DE1813371B2 - Verfahren zur Herstellung eines mit Rizinusöl imprägnierten elektrischen Kondensators - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mit Rizinusöl imprägnierten elektrischen KondensatorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit Rizinusöl imprägnierten elektrischen Kondensators,
der zwischen den Belägen ein Dielektrikum aus Polypropylen aufweist, bei dem ein Kondensatorwickel
hergestellt, der Wickel in ein Gehäuse eingebracht, das
Gehäuse evakuiert, das Rizinusöl in das Gehäuse eingefüllt und das Gehäuse abgedichtet wird.
Kondensatoren mit einem Wickel abwechselnder Schichten eines synthetischen Kunstharzfilmes und
metallischen Schichten der Beläge sind gewöhnlich mit einem dielektrischen flüssigen Imprägniermittel getränkt,
um die Stabilität sowie die Lebensdauer zu erhöhen und für einen niedrigeren Leistungsfaktor des
Dielektrikums, d. h. für geringere, dielektrische Verluste
der Kondensatoren zu sorgen. Zahlreiche synthetische Kunstharzfilme mit Polyolefinfilmen und insbesondere
Propylen sind schwer zu imprägnieren, wenn das Material selbst imprägniert werden soll, da dieses
Material gewöhnlich als nichtporös betrachtet werden kann, da es keine wesentliche Anzahl Poren oder
Zwischenräume aufweist, die die gegenüberliegenden Oberflächen miteinander verbinden. Gleichzeitig sind
jedoch keine durch den Film hindurchführende Porenöffnungen für eine Anwendung in Kondensatoren
erwünscht, da sie eine Gefahrenquelle für Überschläge oder Kurzschlüsse der Beläge darstellen. Darüberhinaus
weist eine Anzahl bekannter Imprägniermittel nachteilige Wirkungen auf einige Künstharzfilme auf oder sie
sind auf andere Weise mit den Kunstharzfilmen für viele Kondensatoranwendungen nicht verträglich. Zu den
bekannten Imprägniermitteln gehört auch Rizinusöl, das als Imprägniermaterial wünschenswerte Eigenschaften
für Niederfrequenz- und Energiespeicher-Gleichstromkondensatoren besitzt (US-Patent 33 40 446).
Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mit
Rizinusöl imprägnierten Kondensators zu schaffen, der gegenüber anderen bekannten Kondensatoren eine
höhere Energiespeichereigenschaft, eine erhöhte Stabilität und eine längere Lebensdauer besitzt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Temperatur des Wickels auf über 900C gebracht und über eine zur praktisch vollständigen
Imprägnierung des Polypropylenfilms erforderliche Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten wird, und
daß dann vor der Abdichtung des Gehäuses die Temperatur verringert wird.
Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Herstellungsverfahren das Rizinusöl mit dem Polypropylenfilm
verträglich ist und so ein Kondensator erhalten wird, der sich durch hohe Energiespeichereigenschaften,
erhöhte Stabilität und lange Lebensdauer auszeichnet
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens
ein Film von weniger als etwa 0,025 mm dickem
Polypropylen als Dielektrikum verwendet und die Temperatur 12 Stunden lang auf mehr als 1000C
gehalten.
Die solcheimaßen hergestellten Kondensatoren
zeichnen sich durch besonders vorteilhafte Eigenschaften aus.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und
der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensatoren
näher erläutert
Fig. 1 ist eine Darstellung eines Wickelkörpers für
den Kondensator
Fig.2 ist eine Darstellung eines Kondensators mit einem becherartigen Gehäuse, in dem der Kondensatorwickelkörper
nach F i g. 1 enthalten ist.
becherartigen Gehäuse, das zahlreiche langgestreckte
nach F i g. 1 ähnlich sind.
körper 10 mit einem Wickel abwechselnder Schichten 11 und 12 zweier Beläge sowie Streifen 13 und 14 aus
Polypropylen. Es werden geeignete Anschlußfahnen 15 und 16 verwendet, die für eine elektrische Verbindung
mit den Schichten 11 und 12 der Beläge sorgen. Fahnen 15 und 16 können an mehreren verschiedenen Stellen
innerhalb des Wickels selbst angeordnet sein und der Wickel kann eine abgeflachte Form besitzen. Obwohl
der Kondensatorwickelkörper 10 in F i g. 1 ein Dielektrikum zeigt, das zwischen den gegenüberliegenden
Schichten der Beläge nur einen Streifen aus Polypropylen besitzt, kann das Dielektrikum auch mehrere
Streifen aus Polypropylen umfassen. Darüberhinaus kann auch ein oder mehrere Streifen aus Polypropylen
zusammen mit Streifen eines anderen Materials wie z. B.
