CH196456A - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren mit einem Dielektrikum aus polymerem Material. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung -von elektrischen Wickelkondensatoren mit einem       Dielektrikum    aus polymerem Material.    Die elektrischen sogenannten Wickelkon  densatoren werden dadurch hergestellt, dass  zwei oder mehr möglichst dünne Metallbän  der mit zwischengelegten und ebenfalls mög  lichst dünnen     Isolierstoffbändern    zu einem  Voll- oder     Hohlzylinder    aufgewickelt wer  den. An Stelle eines Metallbandes können als       Kondensatorbeläge    auch mit Metallauflagen  versehene     Isolierstoffbänder    dienen, bei denen  der     Isolierstoffträgerkörper    zugleich auch als       Dielektrikum    benutzt werden kann.

   Die  Wickelkondensatoren können trotz kleinen  Raumbedarfes und sehr handlicher Form  grosse Kapazitätswerte aufweisen und werden  deshalb auf vielen Gebieten der Elektrotech  nik mit Vorteil     verwendet.     



  Da die Anforderungen auf den verschie  denen     Gebieten    sehr verschiedenartig     sind,     wählt man die     Isolierstoffbänder    dement  sprechend aus, um ganz bestimmte Werte der  Fertigprodukte zu erhalten. Besonderes Inter-    esse wurde dem     Isolierstoff    aus polymerem  Material als     Dielektrikum    entgegengebracht,  da dessen     Isolations-    und     Verlustwinkelwerte     sehr klein sind. Leider liessen sich jedoch bis  her nur Stapelkondensatoren herstellen, da  die polymeren Materialien bei Beanspruchung  auf Biegung rissig werden und brechen. Eine  wirtschaftliche Herstellungsweise von grösse  ren Kapazitäten, z.

   B. in Form von Wickel  kondensatoren, war daher nicht möglich.  



  Durch die vorliegende     Erfindung    wird  nun gezeigt, dass sich auch Wickelkonden  satoren mit polymerem Material herstellen  lassen, wenn man biegsame Filme aus gereck  tem polymerem Material zum Aufbau der  Kondensatoren verwendet.     Bekanntlich    lassen  sich polymere     Materialien,    insbesondere Poly  styrol, durch einen mechanischen Vorgang  bei der Herstellung in einen gereckten Zu  stand versetzen, z. B. werden die auf der       Film-Ziehmaschine    hergestellten Filme auf      eine mehrfache Länge bei der     flerstelhing     gezogen.

   Dieses Material ist dann     biegsam     und zeigt die     -Nacliteile    des normalen     Poly-          styrols    nicht. Insofern können also unter Ver  wendung eines derartig hergestellten poly  meren Materials auch     Wichelkondensatoren     gefertigt werden, die über ausgezeichnete  elektrische Werte und grosse Beständigkeit  verfügen.  



  Diese gereckten     Isolierfilme    haben     nirn     weiterhin die Eigenschaft, sich bei     Erwiir-          mung    auf ihre     ursprüngliche    Länge     ztisani-          menzuziehen.    Benutzt man diese Erscheinung  bei einem mit gerecktem     Material    nach der  Erfindung hergestellten     Wickelkondensator,     so werden infolge des durch die     Zusa.mnien-          ziehung        eintretenden    innern     M'ielzeldi,

  ucl@es     alle etwaigen beim     u'ickelvorgang    einge  schlossenen Luftblasen aus dem Wickelkör  per     herausgetrieben.    Bei fortgesetzter     Wärine-          beliandlung        bezw.    bei plötzlich     ansteigender          Wärmeeinwirkung    kann ein     Zusammen-          schweissen    der frei aufeinander liegenden  Randteile der     Dielektrikumbänder    erzielt  werden,

   so dass der     Kondensatorwickel        gegen     den     'Tiedereirltritt    von     Liift    völlig abge  schlossen ist.  



  Man setzt die Kondensatoren     vorteilhaf-          terweise    nur so     zweit    einer     Erwärmung    aus.  dass im Endzustand die Folien noch eine be  stimmte     Spannung    aufweisen, also nicht ganz       "entreckt"    sind.

