DE1489854C - Verfahren zur Herstellung von Wickel kondensatoren mit einer selbsttragenden Metallfolie und engtolenertem Kapazitats wert - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wickelkondensatoren mit einer selbsttragenden Belag-Metallfolie und engtoleriertem Kapazitätswert, bei dem einer der Metallbeläge auf wenigstens einem Teil seiner Länge in Form von elekirisch getrennten Streifen gewickelt wird und einer oder mehrere dieser Streifen derart mit dem Kondensatoranschluß verbunden werden, daß der Kapazitätswert innerhalb des maximal zulässigen Toleranzbereiches liegt. ίο

Aus der deutschen Patentschrift 863 829 ist ein stufenweise abgleichbarer, formstarrer Kondensator und ein Verfahren zum stufenweisen Abgleich einer Kapazität bekanntgeworden, wobei der Abgleich durch stufenweise Verringerung der Kapazität des Abgleichkondensators mittels Abtrennens der die Einzelflächen der unterteilten Elektrode anschließenden Verbindungsleiter erfolgt.

Die Forderung der Technik nach Kondensatoren mit engtolerierten Kapazitätswerten, vor allem aber bei solchen mit einem einzigen Wickel, wird immer dringender. Beispielsweise betrifft dies kapazitive Vorschaltgeräte, bei denen Drosseln und Kondensatoren in Serie liegen, welche jeweils mit Fertigungstoleranzen bezüglich Induktivität und Kapazität be- haftet sind, bei denen aber bestimmte Stromstärken gemäß nationalen oder internationalen Vorschriften nicht überschritten werden dürfen. Bei der Herstellung der Kondensatoren ist man in solchen und ähnlichen Fällen somit gezwungen, nach Wegen zu suchen, um auf sehr enge Toleranzen bei allen diesen Bauteilen zu kommen, wenn man nicht, wie bisher, eine Anpassung mittels verschiedener, gestufter Toleranz-Untergruppen vornehmen will. Letzteres ist jedoch mit' erhöhter Lagerhaltung verbunden und erfordert jeweils das Vorhandensein aller Toleranz-Gruppen bei jedem Bauteil.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem auf Kondensatoren mit imprägniertem Papierdielektrikum. Die Kapazität eines imprägnierten Papierdielektrikums wird unter anderem von der Stärke der Papierlagen, von der überlappten Fläche der Belagfolien und von der Dielektrizitätskonstante (DK) des Mischdielektrikums aus Papier und Imprägniermittel bestimmt. Bei der Herstellung von Wickeln kann die überlappte Fläche der Belagfolien im allgemeinen mit ausreichender Genauigkeit eingestellt werden. Dagegen ist die Stärke des Papiers aus herstellungsmäßig bedingten Gründen erheblichen Schwankungen unterworfen, wobei zu berücksichtigen ist, daß Papiere bis herab zu 6 μ Verwendung finden. Für die Dicke des Papiers, bezogen auf eine einzelne Papierbahn, sind Schwankungen von etwa ±6°/o der Nennstärke handelsüblich. Bei einem mehrlagigen Wickel können zwar die Einzellagen mit einer bestimmten Stärke ausgesucht werden, um an die Sollstärke des Dielektrikums möglichst heranzukommen. Da jedoch die Papiere sowohl in der Breite wie auch in der Länge Dickenschwankungen unterworfen sind, lassen sich die angestrebten Kapazitätswerte auch nur innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches von + 3 % erreichen.

Das Imprägniermittel hat auf den Kapazitätswert des Kondensators ebenfalls entscheidenden Einfluß, da die DK von Tränkstoff und Papier meistens voneinander abweicht und zusammen, je nach den Gegebenheiten, irgendeinen Mischwert ergibt. Ebenfalls ändert sich der Kapazitätswert je nach dem Anteil des Tränkmittels. Letzterer ergibt sich aus der Porosität des Papiers und aus dem zwischen den übereinanderliegenden Lagen noch bestehenden Gesamtzwischenraum, der seinerseits wiederum weitgehend vom Papierzug beim Wickeln abhängt. Weiterhin ist unter anderem von Einfluß der Entfeuchtungs- bzw. der Entgasungsgrad des Papiers, der im wesentlichen vor dem Imprägnieren mittels einer Vakuumtrocknung bei erhöhter Temperatur auf den erforderlichen Bereich gebracht wird.