Papier verwendet werden. Hierbei wird die Verwendung von biaxial orientiertem Polypropylen bevorzugt.
Weiterhin können die Schichten der Beläge aus einem Material bestehen, das auf das Polypropylen oder das
Papier als ein Überzug, wie z. B. durch Metallisierung, aufgebracht worden ist.
Die Imprägnierung der in F i g. 1 gezeigten Kondensatorkörper
wird gewöhnlich durchgeführt, wenn die Wickelkörper in einem geeigneten Kondensatorgehäuse
angeordnet sind. Ein derartiges Gehäuse kann beispielsweise die in der F i g. 2 oder die in der F i g. 3
gezeigte Form besitzen.
In F i g. 2 ist ein Kondensator dargestellt, der einen den Kondensatorwickel 10 umschließenden äußeren
Becher 17 aufweist. Geeignete Anschlüsse 18 und 19 führen durch eine Wandungsoberfläche oder einen
Deckel 20 des Bechers 17 hindurch und sind elektrisch leitend mit den Anschlußfahnen 15 und 16 verbunden. In
dem Deckel 20 des Bechers 17 ist eine Öffnung 21
vorgesehen, durch die der Becher mit einem geeigneten
dielektrischen Imprägniermittel, in diesem Falle Rizinusöl, gefüllt werden kann und die danach dicht
abgeschlossen werden kann.
Es gibt eine Anzahl verschiedener Verfahren, um s
einen Kondensatorwickel 10 in dem Becher 17 wirksam zu imprägnieren. Beispielsweise kann der Kondensator
nach Fig.2 zur Vakuumtrocknung in eine geeignete
Kammer eingebracht werden, um die restliche Feuchtigkeit zu entfernen. Die Öffnung 21 in dem Becher 17
erlaubt wehrend des Trockenverfahrens einen Abzug der Feuchtigkeit aus dem Innenraum des Gehäuses. Die
Trocknungstemperatur und der Arbeitsgang hängen gewöhnlich von den Materialarten ab, die in dem
Kondensatorwickef 10 verwendet werden. Nach der Trocknung wird durch die Öffnung 21 hindurch
Rizinusöl in die Kondensatoranordnung gegeben, während sich der Kondensator weiterhin unter Vakuum
in der abgeschlossenen Kammer befindet Gewöhnlich wird soviel Imprägnierflüssigkeit eingefüllt, daß zumindest
der Kondensatorkörper in dem Behälter völlig eingetaucht ist Der Druck wird dann auf Atmosphärendruck
erhöht Die Kondensatoranordnung wird dann für mehrere Stunden stehen gelassen, so daß sich der
Kondensatorkörper vollsaugen kann und somit die Imprägnierflüssigkeit durch und durch in den Kondensatorkörper
eindringt Nach der Imprägnierung kann die Kondensatoranordnung abgeschlossen werden,
indem geeignetes Lötzinn oder ein anderes Dichtmaterial über die Öffnung 21 aufgetragen wird.
Die Erfindung geht, bezüglich der Vakuumtrocknung und des Füllens des Gehäuses und des Polypropylen
aufweisenden Körpers mit Rizinusöl, von den oben beschriebenen Verfahren aus. Danach wird die Temperatur
erhöht und die Anordnung kann für mehrere Stunden ziehen. Bei kleineren Kondensatorwickeln
haben Temperaturen über 900C bereits bei 12 bis
14 Stunden eine praktisch vollständige Imprägnierung bewirkt Es ist jedoch vorzuziehen, in dem Imprägnierverfahren
höhere Temperaturen nahe 100° C oder darüber zu verwenden, damit eine im wesentlichen
vollständige Imprägnierung sichergestellt ist. Obwohl sich gewöhnlich derartige Temperaturen über einen
gewissen Zeitraum bei anderen Materialkombinationen als nachteilig herausgestellt haben, zeigt die Kombination
aus Rizinusöl und Polypropylen keine nachteiligen Wirkungen.
Eine Imprägnierung der Kondensatoren mit dochtartigen Blättern, wie z. B. Papier, zwischen den Schichten
aus Polypropylen hat sich nicht als besonders schwierig herausgestellt. Wird kein Papier verwendet, wenn also
beispielsweise nur ein Polypropylenstreifen oder mehrere Streifen zwischen den Belägen angeordnet werden,
ist die Imprägnierung sehr viel schwierige!. Rizinusöl tränkt beispielsweise Polypropylen recht langsam. Es
wird keine nennenswerte Imprägnierung der Polypropylenstreifen sichtbar, wenn sie Rizinusöl bei Raumtemperaturen
über längere Zeiträume oHer sogar bei Temperaturen unter 75° C bei längeren Zeiten ausgesetzt
werden. Bei Temperaturen von 75° C hat sich herausgestellt, daß eine Zeit von 24 Std. erforderlich ist,
um einige übliche Kondensatorwickel praktisch vollständig zu imprägnieren. Es ist demgemäß wünschenswert,
für den Imprägnierungsprozeß Temperaturen über 100°C für mindestens 12 bis 14 Std. zu verwenden, μ
wenn das Verfahren auf kleine Gleichstromkondensatorwickel für Elektronikzwecke angewendet wird, die
als Dielektrikum nur Streifen von weniger als etwa 0,025 mm Polypropylen zwischen den Belägen enthalten.
Mit praktisch voliständiger Imprägnierung soll gemeint sein, daß das verwendete imprägnierungsverfahren
zur Folge hat, daß sich der dünne Streifen aus Polypropylen mit seiner maximalen oder nahezu
minimalen Menge an Imprägniermittel vollsaugt Dieses Volisaugen geschieht mit Hilfe des Rizinusöls, das
praktisch alle vorhandenen Räume in dem Material und ebenso in einigen Fällen das Material selbst ausfüllt, das
das Imprägniermittel innerhalb seines Gefüges absorbiert Praktisch vollständige Imprägnierung beinhaltet
normalerweise auch das Tränken irgendeines Zwischenraumes zwischen einem iCunstharzfüm und einem
gegenüberliegenden Belag.
Das Zeit-Temperatur-Verfahren der beschriebenen Imprägnierung liefert hervorragende Ergebnisse bei der
Herstellung von Kondensatoren. Die Aufsaugperiode bei erhöhter Temperatur kann in Beziehung zu einem
Beuteltest gesetzt werden, in dem ein Rizinusöl enthaltender Polypropylenbeutel in eine erhitzte Kammer
eingebracht wird. Die Imprägnierungszeit für diese idealen Bedingungen wird als die Zeit gemessen, die das
Rizinusöl bei einer gegebenen Temperatur benötigt, um durch den Beutel zu dringen oder zu diffundieren und
auf seiner äußeren Oberfläche zu erscheinen.
Es können eine Anzahl anderer Testverfahren und ebenso Hilfsstufen verwendet werden. Hierzu gehören
Zusätze sowie Druck- und Temperaturzyklen. In jedem Falle kain die praktisch vollständige Imprägnierung
durch andere Parameter gemessen werden, wie z. B. die Koronazündspannungen. Die Messung dieser Spannungen
bei verschiedenen Imprägnierungsgraden zeigt, daß sie sich ausgleichen oder in der Nähe der maximalen
Koronazündspannung nur in sehr geringem Maße schwanken, wenn eine praktisch vollständige Imprägnierung
vorliegt.