   Besonders. vorteilhaft ist es  dabei, die     Einvä.rmung    in Stufen     vor7uneli-          men,    wobei gleichzeitig eine     Möglichkeit    be  steht, bei einem     bestimmten        Reekungszustand     einen     Abgleich    der Kapazität     vorzunehmen,     so     da,ss    sehr geringe     Fertigungstoleranzen    ein  behalten werden können.  



  Die Temperaturen für den     @ntrechun     s  vorgang der Isolierbänder liegen in. der  Hauptsache zwischen     äll    und     100'    C. Je nach  der Temperaturhöhe und der Zeit der Er  wärmung lassen sieh bestimmte     Reckungszu-          stä.nde    einstellen. In diesem Zustand     kann     der Kondensator gemessen und durch Ver  kleinern der Belegung     auf    einen Wert ge  bracht werden, der dem gewollten     Endwert     oder     einem    um einen bestimmten, verziielis-    <B>iu,</B> mi  i     zissig    ei     ittellen,    davon verschiedenen Be  trag entspricht.

   Hierauf kann dann eine  zweite Erwärmung des     Kondensators    vorge  nommen werden, die     niin    das     Verschweissen     der Ränder zur Folge haben soll, ohne den       eingestellten    Kapazitätswert merklich oder  nur     uni    den     bestimmten    Betrag     zii    ändern.  



  Erreicht wird dies beispielsweise     durch     eine     kurme        itige    höhere Wärmebehandlung.  die     z@veckmiissigenveise    über     l@@l!     C liegt.

    Hierbei schweissen die     überstehenden        Ränder     der     Isolierfolie    zusammen, ohne dass eine       nennenswerte        l@"lu_.rtragung    der Wärme in das  Innere des     Kondensators    erfolgt.     Unterstützt     wird dies durch die geringe     Värineleitfiiliig-          keit    dieser     synthetischen    Materialien.  



       Aus        dein        Vorstehenden        ergibt    sich, dass es  bei     Anwendung    der     Erwärmung    zweckmässig  ist. den     Anfangskapazitätswert    der Konden  satoren so     zii        1,enicssen,    dass er     ain    Ende einer  ersten     Wärinebeliandlung    grösser ist als der  gewünschte     Endwert.    da. der     Abgleich        nur    in  Form einer     Verkleinerung    erfolgen kann.

   Die  Kapazität     iniss    zwischen den beiden     @Väi-ine-          s1lifen        riatiirlich    eine solche Grösse aufweisen,  dass die nachfolgende     Ändermig    durch die  zweite     Wiii-iiiebehandlung    sie auf den ge  wünschten Endwert führt, wobei selbstver  ständlich     ilie    Art der     zweiten    Behandlung  von     ausschlaggel-)ender    Bedeutung für die       Grösse    des Zwischenwertes ist.

   Erfolgt sie       nämlich    so     schnell    und bei einer     solchen    Tem  peratur,     dal)        mir    die Ränder aussen     zusam-          menschweissen,    ohne dass die gereckten Bän  der im     Inirern    des     Kondensators    sich      -eiter          zusammen-iehen.    so wird der     Kapazitätswert     der gleiche bleiben.

   Tritt infolge längerer zeit  licher     Wärmeeinwirkung    eine geringe. Ände  rung auf. so ist der Anfangswert um diesen  Betrag     grösser    zu wählen, und es werden,       gleichm;itiige    Fabrikation     vorausgesetzt.    alle  Endwerte gleiche Grösse besitzen.  



       ITm    die Kondensatoren vollständig abzu  kapseln, empfiehlt es sich, am Anfang und  Ende eines     Wickels    mindestens eine Leerwin  dung der     Isolierfolie    ohne Zwischenlage von       Belagmetall    vorzusehen, so     dass    allseitig ein       Zusanimensehweissen    des Materials eintreten      kann und damit eine vollständig luftsichere       Kapselung    des Kondensators erzielt wird. Die  Anschlüsse der Belege können diesem Zweck  entsprechend in verschiedener Weise, z. B.  als in Zickzack liegende Drähte oder Fahnen,  ausgeführt sein.  



  Neben dem Verfahren bildet auch ein  nach diesem hergestellter Kondensator den  Gegenstand der Erfindung.  



  Anhand der Zeichnung sei die Erfindung  an zwei Beispielen noch näher erläutert.  



       Fig.    1 zeigt im Längsschnitt einen  Wickelkondensator gemäss der Erfindung.  Zwei aus gerecktem polymerem Material,  z. B. Polystyrol, bestehende Bänder mit den  Abmessungen 50     y    0,1 mm und zwei Alu  miniumfolienbänder mit den Abmessungen  30 X 0,06 mm sind auf einem als Wickel  kern dienenden Metallzylinder 1, der ein  Stift oder ein Rohr sein kann, zu einem  Wickel 2 aufgewickelt worden, ohne dass ein  Brechen oder Einreissen der biegsamen Filme  eintreten konnte. Der Wickel ist dann unge  fähr vier Stunden in einer Wärmekammer  auf etwa 120' C erwärmt worden.

   Hierbei  trat eine Rückwandlung des Polystyrols ein,  wobei die     Polystyrolbänder    sich fest zusam  menzogen, hierbei die Lufteinschlüsse her  auspressten, und schliesslich schweissten seine  das dünne Aluminiumband überragenden  Ränder fest zusammen.  



  Bei der Auswahl der Abmessungen der  Isolierbänder muss berücksichtigt werden, dass  die Bänder sich bei der Wärmebehandlung  nicht nur in der Längsrichtung, sondern auch  in der     Breitenrichtung    zusammenziehen, und  zwar,     wie        Fig.    1 auch erkennen lässt, in den  äussern Wickellagen stärker als in den     innern     Wickellagen, in denen die Reibung der Rand  lagen grösser ist. Die Isolierbänder müssen  infolgedessen in ihrer Breite     einen        bestimm-          ten        Mindestüberschuss    über die Breite der Me  tallfolie aufweisen.

   Es     können    auch Bänder  verwendet werden, die nach den äussern La  gen zu an Breite zunehmen. Im Interesse der  Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit lassen  sich zwischen zwei Metallbelegungen an  Stelle eines einzigen auch mehrere Isolierbän-    der anordnen. An den mit einem Belag lei  tend verbundenen Metallzylinder 7 ist als       eine    Zuleitung ein isolierter Draht 3 ange  lötet. Die andere Zuleitung besteht ebenfalls  aus einem isolierten Draht 4, dessen blankes  Ende breit gedrückt als     Anschlussfahne    im  Wickel fest     eingepresst    ist. Der Kondensator  körper ist in     ein    Rohr 5 aus Isolierstoff ein  gesetzt, das ein- oder beidseitig verschlossen  sein und z. B. aus Glas oder Polystyrol be  stehen kann.

   Ein Musterkondensator dieser  Ausführung     wies    bei etwa 13 mm Aussen  durchmesser des Wickels eine Kapazität von       4000,uF    und einen Isolationswiderstand von  mehr als 107     14legohm    auf, d. h. mehr als  40000     Megohm    für     1,uF.     



  Der Kondensator lässt sich auch in der  Form ausführen, dass beide Beleganschlüsse  aus an den blanken Enden flachgedrückten,  isolierten Drähten bestehen, wobei auf den  Wickelkern eine oder mehrere Windungen  von Isolierfolie als Isolierung gegen den Kern  aufgebracht werden. Der Kern selbst kann,  zumal wenn er mit einer konzentrischen Boh  rung versehen ist, beim Aufbau eines Appa  rates als Tragorgan dienen. Auch kann er aus  Isoliermaterial, z. B. keramischen Stoffen  oder Glas, bestehen.  



       Fig.    2 zeigt eine weitere Ausführungs  form eines Wickelkondensators gemäss der  Erfindung, die sich von der Ausführungs  form nach     Fig.    1 dadurch unterscheidet, dass  der Wickelkern nicht aus einem Metallzylin  der, sondern aus einem beispielsweise 5     mm     starken Stift aus gerecktem polymerem Mate  rial besteht. Dieser Stift 6 ist mit zwei sich  diametral gegenüberliegenden     Nuten    ver  sehen, in die die     Anschlussdrähte    7 und 8  eingelegt sind, auf die an ihren blanken En  den die Enden der Metallbeläge des     Konden-          sators    in mehreren Windungen aufgewickelt  sind.

   Die Anwendung der Nuten ist an sich  auch bei Wickelkernen aus andern Isolier  stoffen vorteilhaft, jedoch ergibt die Verwen  dung eines Wickelkernes aus gerecktem poly  merem Material noch einen besonderen Vor  teil. Bei der     Durchwärmung    des     Konden-          satorkörpers    verkürzt sich nämlich auch der      Kernstift.

   und vergrössert dabei seinen     Durch-          messer.    Hierdurch wird auf den     @\'ichel        auch     von innen her ein erheblicher Druck aus  geübt, der einerseits die     Zuführungen    fest  mit den Belegungen in den Nuten     ve        rpressi     und anderseits die Beseitigung der Soll  räume mit Lufteinschlüssen begünstigt.  



  Weiterhin ist bei dem Kondensator     nach          Fig.    2 die Erwärmung nicht his zur vollstän  digen     Entreckung    der Folien     durchgeführt     worden, so dass der     Kondensatorkörper        immer     unter     mechanischer    Spannung steht. Hier  durch können ohne besondere     Schäden    kurz  zeitige thermische     Cberlastungen    vertragen  werden, durch die die Folien nur das Bestre  ben haben, sich noch weiter zusammenzu  ziehen.

   Infolgedessen  erden besonders die  lose eingelegten     Anschlussfahnen    fest einge  schlossen bleiben und guten     Kontakt    gewähr  leisten.  



  Das Entfernen der     Lufteinschlüsse    lässt  sich dadurch noch erheblich     begiinstigen,        da.ss     die     Wärmebehandlung    unter     Vakuum    vor  genommen wird. Dabei kann das     Vakuum     entweder nur     wehrend    der     Rückwandlung    des  polymeren Materials oder nur während des  Zusammenschweissens der überstehenden     Plan-          der    oder während beider Vorgänge     vorgenoui-          men    werden.

   Die     Behandlungstemperatur          kann    zum Zweck eines beschleunigten Zu  sammenschweissens der Ränder     "'egel)enen-          falls    erhöht werden. U m ein sicheres Zusam  menschweissen der Ränder zu     gew:ihi'leisten.     empfiehlt es sich, die     aufzuwicl.:elnden    Iso  lierbänder sehr sauber zu halten und gegebe  nenfalls einer     Vorreinigung    zu     unterziehen.     



  Für die erfindungsgemässe Herstellung  dieser Kondensatoren können alle     polymeren     Stoffe verwendet werden, die reckbar     sind,     beispielsweise     Vinylverbindungen,    wie Poly  styrol,     Polyviny        lclilorid    oder     Polyacrylsäure-          ester        beziv.        Mischpolymerisate    aus denselben.

Claims (1)

1. PATEN T AN SPRitrCHE I. Verfahren zur Herstellung von elektri schen Wickelkondensatoren mit einem Dielektrihum aus polymerem Material. dadurch gekennzeichnet, dass Filme aus EMI0004.0054 gc <SEP> i'eclctei)i <SEP> polymerem <SEP> Material <SEP> zum <SEP> Auf bau <SEP> der <SEP> .Kondensatoren <SEP> verwendet <SEP> wer den. <tb> 1I. <SEP> Elektrischer <SEP> Fiondensatoi', <SEP> hergestellt <tb> nach <SEP> dein <SEP> Verfahren <SEP> gemäss <SEP> Patentan sprueli <SEP> I. <tb> UN <SEP> TERAN <SEP> SPRüCHE <tb> 1. <SEP> @'erfaliren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I, <SEP> da dui'eli <SEP> g(#lienii7eiehnet.

