DE1564211C2 - Wickelkondensator aus zwei einseitig metallisierten Folien aus thermoplastischem Werkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wickelkondensator, der aus zwei einseitig metallisierten Folien aus thermoplastischem Werkstoff besteht, die derart gegeneinander versetzt aufgewickelt sind, daß sie sich nur in einem mittleren Bereich überlappen, und bei dem in die aus jeweils nur einer Folie gebildeten Endbereiche Stromzuführungsdrähte quer zur Wickelachse des Kondensators eingebettet sind. Derartige Kondensatoren sind aus der USA.-Patentschrift 3 040 415 bekannt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wickelkondensators. Das Anbringen der elektrischen Stromzuführungen an den Stirnseiten des Kondensatorwickels wirft das Problem der Herstellung eines ausreichenden elektrischen Kontaktes zwischen den Stromzuführungen und den metallisierten Kondensatorbelägen auf, um entweder einen Induktivitätseffekt oder eine Widerstandsaufheizung zu vermeiden, die als Folge einer nicht ausreichenden oder fehlerhaften Verbindung zwischen den Stromzuführungen und den Belägen des Kondensatorwickels auftreten können. Die Schwierigkeiten der Herstellung eines einwandfreien elektrischen Kontaktes zwischen den Stromzuführungen und den Belägen sind dann besonders groß, wenn diese aus einer metallisierten Schicht auf einer Folie aus thermoplastischem Werkstoff hergestellt ist. Die Dicke der Beläge liegt etwa in der Größenordnung von nur 25 nm, da das Metall nur einen ganz geringen Anteil etwa 0,4 % des Endvolumens des Kondensators bildet. Nach einem bekannten Verfahren zum Anbringen der Stromzuführungsdrähte an solche Wickelkondensatoren wird ein lötfähiges Metall verwendet, das an bestimmten Bereichen der Enden des Kondensatorkörpers aufgetragen wird, wobei die aufgetragene Lötmasse zwischen die vorspringenden Ränder der gewickelten Folien eindringt und damit eine elektrische Verbindung mit dem metallisierten Belag herstellt. Danach wird ein sich axial erstreckender Stromzuführungsdraht erwärmt, in einem Bad verzinnt und anschließend schnell auf das lötfähige Metall aufgesetzt, das zuvor auf bestimmte Bereiche der Stirnseiten des Kondensatorwickels aufgebracht worden ist. Um die Kontaktfläche und damit die sich daraus ergebende Verbindungsfestigkeit zu erhöhen, sind solche axialen Stromzuführungsdrähte normalerweise mit einem eingerollten Endabschnitt versehen worden, der sich aus der Achse der Stromzuführung in radial größer werdenden Spiralen erstreckt, wobei dieser gerollte Endabschnitt an der Stirnseite des Kondensatorwickels anliegt und in die Lötmasse eingebettet ist.

Trotz richtig aufgebrachter lötfähiger Schicht, ist das verbleibende Problem der mechanischen Verankerung der Stromzuführungen noch recht schwierig zu lösen. Speziell die thermische Steuerung des Lötschritts ist problematisch, weil die Stromzuführungsdrähte heiß genug sein müssen, um das aufgesprühte Metall zu schmelzen. Wenn die erforderliche Temperatur nicht beibehalten werden kann, muß ein Lötkolben benutzt werden. Ein solcher Schritt ist nicht mehr genau überwachbar und birgt die Gefahr, daß der dielektrische Werkstoff im Kondensatorwickel geschmolzen wird. Dadurch wird die Verbindung mit den metallisierten Elektroden von Zufälligkeiten abhängig, d. h., sie ist nicht mehr einwandfrei zu garantieren. Durch das Schmelzen der Folien kann zwischen dem aufgesprühten Metall und der metallisierten Folienschicht ein elektrischer Widerstand entstehen, der bei der Aufladung und der Entladung des Kondensators Wärme erzeugt, die einen weiteren schädlichen Einfluß ausübt.

Durch die Verwendung von Lötmasse bei den bekannten Verfahren zur Anbringung der Stromzuführungsdrähte treten noch weitere unerwünschte Nebenerscheinungen auf. Bei handelsüblicher Lötmasse handelt es sich um eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, die nicht aus dem Metall besteht, das allgemein für die elektrischen Stromzuführungen oder für die Kondensatorbeläge verwendet wird. Durch Feuchtigkeit können diese Werkstoffunterschiede zwischen Lötmasse und dem Metall des Belags oder der Stromzuführungsdrä'hte infolge elektrochemischer Aktivität die Lötverbindung zerstören.

