DE2752767A1

DE2752767A1 - Verfahren zur herstellung von elektrischen schichtkondensatoren

Info

Publication number: DE2752767A1
Application number: DE19772752767
Authority: DE
Inventors: Anton Borst; Edmund Heidenreich; Paul Dr Petrick; Johann Reiser
Original assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Current assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DE2752767C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer
Schichtkondensatoren, bei dem zunächst auf einer Trommel mit großem Durchmesser mehrere übereinander liegende, durch Trennfolien gegeneinander abgegrenzte Mutterkondensatoren durch Aufwickeln von wenigstens zwei metallisierten Dielektrikumsfolien gebildet werden, dann der gesamte Schichtstapel zumindest durch Tempern stabilisiert und schließlich durch senkrecht zu seiner Oberfläche gelegte Schnitte in Einzelkondensatoren aufgeteilt wird.
Aus der DT-AS 24 51 863 ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Schichtkondensatoren, bei dem nur eine einzige langgestreckte bandförmige Kunststoffolie verwendet wird, bekannt, die beidseitig derart mit Metallschichten versehen ist, daß in ihrer Längsrichtung auf ihrer einen Oberfläche an der einen Seite und auf der anderen Oberfläche an der anderen Seite jeweils ein isolierender Randstreifen frei bleibt, wobei diese Folie mäanderförmig zu einem Schichtstapel gefaltet wird und jeweils alle an der einen Stirnseite und alle an der anderen Stirnseite bis an den Rand der dielektrischen Schicht reichenden Metallschichten durch durch Schoopen aufgebrachte Metallschichten miteinander verbunden werden. Dabei wird die Folie unter Verwendung einer Kunststoffolie mit durchgehenden Metallschichten auf beiden Seiten der Folie auf ein pendelnde Drehbewegungen ausführendes Rad aufgebracht, wobei durch die pendelnde Bewegung des Rades ein Schichtstapel gebildet wird, der einen Mutterkondensator darstellt. Dieser Schichtstapel wird auf dem Rad getempert und vor oder nach dem Aufbringen der Schoopschichten durch senkrecht zur Längsrichtung des Bandes und zu seiner Oberfläche durchgeführte Schnitte in Einzelkondensatoren aufgeteilt.
Nach diesem Verfahren können zwar problemfrei Schichtkondensatoren mit einem definierten Kapazitätswert hergestellt werden, aber hinsichtlich der von Herstellverfahren für derartige Schichtkondensatoren geforderten hohen Wirtschaftlichkeit wäre eine weitere Verbesserung wünschenswert.
Aus der DT-AS 1 764 541 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stapel- bzw. Schichtkondensators bekannt, bei dem auf den kapazitiv wirksamen Teil eines jeden Mutterkondensators nach dem Abtrennen der Kondensatorfolie eine Schicht von Deckfolien aufgewickelt wird, welche aus mehreren Windungen einer nichtmetallisierten Kunststoffolie gebildet wird. Auf diese Zwischenlagen werden dann Trennlagen, vorzugsweise in Form eines Metallbandes, aufgewickelt. Erst darauf wird eine zweite Zwischenlage aus nichtmetallisiertem Kunststoff und dann der nächste Mutterkondensator gewickelt. Jede dieser Lagen muß abgetrennt bzw. neu eingespult werden. Hierfür ist ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich, der das Verfahren unwirtschaftlich macht.