   <SEP> dass <SEP> Bänder <SEP> aus <tb> gerecktem <SEP> polymerem <SEP> Material <SEP> mitsamt <tb> den <SEP> Kondensatorbelügen <SEP> zunächst <SEP> zu <tb> einem <SEP> Michel <SEP> aufgewickelt <SEP> und <SEP> ciiiiin <tb> einer <SEP> solchen <SEP> Würniebehandlimg <SEP> unter zogen <SEP> werden, <SEP> dass <SEP> das <SEP> polymere <SEP> Material <tb> sich <SEP> aus <SEP> seinem <SEP> gereckten <SEP> in <SEP> einen <SEP> teil weise <SEP> ge <SEP> re <SEP> ckteii <SEP> oder <SEP> den <SEP> ungerechten <SEP> Zu stand <SEP> zurückverwandelt. <tb> ?. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentansprticli <SEP> 1 <SEP> und <tb> Unteranspruch <SEP> 1, <SEP> dadurch <SEP> gekennzeich net. <SEP> dass <SEP> die <SEP> @ärmel)eliaudlung <SEP> der <SEP> Kon densatoren <SEP> in <SEP> Stufen <SEP> erfolgt. <tb> 3.

   <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I <SEP> und <tb> U <SEP> nteranspriichen <SEP> 1 <SEP> und <SEP> ?. <SEP> dadurch <SEP> ge kennzeichnet, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Behandlungsstufen <tb> durch <SEP> Anwendung <SEP> verschiedener <SEP> Tempe raturen <SEP> gebildet <SEP> werden. <tb> 1. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I <SEP> und <tb> U <SEP> nteransprueh <SEP> 1, <SEP> dadurch <SEP> gekennzeich net, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Behandliuig <SEP> an <SEP> einem <SEP> Punkt <tb> unterbrochen <SEP> wird, <SEP> an <SEP> dein <SEP> das <SEP> Material <tb> noch <SEP> gereckt <SEP> ist, <SEP> worauf <SEP> ein <SEP> Ka.pazitäts abgleich <SEP> vorgenommen <SEP> wird. <tb> 5. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> 1 <SEP> und <tb> Unteranspriichen <SEP> 1, <SEP> ? <SEP> und <SEP> I.

   <SEP> dadurch <tb> gelkennzeiclniet, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Vorhehandlung <tb> bei <SEP> einer <SEP> Temperatur <SEP> zwischen <SEP> 8(l <SEP> bis <tb> 1.00 <SEP> <SEP> C <SEP> erfolgt. <tb> 6. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I <SEP> und <tb> l@litel':i@i@p1'llehell <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> J. <SEP> dadurch <SEP> ge kennzeichnet, <SEP> dass <SEP> der <SEP> Abgleich <SEP> des <SEP> Ka pazitätswertes <SEP> durch <SEP> Verkleinern <SEP> der <tb> <B>Belegi)ngen <SEP> vorgenoininen <SEP> wird.</B> <tb> i. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> 1 <SEP> und <tb> Unteransprüchen <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> I;

   . <SEP> dadurch <SEP> ge kennzeichnet, <SEP> dass <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Abgleich <tb> eine <SEP> -%-"eitere <SEP> Wärmebehandlung <SEP> auf <SEP> über <tb> <B><I>100'</I></B> <SEP> C <SEP> vorgenommen <SEP> wird. <SEP> bei <SEP> der <SEP> die freien Randteile des Dielektrikums zu sammengeschweisst werden. B. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass diese zweite Wärme behandlung von so kurzer Zeitdauer ist, dass sich das Innere des Kondensator wickels nicht erwärmt und der abgegli chene Wert nicht oder nur unwesentlich verändert wird.

   a. Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Filme aus gerecktem Polystyrol bestehen. 1 t). Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Filme aus gerecktem Polyvinylchlorid bestehen. 11. Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Filme aus gerecktem Poly-Acrylsäureester bestehen. 12.

   Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Filme aus gereckten Mischpolymerisaten bestehen. 13. Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass am Anfang und Ende des Wickels mindestens eine Leerwindung des Dielektrikums ohne Zwischenlage von Belagmetall vorgese hen ist. 14.

   Kondensator nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Wickel kern ein Stift aus gerecktem polymerem Material ist, der mit sich diametral ge genüberstehenden Nuten zur Aufnahme der Anschlussleitungen für die Konden- satorbeläge versehen ist.