Schließlich kann weder die Lötmasse noch das aufgesprühte Metall einen Stromzuführungsdraht allseitig umschließen, wenn dieser in die Stirnseiten eines Kondensatorwickels zur mechanischen Verankerung eingebettet ist. Durch die Verringerung der Berührungsoberfläche kann nur eine unzulängliche elektrische Verbindung geschaffen werden.

Aus der deutschen Patentschrift 767 203 ist ein Verfahren zum Anbringen von Stromzuführungsdrähten an einem Wickelkondensator bekannt, bei dem vorgebogene Stromzuführungsdrähte derart in die Enden des Kondensatorwickels eingebettet werden, daß ein Teil des vorgebogenen Bereichs frei bleibt. Danach wird auf diesen Teil des vorgebogenen Bereichs des Drahtes auf einen Teil der Stirnfläche des Kondensatorwickels eine Metallschicht aufgespritzt, die den Zuführungsdraht mit den Belagschichten elektrisch verbindet.

Ferner ist aus der französischen Patentschrift 1 378 401 ein Verfahren zum Kontaktieren von regenerierfähigen Kondensatoren bekannt, bei dem die erste auf die Stirnseite des Kondensators aufgespritzte Metallschicht aus demselben Metall besteht, wie der zugehörige Kondensatorbelag, damit die dünnen Belagschichten nicht durch Korrosion beschädigt werden.

Die Erfindung bezweckt einen Wickelkondensator aus zwei einseitig metallisierten Folien aus thermoplastischem Werkstoff mit Stromzuführungsdrähten zu scharfen, der die Nachteile der bekannten nicht besitzt und der darüber hinaus in einfachster Weise hergestellt werden kann. Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß jeder der Stromzuführungsdrähte an zwei räumlich voneinander getrennten Stellen eingebettet ist, daß er im Bereich zwischen den Einbettungen in Richtung der Wickelachse nach außen gebogen ist und daß eine Metall-. schicht den. nicht eingebetteten Bereich des Anschlußdrahtes bedeckt und ihn mit der Stirnfläche des Kondensatorwickels elektrisch leitend verbindet. Durch die Ausbiegung des mittleren Bereiches des Stromzuführungsdrahtes ist dieser an dieser Stelle von der Stirnfläche des Wickels abgehoben, so daß die auf den Stromzuführungsdraht und die Stirnfläche des Kondensatorwickels aufgebrachte Metallschicht den gesamten Umfang des Stromzuführungsdrahtes im ausgebogenen Bereich umschließt und damit die leitende Oberfläche der Verbindung vergrößert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Tiefe der Ausbiegung des Drahtes etwa gleich der Dicke des Drahtes, um im abgehobenen Bereich

einen geringen Abstand für das Eindringen in der Metallschicht zu schaffen.'

In Weiterbildung der Erfindung sind die Dielektrikumsfolien derart metallisiert, daß auf der Bandseite, die der Kontaktierungsseite gegenüberliegt, ein nicht metallisierter Streifen frei bleibt. Durch diese Anordnung kann die Metallschicht zwischen die Dielektrikumsfolien eindringen und eine größere Berührungsfläche mit den leitenden Metallisierungsschichten bilden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es besonders günstig, die den Anschlußdraht bedeckende Metallschicht aus dem gleichen Werkstoff bestehen zu lassen, wie der Kondensatorbelag, so daß beim Aufbringen der Metallschicht eine intensive Verbindung zwischen Kondensatorbelag und Metallschicht sichergestellt ist.

Die Erfindung bezweckt ferner ein Verfahren vorzusehen, durch das das Anbringen von Stromzuführungsdrähten an einen erfindungsgemäßen Wickel- ao kondensator wesentlich vereinfacht wird. Dieser Zweck wird durch ein Verfahren erreicht, nach dem die vorgebogenen erwärmten Stromzuführungsdrähte derart in die Enden des Kondensatorwickels eingebettet werden, daß der aufgebogene Bereich frei bleibt und daß danach auf den aufgebogenen Bereich des Drahtes und auf mindestens einen Teil der Stirnfläche des Kondensatorwickels eine Metallschicht aufgespritzt wird, die den Zuführungsdraht mit den Belagschichten elektrisch verbindet. Auf diese Weise wird der Stromzuführungsdraht durch den geschmolzenen, thermoplastischen, dielektrischen Werkstoff festgelegt, während gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen den Stromzuführungsdrähten und dem Elektrodenwerkstoff gewährleistet ist und noch durch die aufgesprühte Metallschicht verstärkt und in ihrer Berührungsfläche wesentlich vergrößert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wickelkondensators darstellt. In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kondensatorwickels vor der Fertigstellung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines fertigen Wickelkondensators mit Stromzuführungsdrähten,