Aus der DT-OS 25 41 111 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stapel- oder Schichtkondensatoren bekannt, bei dem auf eine Trommel mit großem Durchmesser mehrere durch kapazitiv nicht wirksame Zwischenlagen voneinander getrennte Mutterkondensatoren aus einer oder mehreren Kondensatorfolien mit gegenpoligen Belägen und Freirandzonen im Bereich der entsprechenden Folienkanten aufgewickelt werden, wobei in der Mitte der Zwischenlagen eine Wicklung eines beidseitig über die Stirnflächen des Kondensators vorstehenden Trennbandes eingespult wird und bei dem der so entstandene Ausgangskondensator mittels Schoopverfahren über seine gesamten Stirnflächen stirnkontaktiert, zur mechanischen Verfestigung getempert und dann zumindest in einer Ebene, die eine Rotationsachse enthält, zertrennt wird und bei dem die so entstandenen Mutterkondensatoren oder Teilstücke von Mutterkondensatoren entlang dem Trennband getrennt und durch weitere Schnitte senkrecht zur Folienlaufrichtung in Einzelkondensatoren aufgeteilt werden. Zur Bildung der kapazitiv nicht wirksamen Zwischenlagen werden dabei die Kondensatorfolien derart mit metallfreien Längsstreifen in den Belägen versehen, daß gegenpolige Beläge keine kapazitiv wirksamen Uberdeckungsbereiche mehr aufweisen. Bevorzugt wird dabei das Wickeln der Trennlagen und der aus den Kondensatorfolien gebildeten Zwischenlagen aller übereinander angeordneten Mutterkondensatoren jeweils über derselben Stelle der Trommel begonnen bzw. beendet.
Alle bekannten Herstellverfahren sind jedoch deshalb besonders aufwendig, weil der Aufbau der Mutterkondensatoren einen mit einem Anhalten der laufenden Wickeleinrichtung verbundenen ständigen Wechsel der zu verwickelnden Bänder erfordert, wodurch die Leistung der Wickeleinrichtung auf einen relativ geringen Anteil der eigentlichen Wickelkapazität reduziert wird. Außerdem müssen aufgrund des erforderlichen manuellen Eingreifens der Bedienungsperson zum Trennen und Anlegen der jeweils benötigten Bänder häufig Qualitätseinbußen in Kauf genommen werden, die durch ungenaues Wiederanlegen der Bänder entstehen können. Die Verwendung von Zwischenlagen mit speziell gewählten Metallisierungsbereichen führt ebenfalls zu einer Erhöhung des Aufwands und zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit der Wickeleinrichtungen. Überdies können bei nicht ganz exakter Wickeltechnik Probleme hinsichtlich der Erzielung definierter Kapazitätswerte entstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Schicht- oder Stapelkondensatoren der eingangs definierten Art zu auszugestalten, daß die Leistungsfähigkeit vorhandener Wickeleinrichtungen voll ausgenutzt werden kann und dabei trotzdem Einzelkondensatoren mit definierten Kapazitätswerten praktisch problemfrei gefertigt werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der gesamte Schichtstapel in einem ununterbrochenen Wickelvorgang unter Einschießen der die einzelnen Mutterkondensatoren gegeneinander abgrenzenden Trennfolien durchgehend spiralig aufgebaut wird.
Durch die Erkenntnis, daß beim Aufbau von übereinander liegenden Mutterkondensatoren auf das Anhalten der Wickeleinrichtungen und die Verwendung speziell metallisierter Zwischenlagen verzichtet werden kann und trotzdem funktionstüchtige, definierte Kapazitätswerte besitzende Einzelkondensatoren nach Zerteilen der Mutterwickel erhalten werden können, erbringt entscheidende fertigungstechnische und vor allem wirtschaftliche Vorteile, da die Zahl der pro Zeiteinheit gefertigten Einzelkondensatoren ohne jegliche qualitative Einbußen wesentlich gesteigert werden kann.
Vorzugsweise wird bei jedem Einschießen einer Trennfolie wenigstens ein überlappter Trennfolienring gebildet, wobei erläuternd darauf hinzuweisen ist, daß ein exaktes Einhalten der jeweiligen Einschießstellen der Trennfolien unkritisch und im Falle der Verwendung doppelseitig metallisierter Dielektrikumsfolien völlig unproblematisch ist.
Zweckmäßigerweise werden als Trennfolien Kunststoffolien, insbesondere nicht gereckte Folien verwendet, wobei der Wickelzug während des ununterbrochenen Wickelvorgangs derart gewählt wird, daß eine Eigenverfestigung des gesamten Schichtstapels erfolgt. Die durch den ununterbrochenen Wickelvorgang ermöglichte genaue Vorgabe und Einhaltung des Wickelzugs ermöglicht die Erzielung hoher radialer Drücke, die eine nachfolgende mechanische Verfestigung überflüssig machen und zu einer jeglicher Aufblättertendenz entgegenwirkenden Verfestigung des Wickels führen, wobei der beim Wickeln dynamisch erreichte Zustand bevorzugt durch Tempern und anschließendes Auskühlen stabilisiert wird.
Bevorzugt wird die Breite der Trennfolien größer gewählt als die Breite der Dielektrikumsfolien. Da beim Schoopieren das aufgebrachte Metall an den Trennfolien praktisch nicht haftet, wird nach dem Zerteilen der Mutterkondensatoren ein problemfreies gegenseitiges Lösen der einzelnen Schichtkondensatoren gewährleistet.
Die nach dem Schneidvorgang erhaltenen, von den leicht entfernbaren Trennfolienteilen befreiten und gegebenenfalls bereits kontaktierten Einzel-Schichtkondensatoren werden mit einer Schutzumhüllung versehen. Diese Schutzumhüllung kann beispielsweise durch Tauchen, Wirbelsintern oder elektrostatische Beflockung erfolgen, wobei sich in letzterem Falle vorteilhaft auswirkt, daß die Einzel-Schichtkondensatoren mit keinerlei das Anlegen von Spannung behindernden Isolierfolien versehen sind.
Die Einzel-Schichtkondensatoren können jedoch auch in Becher eingebaut und in diesen Bechern vergossen werden.
Eine sich durch besonders hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnende Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß der Mutterkondensatorwickel in einem Hauptwickelvorgang aus wenigstens zwei paketierten Vorwickelbändern gewickelt wird, die aus einer Vielzahl von in wenigstens einer Vorwickelstufe übereinander spiralig auf eine Vorratsrolle gewickelten Einzelfolienbändern bestehen.
Die die paketierten Vorwickelbänder tragenden Vorratsrollen bestehen dabei vorzugsweise ebenso wie der im Hauptwickelvorgang für den Mutterkondensatorwickel verwendete Träger aus einem großen, scheibenförmigen Rad. Das spiralige Aufwickeln der Einzelfolienbänder in der Vorwickelstufe erfolgt unter Verwendung der bei Wickelmaschinen bzw. Wickelautomaten bekannten Zugregelung und Kantensteuerung, so daß in dieser Vorwickelstufe exakt gewickelte Vorratsrollen aus paketierten Einzelbändern erhalten werden. Insbesondere vorteilhaft ist es,in der Vorwickelstufe mehrstufig zu arbeiten, da auf diese Weise auch mit sehr dünnen Folien eine besonders wirtschaftliche und im Hinblick auf die erreichbare Stabilisierung der Einzelwickel technisch vorteilhafte Verfahrensfolge erhalten wird.
Beim Hauptwickelvorgang werden mehrere Vorratsrollen um das im Zentrum angeordnete, zur Bildung der Mutterkondensatorwickel dienende Rad angeordnet, wobei der Wickelsinn des Ablaufes von den Vorratsrollen bei der Aufwickelung beibehalten wird, d.h. daß während der Wickelvorgänge die Innenseite der paketierten Bänder stets Innenseite bleibt.
Bevorzugt sind die zur Bildung der Vorratsrollen verwendeten scheibenförmigen Räder in gleicher Weise ausgebildet wie das zur Aufnahme der Mutterkondensatorwickel dienende Rad.
Um möglichst jegliche Verspannung der einzelnen Folienbänder im Folienbandpaket zu vermeiden, werden die Vorratsrollen möglichst nahe beieinander angeordnet, und die benötigten Führungsrollen so positioniert, daß nur kleine Umlenkwinkel auftreten.
Die Anzahl der in der Vorwickelstufe durchgeführten Wickelvorgänge ist prinzipiell nicht beschränkt und kann entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten und Forderungen gewählt werden. Von Bedeutung ist jedoch, daß in der Vorwickelstufe bereits Folienbänderpakete erhalten werden können, deren Stärke im Millimeterbereich liegt und die aus einigen hundert Einzelfolien bestehen. Die Aufwickelstärke wird dabei so gewählt, daß die Durchmesserdifferenzen des Abwickelvorganges mit dem des Aufwickelvorganges der jeweils nächsten Wickelstufe zu keinen unzulässigen Spannungen in den Folienpaketbändern führen.
