DE102019105452A1

DE102019105452A1 - Zylindrischer Kondensatorbecher sowie elektrischer Kondensator mit einem zylindrischen Kondensatorbecher

Info

Publication number: DE102019105452A1
Application number: DE102019105452.4A
Authority: DE
Inventors: Volker Geitner; Marko Stoike
Original assignee: ELECTRONICON KONDENSATOREN GmbH
Current assignee: ELECTRONICON KONDENSATOREN GmbH
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CN111653428A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Kondensatorbecher mit einem Bodenmantel sowie einem Becherboden, wobei im Übergangsbereich zwischen Bechermantel und Becherboden innenumfangsseitig und zum Becherinneren gerichtet eine Randverstärkung ausgebildet ist, deren Oberseite eine Auflagefläche bildet, um den übrigen Becherboden mechanisch lastfrei zu halten, wobei die Randverstärkung über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, Kerben, Schlitze, Einschnitte oder Spalte aufweist, welche in Richtung Becherboden verlaufen. Der erfindungsgemäße Kondensatorbecher dient der Aufnahme von einem oder mehreren Kondensatorwickeln, wobei eine diesbezüglich eingesetzte Bodenisolierkappe sich auf der Auflagefläche abstützt mit dem Ergebnis der gewünschten mechanischen Lastfreiheit des Becherbodens im übrigen Bodenbereich.

Description

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Kondensatorbecher mit einem Bechermantel sowie einem Becherboden gemäß Anspruch 1, sowie einen elektrischen Kondensator mit einem zylindrischen Kondensatorbecher, bestehend aus einem Bechermantel sowie einem Becherboden, mindestens einen im Kondensatorbecher eingesetzten Kondensatorwickel, einer Bodenisolierkappe, die ein unteres Ende des Kondensatorwickels umgreift und den Kondensatorwickel im Kondensatorbecher führt, einem Anschlussterminal sowie einem Deckel, welcher den Becher druckfest verschließt gemäß Anspruch 2.
Aus der DE 10 2005 018 339 A1 ist eine Anordnung mit einem Kondensatormodul und ein Verfahren zu dessen Betrieb vorbekannt. Um einen besonders sicheren Betrieb einer solchen Anordnung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Anordnung eine mit dem zumindestens einen Kondensator in Verbindung stehende Sicherheitseinrichtung aufweist, die den Betriebszustand des Kondensators oder des Kondensatormoduls überwacht und im Falle eines als unsicher erkannten Betriebszustandes in einen Sicherheitsbetriebsmodus schaltet.
Die Sicherheitseinrichtung weist eine die räumliche Ausdehnung des zumindest einen Kondensators oder die räumliche Ausdehnung des Kondensatormoduls messende Dehnmesseinrichtung auf und ist derart ausgestaltet, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximal-Dehnungsmesswertes der Sicherheitsbetriebsmodus startet.
Die Dehnmessstreifen sind so realisiert, dass selbige das Kondensatorgehäuse vollständig umgreifen.
Bei der Einrichtung gemäß DE 10 2008 062 656 A1 , welche ein Kondensatormodul umfasst, ist vorgeschlagen, dass ein Kondensatorzellen des Kondensatormoduls aufnehmendes Gehäuse vorgesehen ist, wobei das Gehäuse eine die Kondensatorzellen aufnehmende Kondensatorkammer aufweist, welche druckdicht abgeschlossen ist. Ein Innendruck der Kondensatorkammer wird durch einen Drucksensor erfasst, um festzustellen, ob eine der Kondensatorzellen beschädigt ist.
Bei dem Kondensator mit Schutzeinrichtung nach DE 10 2015 215 729 A1 wird zur Erkennung eines Fehlerzustandes vorgeschlagen, dass der Kondensator ein derart dichtes Gehäuse aufweist, dass sich in einem Fehlerfall das Volumen des Gehäuses verändert, wobei die Änderung des Volumens des Gehäuses durch eine Schutzeinrichtung erfassbar ist.
Hierfür wird durch konstruktive Maßnahmen ein ausrückbares Volumen in das Kondensatorgehäuse integriert. Diese Integration erfolgt durch Formgebung. Dabei ist das Kondensatorgehäuse hinsichtlich seiner Form derart ausgestaltet, dass eine Druckerhöhung im Inneren des Kondensators eine Volumenvergrößerung des Gehäuses bewirkt.
Hierzu sollen sich Prägungen, Sicken, Dehnungsfugen oder Wellrohre eignen. Auch kann die Integration durch die Materialeigenschaften des Gehäuses vorgenommen werden. Diesbezüglich wird das Gehäuse durch ein Material mit einer derartigen Materialeigenschaft gebildet, dass eine Druckerhöhung im Inneren des Kondensators eine Volumenvergrößerung des Gehäuses bewirkt.
Um eine Volumenänderung bei steigendem Druck im Inneren des Kondensators zu erzeugen, sollen sich unterschiedliche Materialstärken oder Festigkeiten im Aufbau des Kondensators besonders eignen. In bekannter Weise gibt es bei Folienkondensatoren mit Dielektrikum aus Kunststoff zwei grundsätzlich problematische Szenarien. Ein erstes Problem ist der Ausfall durch Niederimpedanz, das heißt durch Kurzschluss. Ein Kurzschluss kann mit üblichen Schutzfunktionen, im einfachsten Fall einer Sicherung, beherrscht werden. Etwas problematischer ist ein sogenannter Hochimpedanzausfall, und zwar aufgrund von Alterungsprozessen. Hier kann es zu steigenden Stromwärmeverlusten im Kondensator kommen. Durch den Temperaturanstieg können Kunststoffteile des Kondensators schmelzen und es können Pyrolyseprozesse stattfinden. Hierbei entstehen Gase. Aus dem vorstehenden Grunde sind typische Becherkondensatoren druckdicht, insbesondere gasdicht, ausgeführt, um zu verhindern, dass austretende Gase in Verbindung mit Sauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch bilden.
Um in einem solchen Fehlerfall, der zu einer Druckerhöhung führt, den Kondensator zu sichern, kommen sogenannte Überdruck-Abreißsicherungen zum Einsatz. Diese führen bei Gasbildung im Inneren des Kondensatorbechers zu einer Bewegung der Anschlüsse des Kondensators, so dass die Abreißsicherung ausgelöst wird. Damit ist der Kondensator von seiner Spannungsquelle getrennt. Ein weiterer Energieeintrag in den Kondensator und ein weiterer Druckanstieg wird vermieden.
Eine weitere Möglichkeit zur Erkennung einer einsetzenden Gasbildung besteht in der Detektierung des Innendruckes des Kondensators, wie bereits weiter oben geschildert. Überdruckschalter im Inneren des Kondensators erkennen das Überschreiten eines Soll-Innendruck-Wertes und sorgen für eine Fehlermeldung bzw. Abschaltung.
Überdruckschalter oder entsprechende Sensoren im Kondensatorinneren führen ebenso wie im Inneren befindliche Abreißsicherungen zu Impedanzproblemen und zu herstellungsseitigen Aufwendungen und damit höheren Kosten.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Kondensatorbecher sowie einen elektrischen Kondensator mit einem derartigen Kondensatorbecher anzugeben, der so ausgeführt ist, dass mit einer externen Sensorik bzw. einer externen Schalteinrichtung ein Überdruck im Kondensator besonders leicht erfasst und zur Auswertung von Fehlerzuständen bzw. zur Abschaltung des oder der Kondensatoren genutzt werden kann. Dabei gilt es, den Aufbau des Kondensatorbechers so zu gestalten, dass auch bei einem Druckanstieg sich die Lage des Kondensatorwickels im Becher und damit
der diesbezüglichen Verbinder, Anschlussteile und dergleichen Mittel nicht verändert, so dass ein definierter, insbesondere impedanzseitiger, Zustand erhalten bleibt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Kondensatorbecher gemäß der Lehre nach Anspruch 1 sowie mit einem elektrischen Kondensator gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 2, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Der erfindungsgemäße zylindrische Kondensatorbecher geht von einem an sich bekannten Bechermantel und einem üblicherweise einstückig oder integral ausgebildeten Becherboden aus.
Im innenseitigen Übergangsbereich zwischen Bechermantel und Becherboden ist innenumfangsseitig und zum Becherinneren gerichtet eine Randverstärkung ausgebildet, deren Oberseite eine Auflagefläche bildet, um den übrigen Becherboden mechanisch lastfrei zu halten.
Die Randverstärkung weist über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, Kerben, Schlitze, Einschnitte oder Spalte oder dergleichen auf, welche in Richtung Becherboden verlaufen.
Diese Unterbrechungen führen nicht zu einer mechanischen Schwächung des Bodens, sondern dienen lediglich dem Druckausgleich im Inneren eines auf der Basis des erfindungsgemäßen Bechers realisierten Kondensators.
Der erfindungsgemäße elektrische Kondensator geht von einem zylindrischen Kondensatorbecher, bestehend aus einem Bechermantel sowie einem Becherboden aus.
Mindestens ein Kondensatorwickel ist im Kondensatorbecher eingesetzt. Diesbezüglich kommt eine Bodenisolierkappe zur Anwendung, die ein unteres Ende des Kondensatorbechers umgreift und den Kondensatorwickel im Kondensatorbecher führt.
Weiterhin ist ein Anschlussterminal sowie ein Deckel vorhanden, welcher den Becher druckdicht verschließt.
Erfindungsgemäß weist der Übergangsbereich zwischen Bechermantel und Becherboden innenumfangsseitig und zum Becherinneren gerichtet eine Randverstärkung auf, deren Oberseite eine Auflagefläche für die Bodenisolierkappe bildet, so dass der übrige Becherboden mechanisch lastfrei gehalten wird.
Die Randverstärkung weist über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, Kerben, Schlitze, Einschnitte oder Spalte auf, welche in Richtung Becherboden verlaufen.
Es stützt sich demnach die Bodenisolierkappe mit dem Wickel auf der Auflagefläche ab und es bewirken die Unterbrechungen den gewünschten Druckausgleich über das gesamte Volumen des Becherinneren.
Der Becherboden unterliegt bei ansteigendem Becherinnendruck einer Verformung, welche mit einer Sensorik, die außenliegend des Kondensators angeordnet wird, erkennbar ist.
In einer Ausführungsform verlaufen die Unterbrechungen der Randverstärkung innenumfangsseitig gleichmäßig verteilt.
Die Auflagefläche der Randverstärkung ist im Wesentlichen als ebene Fläche ausgebildet und korrespondiert insofern mit der Unterseite der Bodenisolierkappe.
Die Bodenisolierkappe weist an ihrer Unterseite eine außenumlaufende Fase auf, so dass es nicht zu einer unerwünschten Abdeckung der Druckausgleichskanäle in Form der vorerwähnten Unterbrechungen kommt.
Die Sensorik ist z.B. als Schalter ausgebildet, welcher mit der Bodenaußenseite in Wirkverbindung steht.
Die Sensorik kann aber auch eine optische Abtastvorrichtung sein, die auf eine Verformung des Becherbodens anspricht.
Der Becherboden besitzt im druckfreien Zustand eine Innenwölbung und verläuft insofern konkav. Mit Druckanstieg verformt sich der Becherboden in Richtung konvex, das heißt im Sinne einer Außenwölbung, die entsprechend abtastbar ist.
Die Verformung des Becherbodens in Richtung konvex kann insofern von einem Taster erfasst werden, wobei über den Taster eine Sicherheitsschaltung auslösbar ist.
Wenn eine größere Anzahl von Kondensatoren der erfindungsgemäßen Bauweise in einer elektrischen Einrichtung angeordnet ist, kann nach Austausch eines defekten Kondensators die entsprechende Sensorik, insbesondere der erwähnte Schalter oder Taster, weiter verwendet werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen zylindrischen Kondensatorbecher mit nach innen gerichteter, gewölbter Randverstärkung;
2 eine Draufsicht in Richtung Innenseite eines Kondensatorbechers mit der Schnittlinie A-A zur Definition des Schnittes gemäß 1;
3 einen Längsschnitt durch einen elektrischen Kondensator mit dem erfindungsgemäßen Kondensatorbecher und dort erkennbarem Kondensatordeckel, Anschlussterminal, Innenverdrahtung und Bodenisolierkappe;
4 eine Detaildarstellung des unteren Endes des Kondensators gemäß 3 mit Bodenisolierkappe, Wickel, Becherboden und Randverstärkung;
5 und 6 beispielhafte Darstellungen der Verformung des Becherbodens im Ergebnis einer Druckeinwirkung von konkav (druckfrei) gemäß 5 bis zu konvex (druckbelastet) nach 6, wobei die unteren Darstellungen in den 5 und 6 die Schnittverläufe A-A zur Definition der Ansichten in den oberen Darstellungen repräsentieren.

Der erfindungsgemäße Kondensatorbecher geht von einer zylindrischen Bauform mit einem Bechermantel 1 und einem Becherboden 2 aus.
Im Übergangsbereich zwischen Bechermantel 1 und Becherboden 2 ist innenumfangsseitig und zum Becherinneren 3 gerichtet, eine Randverstärkung 4 ausgebildet, deren Oberseite eine Auflagefläche 5 bildet, um den übrigen Becherboden 2 mechanisch lastfrei zu halten, wenn sich im Inneren des Kondensatorbechers ein entsprechender Kondensatorwickel nebst Bodenisolierkappe befindet.
Die Randverstärkung 4 weist über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, zum Beispiel in Form von Kerben 6 oder dergleichen auf, welche in Richtung Becherboden 2 verlaufen.
Der Becherboden 2 ist im druckfreien Zustand nach innen gewölbt, das heißt dieser weist gemäß der Schnittdarstellung nach 1 eine konkave Gestalt, betrachtet von der Becherunterseite auf.
Den Darstellungen gemäß 3 und 4, welche einen Längsschnitt durch einen elektrischen Kondensator mit zylindrischem Kondensatorbecher zeigen, ist nun der grundsätzliche Aufbau eines elektrischen Kondensators der hier relevanten Bauart zu entnehmen.
Im Kondensatorbecher, der aus Bechermantel 1 und Becherboden 2 besteht, werden eine oder mehrere elektrisch verschaltete Wicklungen 7 eingesetzt.
Der Außendurchmesser der Wicklungen 7 ist kleiner als der Innendurchmesser des entsprechenden Kondensatorbechers.
Am unteren Ende des unteren Kondensatorwickels 7 kommt eine Bodenisolierkappe 8 zum Einsatz, die, wie in der Figur im Detail gezeigt, das untere Wickelende 7 umgreift und insofern die Wicklung im Kondensatorbecher führt.
Ein Deckel 11 bildet einen dichten Verschluss des Kondensatorbechers. Im Deckel befinden sich elektrisch isoliert Anschlussterminals 9, die über eine Verdrahtung 10 mit dem jeweiligen Wickel 7 kontaktiert sind.
Im Übergangsbereich zwischen Bechermantel und Becherboden 2 ist innenumfangsseitig und zum Becherinneren gerichtet auch hier eine Randverstärkung 4 erkennbar, deren Oberseite eine Auflagefläche 5 für die Bodenisolierkappe 8 bildet.
Die Kerben 6 stellen in Verbindung mit einer Fase an der Unterseite der Bodenisolierkappe 8 einen Druckausgleich über das gesamte Bechervolumen sicher.
Dadurch, dass sich der gesamte Kondensatorwickel 7 unter Rückgriff auf die Bodenisolierkappe 8 an der Auflagefläche 5 des Kondensatorbechers abstützt, bleibt der Becherboden 2 mechanisch lastfrei. Der Becherboden 2 wird einzig im Falle eines Überdruckes aufgrund von Fehlfunktionen des Kondensators mit Kräften belastet, wie sich dies aus der Zusammenschau der 5 und 6 nachvollziehen lässt.
Ordnet man nun außenseitig in der Nähe des Becherbodens 2 eine Schalteinrichtung, zum Beispiel einen Taster, an, ist in leichter Weise bei einem Druckanstieg durch Verformung des Becherbodens 2 dieser abnormale Zustand des entsprechenden Kondensators erkennbar und es kann eine Schalteinrichtung ausgelöst und eine entsprechende Signalisierung bezogen auf den Fehlerzustand vorgenommen werden.
Aus den 2 sowie den Ansichten in Richtung Becherinnerem (untere Darstellungen gemäß 5 und 6) ist nachvollziehbar, dass sich die Kerben oder Unterbrechungen 6 der Randverstärkung 4 innenumfangsseitig erstrecken und im Wesentlichen gleich verteilt verlaufen.
Die Verformung des Becherbodens 2, der im Normalbetrieb völlig mechanisch lastfrei ausgeführt ist, stellt sich als eine Indikatorfunktion hinsichtlich eines Druckanstieges im Kondensator dar. Da alle übrigen, innerhalb des Kondensatorbechers befindlichen Bauteile, insbesondere der oder die Kondensatorwickel, sich mit Hilfe der Bodenisolierkappe an der Randverstärkung abstützen, kommt es bei diesen Bauteilen nicht zu einer unerwünschten Lageveränderung und damit zu weiteren möglichen Schäden durch ein Abreißen elektrischer Verbindungen nebst Funkenbildung und den daraus resultierenden Gefahren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005018339 A1 [0002]
DE 102008062656 A1 [0005]
DE 102015215729 A1 [0006]

Claims

Zylindrischer Kondensatorbecher mit einem Bechermantel (1) sowie einem Becherboden (2), dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen Bechermantel (1) und Becherboden (2) innenumfangsseitig und zum Becherinneren (3) gerichtet eine Randverstärkung (4) ausgebildet ist, deren Oberseite eine Auflagefläche (5) bildet, um den übrigen Becherboden (2) mechanisch lastfrei zu halten, wobei die Randverstärkung (4) über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, Kerben, Schlitze, Einschnitte oder Spalte (6) aufweist, welche in Richtung Becherboden (2) verlaufen.
Elektrischer Kondensator mit einem, insbesondere zylindrischen, Kondensatorbecher, bestehend aus einem Bechermantel (1) sowie einem Becherboden (2), mindestens einen im Kondensatorbecher eingesetzten Kondensatorwickel (7) mit Bodenisolierkappe (8), die ein unteres Ende des Kondensatorwickels (7) umgreift und den Kondensatorwickel (7) im Kondensatorbecher führt, einem Anschlussterminal (9) sowie einem Deckel (11), welcher den Kondensatorbecher druckdicht verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen Bechermantel (1) und Becherboden (2) innenumfangsseitig und zum Becherinneren (3) gerichtet, eine Randverstärkung (4) ausgebildet ist, deren Oberseite eine Auflagefläche (5) bildet, um den übrigen Becherboden (2) mechanisch lastfrei zu halten, wobei die Randverstärkung (4) über ihren innenumfangsseitigen Verlauf Unterbrechungen, Kerben, Schlitze, Einschnitte oder Spalte (6) aufweist, welche in Richtung Becherboden (2) verlaufen, weiterhin sich die Bodenisolierkappe (8) auf der Auflagefläche (5) abstützt, wobei die Unterbrechungen (6) einen Druckausgleich über das gesamte Volumen des Becherinneren gestatten und der Becherboden (2) bei ansteigendem Becherinnendruck einer Verformung unterliegt, welche von einer Sensorik erfassbar oder erkennbar ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (6) der Randverstärkung (4) innenumfangsseitig gleichmäßig verteilt verlaufen.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (5) im Wesentlichen als ebene Fläche ausgebildet ist.
Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenisolierkappe (8) an ihrer Unterseite eine umlaufende Fase aufweist.
Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik als Schalter ausgebildet ist, welcher mit der Bodenaußenseite des Becherbodens (2) in Wirkverbindung steht.
Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik als eine optische Abtastvorrichtung des Becherbodens (2) ausgebildet ist.
Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Becherboden (2) im druckfreien Zustand eine Innenwölbung besitzt und konkav verläuft, wobei mit Druckanstieg im Kondensatorbecher sich der Becherboden (2) in Richtung konvex im Sinne einer Außenwölbung verformt.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Becherbodens (2) in Richtung konvex von einem Taster erfasst wird, wobei über den Taster eine Sicherheitsschaltung auslösbar ist.