F i g. 3 eine Seitenansicht eines Stromzuführungsdrahtes,

F i g. 4 ein Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 2 und

F i g. 5 . eine schematische schaubildliche Darstellung des Aufsprühens von Metall auf einen Teil der Stirnflächen der mit Stromzuführungsdrähten versehenen Kondensatorwickel.

In F i g. 1 ist ein teilweise aufgewickelter Kondensatorwickel 1 dargestellt, der aus handelsüblichem, metallisiertem, thermoplastischem, dielektrischem Werkstoff besteht. Die aus dielektrischem Werkstoff bestehende Folie 2, im Ausführungsbeispiel Polystyrol, ist mit einem Dünnfilm 3 metallisiert, der aufgedampft ist. Dieser Kondensatorbelag 3 ist auf die Dielektrikumsfolie 2 so aufgebracht, daß auf der Bandseite, die der Kontaktierungsseite gegenüberliegt, ein nicht metallisierter Streifen 4 frei bleibt.

Nach dem Wickeln, das im allgemeinen durch Versiegeln des Endes der äußeren Schicht des thermoplastischen dielektrischen Werkstoffes mit sich selbst abgeschlossen wird, wird der Kondensatorwickel 1 erwärmt und unter Druck flachgedrückt, um im wesentlichen das während des Wickeins von dem Dorn eingenommene Loch zu entfernen. Das Flachdrücken verringert nicht nur die Kondensatorgröße, sondern bringt die Kondensatoren auch in eine Form, in der sie in der in F i g. 5 veranschaulichten Vorrichtung besprüht werden können, ohne daß ihre Seiten gegen ein Übersprühen abgedeckt werden müssen.

Die in Fig. 2 dargestellten Stromzuführungsdrähte 5 werden dann teilweise in die Enden des Kondensatorwickels 1 quer zu dessen Wickelachse eingebettet. Bei einer solchen Teileinbettung kann es sich um eine Einbettung nur eines Teiles des Umfangs der Stromzuführungen 5 handeln, oder der gesamte Umfang kann nur über einen Teil der Länge eingebettet sein. Das Letztere erfolgt beispielsweise durch Verwendung eines Formwerkzeuges, um den geschmolzenen dielektrischen Werkstoff in Rippen 6 zu formen, die den übrigen Teil der Kontaktlänge zwischen der Stromzuführung 5 und dem Kondensatorwickel 1 überlagern. Vor dem Einbetten des Stromzuführungsdrahtes 5 wird dieser, wie in F i g. 3 der Zeichnung veranschaulicht ist, an einer Stelle mit einer Ausbiegung 8 versehen. Während des Einbettens liegt diese Ausbiegung, deren Tiefe etwa gleich der Dicke des Drahtes ist, zwischen den beiden, die Rippen 6 bildenden Formwerkzeugen in dem Bereich zwischen den beiden Teileinbettungen. Diese in Richtung der Wickelachse nach außen weisende Ausbiegung 8 des Stromzuführungsdrahtes 5 gewährleistet das Freilegen eines Teiles der Stromzuführung und damit eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Mantel der Stromzuführung 5 und einer später aufzubringenden Metallschicht 14.

