ankommt, ist auch die dielektrische Absorption von Bedeutung. Da diese in gewissem Ausmaß mit dem Verlustfaktor zusammenhängt, liegt auch hier die Polycarbonatfolie zwischen Styroflex- und Polyesterfolie. In der Tabelle 1 ist die dielektrische Nachladung (Absorption) in Prozent nach 5 Minuten angegeben.

Zum Vergleich wurden auch die Werte für Papier-Kondensatoren mit einbezogen.

Polycarbonat-Kondensatoren können mit sehr engen Kapazitätstoleranzen, bis ±1%, hergestellt werden. Es ist deshalb wichtig, daß auch die Langzeitstabilität zumindest in derselben Größenordnung liegt.

Dauerversuche haben ergeben, daß durch Voralterung eine Kapazitätskonstanz von fg ±0,5% erreicht wird.

Zu beachten ist jedoch, daß alle Kunststoff-Folien eine, wenn auch äußerst geringe, Wasseraufnahme haben. Sie beträgt z. B. bei Polycarbonat- und Polyesterfolie unter gleichen Bedingungen max. 0,3 bis 0,4%. Die Folien verändern zwar bei wechselnder relativer Luftfeuchte ihre Eigenschaften praktisch nicht (im Gegensatz zu Papier, das stark hygroskopisch ist), die höhere Dielektrizitätskonstante des Wassers (ca. 80) bewirkt jedoch eine reversible Kapazitätsänderung.

Bei extremer, langdauernder Feuchteeinwirkung und gleichzeitig geforderter hoher Kapazitätskonstanz sind also hermetisch dichte Ausführungen zu wählen.

Das ERO-Programm enthält verschiedene Ausführungen von Polyester- und Polycarbonat-Kondensatoren.

In der Tabelle 2 sind die wichtigsten Merkmale der einzelnen Typen zusammengefaßt. Die größeren Unterschiede ergeben sich aus dem verwendeten Dielektrikum und der Art der Beläge, die feineren durch die Kontaktierung und die Art der Umhüllung.

Kontaktierung „K" bedeutet u. a. Kontaktierung der Beläge durch eingelegte Drähte oder Metallfolien (Fahnen), die mit den Belagfolien kontaktsicher verschweißt sind.

Kontaktierung „d" bedeutet Stirnflächenkontaktierung der überstehenden Kondensatorbeläge durch die Lötung oder Shoopierung (Metallspritzverfahren).

„d" = dämpfungsarm - nennt man diese Ausführung, weil der wirksame Widerstand der Beläge vermindert ist. Es ergibt sich also ein kleinerer Verlustfaktor, was sich besonders bei hohen Frequenzen günstig bemerkbar macht. Folgende Bilder zeigen das charakteristische Verhalten der einzelnen Typen.

Bild 6
Die Abhängigkeit der Kapazität und des Verlustfaktors von der Frequenz bei

Polyesterkondensatoren mit Aluminiumfolien als Belägen (Erofol I), Polyesterkondensatoren mit aufgedampften Belägen (Eromet 85) und Makrofolkondensatoren mit Aluminiumfolien als Belägen (Eromak 1)

Die gemessenen Kondensatoren hatten eine Kapazität von 0,15uF und eine Nennspannung von 100 bzw. 160V-. Der etwas stärkere Anstieg des Verlustfaktors im Bereich 10 bis 100 kHz bei den Typen mit Metallfolien ist auf den Einfluß des ohmschen Widerstands der Beläge zurückzuführen.

Bild 7
Die Abhängigkeit der Kapazität und des Verlustfaktors von der Temperatur bei den selben Typen und Werten. Zusätzlich sind die Kurven für einen metallisierten Makrofolkondensator eingetragen, an denen besonders interessant der negative TK im Bereich von +20 bis +125°C ist.

Bild 8 zeigt die Abhängigkeit des Isolationswiderstandes bzw. der Zeitkonstanten R • C in sec.

Bild 9 macht am Beispiel des Typs Eromak 1 erkennbar, wie die Kapazität und die Konstruktion in das Verhalten eingehen können (0,01 und 0,1 ^F sind „k", 0,15 und 1 jiF „d" kontaktiert) und in Bild 10 das unterschiedliche Frequenzverhalten, ebenfalls bei verschiedenen Kapazitäten, diesmal am Beispiel des Typs Erofol II.

Es ist bekannt, und das zeigen auch die Kurven, daß die Eigenschaften fertiger Kondensatoren oft deutlich von den Eigenschaften des Dielektrikums abweichen. Die Konstruktion, die Art der Kontaktierung („k" oder „d") und die speziellen Fertigungsverfahren sowie die Art der Umhüllung sind u. a. für die elektrischen Eigenschaften von Bedeutung.

An den beiden letzten Bildern ist zu erkennen, wie wichtig die Festlegung der Meßfrequenz und der Meßtemperatur bei engtolerierten Kondensatoren ist, um die reibungslose Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Abnehmer zu gewährleisten. Aber auch der Geräteentwickler muß den Frequenz- und Temperaturgang kennen und berücksichtigen.