Der Quotient aus dem Kapazitätswert des trockenen und dem des imprägnierten Wickels ergibt den sogenannten Tränkfaktor, der bei Einhaltung aller Fertigungstoleranzen pro Imprägniercharge zwar weitgehend gleichmäßig gehalten werden kann, sich jedoch nicht über einen langen Zeitraum in sehr engen Grenzen konstant halten läßt. Abweichungen von ±2% sind unvermeidbar.

Alle Faktoren zusammengenommen gestatten bei gleichmäßiger Fertigung, über längere Zeit eine Toleranz des Kapazitätswertes von im Minimum etwa ± 5 °/o des angestrebten Nennkapazitätswertes einzuhalten. Demgegenüber werden jedoch Abweichungen bis höchstens etwa ±2% gefordert. Wie bereits erwähnt, ist zwar ein Aussortieren derartiger Kapazitätswerte aus einem großen Fertigungslos möglich, es ist meistens jedoch mit großen Toleranzausfällen verbunden und im allgemeinen weitgehend unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Wickelkondensatoren anzugeben, bei dem die im Vorstehenden diskutierten Nachteile vermieden werden und mit dem Wickelkondensatoren mit engtoleriertem Kapazitätswert herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Streifen in Längsrichtung der Belag-Metallfolie voneinander getrennt gewickelt werden und "daß der Kontaktierungsanschluß lose miteingewickelt und zum Kapazitätsausgleich quer zur Längsrichtung der Belag-Metallfolie verschoben wird.

Der üblicherweise aus einem durchlaufenden-Stück Aluminiumfolie bestehende Belag wird für einen Teil des einen Belages in Längsstreifen aufgeteilt, deren gewählte Flächengröße bedingt ist durch die angestrebte Kapazitätsänderung. Diese Streifen der Belagfolie werden mit einem eingelegten Kontaktanschluß untereinander elektrisch leitend verbunden. Ein so hergestellter Wickel durchläuft in der üblichen Weise die erforderlichen Fertigungsstufen, bis der Kondensator beispielsweise als Bechertyp fertiggestellt ist. Der Kontaktanschluß der Streifenbeläge ist dabei über eine Isolierdurchführung herausgeführt. Außerdem ist dieser Kontaktanschluß mit dem zugehörigen Kontaktanschluß des Hauptbelages derselben Polarität verbunden. Während üblicherweise die Isolierdurchführungen und sonstigen Öffnungen nach dem Imprägnieren dicht, z. B. durch Zulöten, verschlossen werden, stellt man erfindungsgemäß jedoch vor dem Zulöten erst einmal den Kapazitätswert des Kondensators fest und verringert ihn erforderlichenfalls durch Herausziehen der auf den Streifenbelägen liegenden Kontaktierungs-Anschlußleitung so lange, bis der Kapazitätswert innerhalb des maximal zulässigen Toleranzbereiches liegt. Erst dann erfolgt das übliche Zulöten des Bechers. Voraussetzung für die Anwendung dieses Kapazitätsabgleich-Prinzips ist es, daß alle

Wickel eine etwas oberhalb des angestrebten Nennwertes liegende Wickelkapazität besitzen, da sich der Kapazitätswert nur vermindern, nicht aber erhöhen läßt. Die Belagstreifen können, je nach Bedarf, hinsichtlich ihrer Breite und Länge bzw. Fläche so bemessen werden, daß die jeweils erforderlichen Kapazitätsminderungen vorgenommen werden können.

In entsprechender Weise ist es auch möglich, lediglich zwei gegenpolige Hauptbeläge zu wickeln, von denen lediglich der eine, dann aber über seine ganze Wickellänge mittels paralleler Streifenbeläge gewickelt wird. Bezüglich der jeweils erforderlichen Kapazitätsminderung des Wickels gilt genau das gleiche, wie es bereits vorstehend beschrieben wurde.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Abgleichverfähren nur bei imprägnierten Kondensatoren Anwendung finden, deren Imprägniermittel nicht oder noch nicht fest ist. Ein ganz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, gegenüber bekannten Abgleichverfahren, daß es auch bei einem bis auf eine Imprägnieröffnung oder sonstige Gehäuseöffnung bereits dicht verschlossenen Einbau des Kondensators in einen Becher erfolgen kann, da Lötungen innerhalb des Gehäuses im Zuge des Kapazitätsabgleichverfahrens, wie beschrieben, nicht erforderlich sind. Völlig anders liegen die Verhältnisse bei einem bekannten Abgleichverfahren, bei dem eine Anzahl zunächst elektrisch völlig voneinander getrennter Abgleich-Teilbeläge, jeder davon mit einem Kontaktierungsanschluß versehen, mit eingewickelt ist, die nach erfolgter Imprägnierung des Wickels, in jedem Falle aber vor dem Aufsetzen eines Gehäusedeckels, in der erforderlichen Anzahl mit dem Hauptanteil des gleichpoligen Belages verbunden werden müssen (ausgelegte Unterlagen der Patentanmeldung S15360 VIII c/21g,.bekanntgemacht am 4.12.1952).