Das Aufbringen der Metallschicht 14 erfolgt durch Aufsprühen von Metall, wie dies in F i g. 5 veranschaulicht ist. Zu diesem Zweck werden die Wickelkondensatoren 1 mit eingebetteten Stromzuführungsdrähten 5 auf ein Band 16 aufgereiht. Dabei liegen die Kondensatorwickel mit ihren abgeflachten Seiten aneinander, und die Stromzuführungsdrähte 5 weisen mit ihren Ausbiegungen 8 nach außen. Das Band 16 bewegt sich mit den so aufgereihten Kondensatoren hinter einem Schirm 18 entlang, der in seinem senkrechten Teil einen Schlitz 20 aufweist. Dieser Schlitz 20 ist so ausgerichtet, daß hinter ihm die Kondensatorstirnflächen und die Ausbiegungen 8 liegen. Vor dem Schirm 18 und dem Schlitz 20 ist eine Sprühpistole 22 so angeordnet und waagerecht so ausgerichtet, daß ein Sprühstrahl elektrisch leitenden Werkstoffs durch den Schlitz 20 auf die Stirnflächen der nebeneinander aufgereihten Kondensatorwickel mit eingesetzten Stromzuführungsdrähten aufgesprüht wird. Der Schirm 18 besteht vorzugsweise aus Kupfer, das das nicht durch den Schlitz hindurchtretende und auf den senkrechten Teil des Schirmes auftreffende Sprühmetall, beispielsweise Aluminium, nicht so stark am Schirm haften bleibt, daß es nicht leicht abgewischt oder abgebürstet werden könnte.

In F i g. 4 der Zeichnung ist ein Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in F i g. 2 dargestellt. Aus diesem Teilschnitt, der in vergrößertem Maßstab abgebildet ist, ist zu entnehmen, daß der Werkstoff der Metallschicht 14, die gegen das Ende des Kondensatorwickels gesprüht wird, zwischen die versetzten Dielektrikumsfolien 2 eindringt und eine Verbindung zwischen den Kondensatorbelägen 3 und dem Bereich 8 des Stromzuführungsdrahtes 5 herstellt. Da sich die Sprüh-

metallschicht über die gesamte Breite des Kondensators erstreckt, stellt sie eine elektrische Verbindung zwischen sämtlichen metallisierten Kondensatorbelägen der Stromzuführung her. Da der von der Sprühpistole 22 ausgesandte Strahl ausreichend breit ist, wird gewährleistet, daß ein Teil des Sprühmetalls 14 sowohl auf die nach rechts als auch auf die nach links gerichteten und sich axial erstreckenden Flächen der Kondensatorbeläge 3 gerichtet wird und nicht nur gegen die extrem schmalen Enden.

Obwohl eine ausreichende Festigkeit der Stromzuführungsdrähte durch das beschriebene und dargestellte Einbettungsverfahren erzielt wird, sind Anwendungsbereiche möglich, bei denen eine äußere Beschichtung mit einem Harz erforderlich ist, um den fertigen Kondensator einzukapseln und einen Schutz gegen Fremdeinwirkung zu schaffen. Eine solche Einkapselung verstärkt selbstverständlich auch die Festigkeit der Verbindung zwischen den Stromzuführungsdrähten und dem Kondensatorwickel.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wickelkondensator, bestehend aus zwei einseitig metallisierten Folien aus thermoplastischem Werkstoff, die derart gegeneinander versetzt aufgewickelt sind, daß sie sich nur in einem mittleren Bereich überlappen, und bei dem in die aus jeweils nur einer Folie gebildeten Endbereiche Stromzuführungsdrähte quer zur Wickelachse des Kondensators eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stromzuführungsdrähte (50) an zwei räumlich voneinander getrennten Stellen eingebettet ist, daß er im Bereich zwischen den Einbettungen (6) in Richtung der Wickelachse nach außen gebogen ist und daß eine Metallschicht (14) den nicht eingebetteten Bereich des Anschlußdrahtes (5) bedeckt und ihn mit der Stirnfläche des Kondensatorwickels (1) elektrisch leitend verbindet.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ausbiegung (8) des Drahtes (5) etwa gleich der Dicke des Drahtes ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrikumsfolien (2) derart metallisiert sind, daß auf der Bandseite, die der Kontaktierungsseite gegenüberliegt, ein nicht metallisierter Streifen (40) frei bleibt.

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Anschlußdraht (5) bedeckende Metallschicht (14) aus dem gleichen Werkstoff besteht, wie der Kondensatorbelag (3).

5. Verfahren zum Anbringen von Stromzuführungsdrähten an einem Wickelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebogenen erwärmten Stromzuführungsdrähte (5) derart in die Enden des Kondensatorwickels (1) eingebettet werden, daß der aufgebogene Bereich (8) frei bleibt und daß danach auf den aufgebogenen Bereich des Drahtes und auf mindestens einen Teil der Stirnfläche des Kondensatorwickels eine Metallschicht (14) aufgespritzt wird, die den Zuführungsdraht mit den Belagschichten (3) elektrisch verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen