DE1079203B

DE1079203B - Selbstausheilender elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE1079203B
Application number: DEB43928A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Maylandt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1957-03-16
Filing date: 1957-03-16
Publication date: 1960-04-07

Description

Selbstausheilender elektrischer Kondensator Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstausheilenden elektrischen Kondensator, insbesondere Wickelkondensator, -dessen Belegungen auf Papier oder Kunststoffbänder- aufmetallisiert sind und der mit einem Tränkmittel: getränkt ist.
Als Tränkmittel für selbstausheilende Kondensatoren eignen sich nur solche Stoffe, die bei Durchschlägen keine leitenden Rückstände hinterlassen. Derartige Tränkmittel sind z. B. Paraffin, Hartwachs, Vaseline und Mineralöle. Ganz unbrauchbar für den angegebenen Zweck sind dagegen nach den bisherigen Erfahrungen chlorierte Diphenyle, weil bei ihrer Anwendung in der üblichen Weise im Falle von Durchschlägen leitende Rückstände entstehen, welche die S elbstausheilung verhindern. Diese Tränkmittel sind dagegenwegen ihrer hohen Dielektrizitätskonstanten, ihrer guten Alterungsbeständigkeit und, weil sie unbrennbar sind, zur Tränkung von Kondensatoren mit Belegungen aus selbsttragenden Metallfolien,- die bei Durchschlägen nicht selbst ausheilen können, sehr beliebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wege zu finden,-die es erlauben, Tränkmittel mit schlechten Ausbrenneigenschaften auch für selbstausheilende Kondensatoren verwendbar zu machen. Diese Aufgabe läßt sich gemäß der Erfindung dadurch lösen, daß mindestens eine der aufmetallisierten Kondensatorbelegungen in an sich bekannter Weise in über Sicherungsstege angeschlossene Teilflächen unterteilt und daß der die Sicherungsstege umfassende Bereich der Belegungen durch- eine Schutzschicht vor der Einwirkung des Tränkmittels geschützt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar in -Fig. 1 im Schnitt durch einzelne Windungen eines Wickelkondensators, bei dem nur die Ränder an den beiden Kondensatorstirnseiten mit einem Schutzmittel gegen den Zutritt des Tränkmittels versehen sind; Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines für das Beispiel nach Fig. 1 geeigneten Dielektrikumbandes; das- eine. gemusterte Metallschicht trägt.
Der mehrmalige selbstausheilende Wickelkondensator nach Fig. 1 enthält Papierbänder 22 und 23 als Träger für die selbstausheilenden Metallbelegungen 20 und 21 sowie metallfreie Papierbänder 26, die zwischen die Bänder 22 und 23 eingelegt sind, und Tränkmittel 29 zwischen den Bändern 22, 23 und 26.
Von den aufmetallisierten Belegungen 20 und 21 ist die mit 20 bezeichnete entsprechend Fig. 2 in gleich große Teilflächen 201 unterteilt, von denen jede über einen Sicherungssteg 202 mit der durchlaufenden Randzone 200 leitend verbunden ist. Die Unterteilung der Metallbeläge ist zum Zwecke der gegenseitigen Entkopplung der Teilflächen bekannt. Ein Kondensator mit einer derartig gemusterten Belegung kann aber nur dann ohne Gefahr für seine dauernde Betriebsfähigkeit mit einem Tränkmittel getränkt sein, das an sich schlechte Ausbrenneigenschaften hat, wenn dafür gesorgt ist, daß die Belegungen im wesentlichen nur in ihrem die Sicherungsstege umfassenden Bereich durch mindestens eine Schutzschicht vor der Einwirkung des Tränkmittels geschützt sind. Ein bekannter Kondensator, dessen Belegungen unmittelbar auf das Dielektrikum aufmetallisiert und mit einem Feldkonzentrationen vermeidenden Überzug versehen sind, kann dagegen nicht mit einem Tränkmittel mit schlechten Ausbrenneigenschaften getränkt werden, weil in diesem Fall bei Durchschlägen entstehende leitende Rückstände aus dem Tränkmittel nicht vermieden werden können.
Beim Kondensator nach Fig. 1 sind die Belegungen 20 und 21 ebenfalls unmittelbar auf die Papierbänder 22 und 23 aufmetallisiert, und zwar derart, daß sich die bemusterte Belegung 20 auf der einen und die nicht bemusterte Belegung 21 auf der anderen Kondensatorstirnseite annähernd bis zur äußersten Kante --der die- Belegungen tragenden Isolierstoffbänder 22 bzw. 23 erstreckt, auf welche Kontaktbrücken 24 und 25 zum Anschluß der Belegungen 20 und 21 aufgespritzt sind. Zwischen den metallisierten Isolierstoffbändern 22 und 23 und den nichtmetallisierten Isolierstofflagen 26 ist der Kondensator bis auf eine Randzone27, in der sich die Sicherungsstege202 erstrecken, mit einem chlorierten Diphenyl getränkt. In dieser Randzone 27 ist der Kondensatorwickel nach dem Aufspritzen der Kontaktbrücke 24 und nach vorheriger sorgfältiger Trocknung mit einem gut ausbrennenden, aushärtbaren Stoff, beispielsweise aus der Gruppe der Polyesterharze oder Polyurethane, imprägniert und hierauf nach dessen Aushärtung der übrige Teil des Kondensators vollständig mit chloriertem Dipheny129 durchtränkt. An Stelle von aushärtbaren Kunststoffen können für die Isolierung der Zone 27 auch Stoffe verwendet werden, die bis etwa 100°C fest sind und in dem Bereich von 100 bis 140° C flüssig werden, wie z. B. Schwefel. Für die Auswahl aller derartiger Schutzschichten ist wesentlich, daß sie sich im Tränkmittel nicht lösen.
Findet nun in einem derartigen Kondensator, z. B. an der in Fig. 1 mit 28 bezeichneten Stelle, ein Durchschlag zwischen den beiden Belegungen 20 und 21 statt, bei dem sich wegen der schlechten Ausbrenneigenschaften des verwendeten Tränkmittels leitfähige Rückstände bilden, die einen Kurzschlußstrom zwischen den beiden Belegungen zur Folge haben, so schmilzt gleichzeitig auch der in der geschützten Zone 27 liegende Sicherungssteg der Belegung 20 weg. Diejenige Teilfläche der Kondensatorbelegung 20, in welcher die leitfähige Durchschlagstelle liegt, wird dadurch abgetrennt und kann den Isolationswiderstand des Kondensators nicht mehr beeinträchtigen. Bei einem derartigen Kondensator mit einer unterteilten und über Sicherungsstege angeschlossene Belegung ist demnach diejenige Stelle, an welcher ein Durchschlag an einer schwachen Stelle des Dielektrikums unschädlich gemacht wird, von der Durchschlagstelle selbst wegverlegt. Dies wird durch die Bemusterung der Belegung 20 erreicht und dadurch, daß der die Sicherungsstege enthaltende Rand der Belegung 20 vor dem Zutritt des Tränkmittels mit den schlechten Ausbrenneigenschaftengeschützt ist. Werden dabei die Sicherungsstege der Belegung 20 und die Zone 27 mit dem Schutzmittel an den feldfreien Rand der Belegung 20 verlegt, so tritt eine Einwirkung des Schutzmittels auf die elektrischen Werte des Kondensators nicht ein.
Der durch das Abschalten einzelner Flächenelemente der Belegung 20 verursachte Kapazitätsverlust hält sich dabei in engen Grenzen, zumal die neuen Kondensatoren vorzugsweise zum Betrieb in Wechselstromnetzen bestimmt sind und die Durchschlagshäufigkeit in Wechselspannungskondensatoren erheblich kleiner ist als in Gleichspannungskondensatoren. Da ferner Erfahrungen gezeigt haben, daß nur bei mit großen Energieumsetzungen verbundenen Durchschlägen in mit chloriertem Diphenyl getränkten Kondensatoren leitfähige Brücken an den Durchschlagstellen entstehen, kann es zweckmäßig sein, die Sicherungsstege der bemusterten Belegung so zu dimensionieren, daß sie bei Durchschlägen mit geringeren Energieumsetzungen nicht abschmelzen.
Vor der Einführung des Schutzmittels in die Zone 27 werden die Kondensatorwickel zunächst im Vakuum bei etwa 130° C getrocknet und dann bei einem Unterdruck von 100 bis 200 mm Hg beispielsweise mit einem Polyurethanlack behandelt, indem die Kondensatorwickel etwa 10 Minuten lang mit einer Stirnseite in eine Schale mit dem erwähnten Lack gestellt werden, so daß der Lack 5 bis 10 mm tief in die Kondensatorwickel eindringt. Nach Aushärtung des Lackes bei etwa 120° C und ebenfalls im Vakuum erfolgender Entgasung der Wickel kann die Tränkung mit dem vorgesehenen Tränkmittel stattfinden. Es hat sich gezeigt, daß die elektrischen Werte derartiger Wickel vor dem Ausbrennen schwacher Stellen des Dielektrikums sich nicht von denjenigen unterscheiden, die bei mit demselben Tränkmittel nachbehandelten Kondensatoren erreicht wurden, deren Randzone aber nicht mit einer das Tränkmittel fernhaltenden Schutzschicht versehen sind.
Der technische Fortschritt, der sich aus der Isolierung der Randzone gegenüber dem Zutritt des Tränkmittels ergibt, ist durch eine Erhöhung der Durchschlagszahl auf etwa 200 gekennzeichnet, während Kondensatorwickel ohne geschützte Randzone bei sonst gleichem Aufbau schon nach einem Durchschlag eine unzulässige Leitfähigkeit aufwiesen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Selbstausheilender elektrischer Kondensator, insbesondere Wickelkondensator, der mit einem Tränkmittel getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der aufmetallisierten Belegungen in an sich bekannter Weise in über Sicherungsstege angeschlossene Teilflächen unterteilt und daß der die Sicherungsstege umfassende Bereich der Belegungen durch eine Schutzschicht vor der Einwirkung des Tränkmittels geschützt ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsstege in an sich bekannter Weise im feldfreien Raum des Kondensators liegen.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch -gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Stoff hergestellt ist, der bei Temperaturen bis 100° C fest und erst bei Temperaturen über 100° C flüssig ist.
4. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem ausgehärteten Kunststoff besteht.
5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Stoff der Gruppe der Polyurethane oder Polyesterharze besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 876 274, 900 723, 918 099; schweizerische Patentschrift Nr. 299 511.