Es ist weiterhin gefunden worden, daß Rizinusöl sowohl mit Polypropylen für eine lange Betriebszeit als
auch mit der in dem Imprägnierungsverfahren verwendeten hohen Temperatur verträglich ist. Es hat sich auch
herausgestellt, daß Polypropylen bei der Imprägnierung nur in sehr geringem Maße und nur kurz aufquillt und
plastisch wird. Wichtiger ist jedoch, daß die Kombination aus Polypropylen und Rizinusöl einen Gleichstromkondensator
mit einer längeren Lebensdauer bei höherer Betriebstemperatur liefert
Als ein Beispiel für die durch diese Erfindung erzielbaren Vorteile wurden Gleichstromkondensatoren
gemäß der Darstellung und der Beschreibung zu F i g. 1 mit einem nur biaxial orientierten Polypropylenfilm
von weniger als 0,025 mm Dicke zwischen den Belägen hergestellt. Entsprechende Kondensatoren
wurden auf ähnliche Weise einerseits mit einem chlorierten Kohlenwasserstoff und andererseits mit
Rizinusöl getränkt. In einer Anordnung zur Prüfung der Lebensdauer zeigten die Ergebnisse für die mit
chloriertem Kohlenwasserstoff behandelten Kondensatoren ein Versagen nach durchschnittlich 15 Std. Im
Vergleich dazu trat bei den nach einem Verfahren gemäß der Erfindung mit Rizinusöl getränkten Einheiten
ein Versagen erst nach durchschnittlich 710 Std. auf.
Diese Kondensatorprüfungen wurden bei einer Gleichspannung von 788 Volt und einer Temperatur von etwa
85° C durchgeführt.
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Rizinusöl besaß einen Leistungsfaktor von etwa 0,2%
bei Frequenzen in der Größenordnung von etwa 60 Hz.
Der Leistungsfaktor geht auf etwa 0,05% zumck, wenn sich die Frequenz auf etwa 1000 Hz erhöht Bei einem
weiteren Ansteigen der Frequenz erhöht sich der Leistungsfaktor, bis er bei Frequenzen von etwa 100 bis
100OkHz den relativ hohen Wert von etwa 2 bis 5% erreicht Demgemäß ist Rizinusöl gewöhnlich für
Kondensatoren niedriger Frequenz und besonders für Gleichstromkondensatoren empfehlenswert. Rizinusöl
kann allein als Imprägniermittel verwendet werden oder es können stabilisierende Zusätze zugegeben
werden, oder es kann selbst als eine Mischung mit anderen bekannten Kondensatortränkölen verwendet
werden. Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wurden zahlreiche Dielektrikumskombinationen
eines Polypropylenstreifens oder
mehrerer Streifen mit oder ohne dochtartigem Streifen praktisch vollständig mit Rizinusöl getränkt. Die
erhaltenen Kondensatoren werden nun verschiedenen Prüfungen für elektrische Kondensatoren unterworfen.
Die Ergebnisse zeigen die Verträglichkeit des Rizinusöls mit Polypropylen und dessen praktisch vollständige
Durchtränkung.
Ein Kondensatorwickel, wie er z. B. als Wickel 10 in F i g. 1 gezeigt ist, kann als einziger Kondensatorkörper
in einem Becher, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, oder in einer Ausführungsform mit mehreren Kondensatorwikkelkörpern
verwendet werden. Als Beispiel hierfür ist in F i g. 3 ein Kondensator 22 dargestellt, der eine Reihe
von Kondensatorwickel 10' enthält, die eine langgestreckte Ausbildung der Wickel 10 aus F i g. 1 darstellen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit Rizinusöl imprägnierten elektrischen Kondensators, der zwischen
den Belägen ein Dielektrikum aus Polypropylen aufweist, bei dem ein Kondensatorwickel
hergestellt, der Wickel in ein Gehäuse eingebracht, das Gehäuse evakuiert, das Rizinusöl in das Gehäuse
eingefüllt und das Gehäuse abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
des Wickels auf über 900C gebracht und über
eine zur praktisch vollständigen Imprägnierung des Polypropylenfilms erforderlichen Zeitspanne auf
dieser Temperatur gehalten wird, und daß dann vor der Abdichtung des Gehäuses die Temperatur
verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eiii Film von weniger als etwa 0,025 mm dickem Polypropylen als Dielektrikum
verwendet wird und die Temperatur zwölf Stunden lang auf mehr als 100°Cgehalten wird.
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