Falls in bestimmten Fällen erforderlich, wird der herausziehbare Kontaktierungsanschluß, der eine besonders glatte und gratfreie Oberfläche „besitzt, hinsichtlich seines Querschnittes überwiegend aus mechanischen Gründen stärker gewählt, als dies bei dem in seiner Lage unverrückbar im Wickel liegenden gegenpoligen Kontaktanschluß der Fall ist.

Es ist erforderlich, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Anschluß und den nach dem Kapazitätsabgleich elektrisch mit ihm verbundenen .Streifenbelägen für den Transport des Kondensator-Betriebsstromes aufrechtzuerhalten, daß der Kontaktierungsanschluß beim Herausziehen mit einer möglichst großen Fläche auf den benötigten Streifenbelägen aufliegt.

Sofern erforderlich, kann bei Kondensatoren-Wickeln mit relativ großer axialer Länge eine axiale Lageänderung des Kontaktierungsanschlusses dadurch erleichtert werden, daß er mittels von außen zugeführter Erwärmung auf eine merklich höhere Temperatur gebracht wird. Dieselbe gewünschte Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, daß der ganze Kondensator-Wickel, gegebenenfalls zusammen mit seiner Umhüllung, auf eine höhere Temperatur gebracht wird, da die durch diese Temperaturerhöhung sich ergebende Kapazitätsänderung durch einen Vorversuch leicht zu ermitteln und daher beim endgültigen Kapazitätsabgleich leicht zu berücksichtigen ist.

Grundsätzlich ist das beschriebene Kapazitätsabgleichverfähren bei allen Wickelkondensatoren mit selbsttragenden Metallbelagfolien anwendbar, gleich, ob sie imprägniert oder nicht imprägniert, und gleich, ob sie ein Papier- oder ein Kunststoffdielektrikum besitzen. '.·'..-■

Um bei letzterem ein teilweises Herausziehen des Kontaktierungsanschlusses zu erleichtern, kann dieser an seiner Oberfläche mit einem geeigneten Glättungsmittel, wie öl od. dgl., vor dem Einbringen in den Wickel versehen werden.

Die Breiten der Streifenbeläge können untereinander gleich gewählt werden; sie können aber auch z. B. so abgestuft sein, daß ihre Breite in Richtung des Hinausziehens des Kontaktierungsanschlusses jeweils schmaler als die beim vorangehenden Belagstreifen ist.

Wie sich gezeigt hat, kann das geschilderte Abgleichverfahren in besonders einfacher Weise durchgeführt werden, wenn eine mechanische Vorrichtung mit pro Zeiteinheit gleichem Hub in Verbindung mit einem automatisch den jeweiligen Kapazitätswert anzeigenden Meßgerät benutzt wird.

Alle Streifen können gemeinsam in den Wickel einlaufen. . Zu diesem Zweck werden ihre vorderen Enden durch einen gefalzten Isolierstreifen zusammengefaßt.

In F i g. 1 ist mit 20 der normal durchlaufende Metallbelag bezeichnet; sein Kontaktierungsanschluß ist 23. 21 ist der normal durchlaufende Hauptteil des gegenpoligen Metallbelages, dessen Kontaktierungsanschluß. 25 ist.

Der in Belagstreifen aufgeteilte Anteil ist 22; sein zugehöriger, in axialer Wickelrichtung beweglicher Kontaktierungsanschluß ist 24. Wie ersichtlich, sind die Kontaktierungsanschlüsse 24 und 25 durch eine Leitung elektrisch verbunden.

In E i g. 2 ist wiederum mit 20 der normal durchlaufende Metallbelag und mit 23 sein zugehöriger Kontaktierungsanschluß gekennzeichnet. Der in Streifen über die ganze Laufbahn aufgeteilte Gegenbelag ist 26, dessen in axialer Wickelrichtung beweglicher Kontaktierungsanschluß 27 ist.

In Fig. 3 ist schematisch eine detaillierte Zeichnung entsprechend F i g. 1 dargestellt. Mit 1 ist der

' normal durchlaufende Hauptteil des Belages gekennzeichnet, dessen zugehöriger, in Längsstreifen aufgeteilter Belaganteil mit 3, 4 und 5 bezeichnet ist.