Wenn die Einzelfolienbänder zu einer gewünschten Paketstärke spiralig vorgewickelt sind, kann der Hauptwickelvorgang durchgeführt werden, wobei dann zur gegenseitigen Abgrenzung der einzelnen übereinander liegenden Mutterkondensatoren nun Trennfolien ohne jegliches Anhalten der Wickelvorrichtungen eingeschossen werden.
Die weitere Behandlung und Aufteilung der Mutterkondensatorwickel erfolgt dann wiederum in der bereits beschriebenen Weise.
Zur Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Einschießens einer Trennfolie während des Wickelvorgangs, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mutterkondensatorwickels mit eingeschossener Trennfolie, Fig. 3 eine schematische Detaildarstellung zur Erläuterung der Relativlage der metallisierten Dielektrikumsfolien und der Trennfolie, und Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung von durch eine Trennfolie gegeneinander abgegrenzten Einzelkondensatoren.
Nach Fig. 1 werden auf eine Trommel oder ein Rad 1 mit großem Durchmesser zwei metallisierte Dielektrikumsfolien 3,4 spiralig zu einem Mutterkondensatorwickel 2 aufgewickelt.
Wie im einzelnen der Fig. 3 zu entnehmen ist, besitzen die metallisierten Dielektrikumsfolien 3,4 wechselseitige Isolierränder 6,7, so daß sich die metallischen Beschichtungen abwechselnd zu einer Stirnseite des gebildeten Wickels erstrecken und damit eine stirnseitige Kontaktierung der elektrisch wirksamen Beläge in einem späteren Verfahrensschritt möglich ist.
Wird im Verlauf des Wickelvorgangs eine einer vorgebbaren Kapazität entsprechende Schichtstärke erreicht, so wird ohne Anhalten des Wickelvorgangs eine aus einer Kunststoff- oder Metallfolie bestehende Trennfolie 5 eingeschossen, deren Länge derart gewählt ist, daß ein sich vorzugsweise zumindest etwas überlappender Trennfolienring ergibt, der den radial innen liegenden Mutterkondensatorwickel von dem sich beim fortgesetzten Wickelvorgang aufbauenden radial äußeren Mutterkondensatorwickel trennt. Der Wickelvorgang kann dabei bis zur Ausbildung mehrerer radial übereinander liegender, jeweils durch Trennfolienringe gegeneinander abgegrenzter Mutterkondensatorwickel fortgesetzt werden.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise die Lage einer Trennfolie 5 innerhalb eines Wickels, wobei der Überlappungsbereich mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.
Die Trennfolienbreite wird - wie dies in Fig. 3 zu sehen ist -vorzugsweise etwas breiter als die Breite der metallisierten Dielektrikumsfolien 3,4 gewählt.
Nach Beendigung des kontinuierlich und unter gesteuertem Einschießen von Trennfolien durchgeführten Wickelvorgangs wird der dynamisch erreichte Zustand des Gesamtwickels durch-Tempern und anschließendes Auskühlen stabilisiert. Bei dem sich vorzugsweise anschließenden Schoopiervorgang werden die Stirnseiten des sich noch auf dem Rad befindenden Gesamtwickels mit Metallschichten 8,9 versehen, wobei bemerkt werden muß, daß die insbesondere aus Kunststoff bestehenden Trennfolien 5 dieses Metall nicht annehmen, so daß nach dem in üblicher Weise und bevorzugt durch Sägen erfolgenden Zerteilen des Gesamtwickels die Vielzahl der sich dabei ergebenden Einzelkondensatoren 11 problemfrei erhalten werden kann, da die radial übereinander liegenden Einzelkondensatoren aufgrund des Vorhandenseins der Trennfolien problemfrei voneinander gelöst werden können.
Die Fig. 4 zeigt schematisch zwei mit Schoopierschichten 8,9 versehene, aneinandergrenzende und dabei dennoch durch die Trennfolie 5 getrennte Einzelkondensatoren 11.
Diese Einzelkondensatoren 11 bestehen ausschließlich aus metallisierten Dielektrikumsfolien, die schoopiert und kontaktiert mit einer geeigneten Ummantelung versehen oder in Becher eingebaut werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von elektrischen Schichtkondensatoren Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Schichtkondensatoren, bei dem zunächst auf einer Trommel mit großem Durchmesser mehrere übereinander liegende, durch Trennfolien gegeneinander abgegrenzte Mutterkondensatoren durch Aufwickeln von wenigstens zwei metallisierten Dielektrikumsfolien gebildet werden, dann der gesamte Schichtstapel zumindest durch Tempern stabilisiert und schließlich durch senkrecht zu seiner Oberfläche gelegte Schnitte in Einzelkondensatoren aufgeteilt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der gesamte Schichtstapel in einem ununterbrochenen Wickelvorgang unter Einschießen der die einzelnen Mutterkondensatoren gegeneinander abgrenzenden Trennfolien durchgehend spiralig aufgebaut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß bei jedem Einschießen einer Trennfolie wenigstens ein überlappter Trennfolienring gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Trennfolien Kunststoffolien, insbesondere nicht gereckte Folien verwendet werden und daß der Wickel zug während des ununterbrochenen Wickelvorgangs derart gewählt wird, daß eine Eigenverfestigung des gesamten Schichtstapels erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Breite der Trennfolien größer gewählt wird als die Breite der Dielektrikumsfolien.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dielektrikumsfolien doppelseitig metallisierte Folien verwendet werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Tempern des gesamten Schichtstapels die sich jeweils bis an den Rand der Stirnseiten erstreckenden Metallbeläge der Dielektrikumsfolien mittels durch Schocpen aufgebrachte Metallschichten miteinander verbunden werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallisierten Dielektrikumsfolien wechselseitige Isolierränder aufweisen.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die nach dem Schneidvorgang erhaltenen, von den leicht entfernbaren Trennfolienteilen befreiten und gegebenenfalls bereits kontaktierten Einzel-Schichtkondensatoren mit einer Schutzumhüllung versehen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Schutzumhüllung durch Tauchen aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Schutzumhüllung durch Wirbelsintern aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einzel-Schichtkondensatoren in Becher eingebaut und vergossen werden.
12. Verfahren zur Herstellung elektrischer Schichtkondensatoren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mutterkondensatorwickel in einem Hauptwickelvorgang aus wenigstens zwei paketierten Vorwickelbändern gewickelt wird, die aus einer Vielzahl von in einer Vorwickelstufe übereinander spiralig auf eine Vorratsrolle gewickelten Einzelfolienbändern bestehen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Wickelsinn des Ablaufes der paketierten Vorwickelbänder von den Vorratsrollen gleich dem Wickelsinn bei der Aufwickelung im Hauptwickelvorgang gewählt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die paketierten Vorwickelbänder über Führungsrollen von den jeweiligen Vorratsrollen zu der Hauptwickeltrommel geleitet werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Hauptwickeltrommel im Zentrum der um sie herum verteilten Vorratsrollen angeordnet wird.
16. Schichtkondensator, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die kapazitiv wirksamen Lagen und die Dielektrikumslagen zu einem in sich stabilen, aus einem spiralig gewickelten Ring großen Durchmessers geschnittenen Stapel (11) zusammengefaßt sind und daß dieser stirnseitig schoopierte und kontaktierte Stapel zumindest teilweise von einer Umhüllung umgeben ist.
17. Schichtkondensator nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Stapel (11) ausschließlich aus zumindest einseitig metallisierten Dielektrikumsfolien (3,4) mit wechselseitigem Isolierrand (6,7) besteht.
18. Schichtkondensator nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der schoopierte und kontaktierte Stapel (5) in einen Becher eingesetzt und vergossen ist.
19. Schichtkondensator nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dielektrikumsfolien aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen bestehen.