Der in axialer Wickelrichtung bewegliche Kontaktierungsanschluß 6 — in F i g. 3 wird er sinngemäß nach unten je nach Bedarf verschoben — liegt direkt auf vorgenannten Belagstreifen auf. Außerdem ist er direkt mit dem Kontaktierungsanschluß 2 des gleichpoligen Belaghauptteiles 1 elektrisch über die Leitung 9 verbunden. Mit 7 ist das über die Belagmetall-Folien hinausragende Papierdielektrikum bezeichnet, während der gegenpolige, über seine ganze Länge normal durchlaufende Metallbelag, gestrichelt, mit 8 gekennzeichnet ist.

F i g. 4 entspricht F i g. 2 und stellt schematisch einen Wickelaufbau dar, bei dem der eine Metallbelag, gestrichelt, mit 15 bezeichnet, in üblicher Weise über die ganze Bahnlänge ungeteilt durchläuft.

Der Gegenbelag dagegen ist über die ganze Wickellänge in Belagstreifen 10, 11 und 12 aufgeteilt; der in direktem Kontakt auf ihnen aufliegende Kontaktierungsanschluß ist 13. Mit 14 ist das über die Metallbeläge an beiden Seiten überstehende Dielektrikum, z. B. imprägniertes Papier, in einer je nach den Anforderungen verschieden hohen Lagenzahl gekennzeichnet.

Selbstverständlich soll mit den F i g. 1 bis 4 nur das Prinzip der erfindunggemäßen Ausführung gekennzeichnet werden. Wie die technische Ausführung des Wickelaufbaues im einzelnen aussieht, z. B. wieviel Kontaktierungsanschlüsse eingelegt werden, in wieviel Streifen der Belag aufgeteilt wird usw., hängt von den jeweiligen Gegebenheiten ab.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Wickelkondensatoren mit einer selbsttragenden Belag-Metallfolie und engtoleriertem Kapazitätswert, bei dem einer der Metallbeläge auf wenigstens einem Teil seiner Länge in Form von elektrisch getrennten Streifen gewickelt wird und einer oder mehrere dieser Streifen derart mit dem Kondensatoranschluß verbunden werden, daß der Kapazitätswert innerhalb des maximal zulässigen Toleranzbereiches liegt,dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in Längsrichtung der Belag- ao Metallfolie voneinander getrennt gewickelt werden und daß der Kontaktierungsanschluß lose miteingewickelt und zum Kapazitätsausgleich quer zur Längsrichtung der Belag-Metallfolie verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Belagstreifen an den vorderen Enden durch einen gefalzten Isolierstreifen von der Länge des Axialmaßes des Wickels zusammenfaßt und gemeinsam in den Wickel einlaufen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätsabgleich bei erwärmtem Kontaktierungsanschluß erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierungsanschluß vor dem Einlegen in den Wickel mit einem wasserabstoßenden Gleitmittel versehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der axialen Lage des Kontaktierungsanschlusses automatisch in Verbindung mit einem selbständig messenden und bei Erreichen der Kapazitäts-Sollgrenze die Zie'hmechanik abschaltenden Kapazitätsmeßgeräte erfolgt.

6. Wickelkondensator nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Metallbeläge auf seiner ganzen Länge oder einem Teil derselben aus elektrisch getrennten Streifen (3, 4, 5 bzw. 10, 11, 12) besteht, von denen mindestens ein Teil mit einem Kontaktierungsanschluß (6 bzw. 13) in Kontakt ist.

7. Wickelkondensator nach Anspruch 6, bei welchem ein Teil eines Belages aus elektrisch getrennten Streifen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierungsanschluß (6) mit dem übrigen Teil (1) elektrisch leitend verbunden ist.

8. Wickelkondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagstreifen (3, 4, 5) bei nicht über die ganze Wickelbahnlänge vorgesehenen Streifenbelägen in Ziehrichtung des beweglichen Kontaktierungsanschlusses (6) bis etwa zur Mitte der axialen Wickellänge schmaler werden.

9. Wickelkondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei über die ganze Wickelbahnlänge durchlaufenden Belagstreifen (10, 11, 12) die entgegengesetzt der Ziehrichtung des beweglichen Kontaktierungsanschlusses (13) liegenden Streifen wesentlich schmaler als die übrigen Belagstreifen sind.

10. Wickel-Kondensator nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Dielektrikum aus imprägniertem Papier und/oder Kunststoff-Folie besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen