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Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren, insbesondere solchen mit
sehr hohem elektrischem Widerstand und niedrigem Verlustfaktor. ZuT Erzielung einer
hohen Kapazität bei einem möglichst kleinen Vo#lumen wird der bekannte Kondensator
Typ Mansbridge verwendet, der aus aufgewickelten isolierenden Folien mitdazwischenliegendenMetallfolien
besteht.
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Es ist bekannt, derartige Kondensatoren aus geschichteten flachen
Platten aus thermoplastischen Folien und danvischenliegenden Metallelektroden, die
durch Anwendung von äußerem Druck und Hitze miteinander verbunden werden, herzustellen.
Es ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem die dielektrischen Bänder, die einen
Metallbelag besitzen, auf einen verformbaren Hohldern aufgewickelt werden, worauf
der Wickel mit dem Hohldorn zwischen Druckkörpern, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur,
flach gepreßt und innerhalb der PreßvorricUtung einer solchen Erwännung unterzogen
wird, daß eine Verschweißung dex aufeina.nderliegenden, über die Belegungen hervorstehenden
Kunststoffteile des Wickelkörpers erfolgt. Bei diesem bekannten Verfahren verwendet
man als Dielektrikum einen therrnoplastischen Kunststoff-. Der Hohldorn besteht
aus gleichem oder ähnlichem
Material, da er unter den gleichen Bedingungen
verformbar sein muß. -
Es ist selbstverständlich, daß bei einem derartigen
Verfahren, das einen verfo=bamn Hohldorn zur Voraussetzung hat, nur Flacliwickel
hergestellt werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß für viele Zwecke zylinderförmige
* Konden.-sato,ren bevorzugt werden, die !einen hohlen oder massiven Kern
besitzen. Ein weiterer Nachteil der bekwinten Verfahren besteht darin, daß zur Herstellung
der Kondensatoren von außen wirkende Preßvorrichtungen notwendig sind, mit denen
der für die Versichweißung der einzelnen Kunststofflagen erforderliche Druck erzielt
wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen ein Verfahren, bei dem
sowohl zylindrische als auch Flachwickel hergestellt werden können, und zwar oh-nie
die Verwendung von Preßvorrlchtungen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der
zur innigen Verbindung der einzelnen Wicklungen notwendige Druck durch die bei der
Erhitzung eintretende Ausdehnung des therrnaplastischen Stoffes von selbst gebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren. besteht zunächst darin, daß das die
Metallschichten enthaltendie Band aus therrnoplastischeni Stoff auf ein-en mit Mitteln
zur mechanischen Befestigung seines inneren Endes versehenen hohlen Dorn aufgewickelt
wird. Dieser Dorn wixd gemäß der Erfind:ung nach Aufsetzen einer den Wickel umfassenden
Muffe und Lösen des inneren Bandendes durch einen zweiten Dorn ersetzt, der aus
festem Stoff oder einem erst bei einer höheren Temperatur als der thermopilastische
Stoff des Wickels plastisch werdenden Stoff besteht und auf dem das Erhitzen des
Wickels erfolgt.
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Durch die Verwendung ein-es ersten Wickeldornes, der vor der Erhitzung
des Wickels entfernt und durch einen zweit-en Dorn zersetzt wird, wird außerdem
der Vorteil erzielt, daß kein Klebemittel od. dgl. verwendet zu werden braucht,
um den Anfang des Wickels auf dem Dorn zu befestigen. Dies müßte beispielsweise
dann geschehen, wenn bei dem bekaTmten Verfahren der Wickel unmittelbar auf dem
für das Erhitzen vexwendeten Dorn hergestellt würde, da eine mechanische Befestigung
wegen des folgemden Herausnehmens des Dornes zur Bildung, des Hohlwickels nicht
möglich ist. Das Klebemittel würde bei der anschließenden Erhitzungg des Wickels
verdampfen und Verunreinigungen im Wickel verursachen, so daß die Herstellung des
hochwertigen Kondensators nicht gewährleistet wäre.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Erhitzen
des Wickels aus einem aus Metall bestehenden Dorn erfolgt, der nach seinem in den
Wickel einzuführenden Ende hin konis,ch verjüngt ist und nach dem Erhitzen des Wickels
aus dieserh wieder herausgezogen wird.
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Gemäß der Erfindung kann man auch einen aus plastischem Stoff bestehenden
Dorn verwenden, der nach dem Erhitzen des Wickels als Kein in diesem verbleibt.
Der aus plastischem Stoff bestehende Dorn wird jedoch, wie bereits oben erwähnt
wurde, erst bei einer höheren Temperatur als der thermoplastische Stoff des Wickels
plastisch, damit er beim Erhitzen und Verschweißen des Wickels seine Form behält.
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Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß der an zweiter
Stelle verwendete Dorn, gleichgültig ob er naich diem Erhitzen des Wickels herausgenommen
wird oder in ihm verbleibt, konisch verjüngt ist, denn der bei der Erhitzung entstehende
Innendruck setzt voraus, daß derjenige Teil des zweiten, Dornes, der mit dem Wickel
in Berührung kommt, sich dicht schließend gegen den Wickel von innen anlegt. Wenn
aber der Dorn an seinem Einfü,hrun#gsend,e denselben Durchmesser -haben würde wie
in seinem übrigen Teil, so könnte er nur schlecht in den Wickel eingeführt werden,
ohne dessen innere Isolierschichten zu verletzen und die einzelnen Lagen gegeneinander
zu verschieben. Durch die schwache konischie Verjüngung des Dornes wird diese Schwierigkeit
behoben und zugleich für die Herstellung von Kondensatoren mit Hohlkernerreicht,
daß der Dorn leicht aus dem Wickel herausgezogen werden kann, ohne Gefahr zu lauien,
daß der Wickel hierdurch verletzt wird.
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Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
des oben erläuterten Verfahrens vorgeschlagen, durch die ein seitliches Auslließen
von thermopilastischem Stoff bei der Erhitzung, des Wickels verhindert wird.
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In den Zeichnungen ist eine Ausführungsf orm der Erfindung g beispielsweise
dargestellt. Es zeigt Fig. i den Kondensator in schaubildlicher, teilweise schematischer
Darstellung im vergrößerten Maßstab, Fig. 2 den Kondensator nach Fig. i in einem
Zwischenstadium der Fertigung im Querschnitt im vergrößerten Maßstab, Fig-
3 Vorrichtungen zur H.exstellung das Kendensators nach Fig. i in auseinandergiezogener
Darstellung, Fig. 4 leine weitere Vorrichtung zur Herstellung des Kondensators nach
Fig. i im Längsschnitt.
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Die wesentliche Ausbildurig des Kondensators ist aus den, Fig. i und
2 ersichtlich. Der Kondensator i hat die übliche Form eines Hohlzylüiders und hesitzt
Platten 2 und 3, die voneinem Dielektrikum, das aus isolierenden thermopilastischen
Folien 4 besteht, getrennt sind. Anschlußleiter 5
und 6 sind mit den
Platten 2 bzw. 3 verbunden.
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Der Kondensator i wird durch Aufwickeln eines langen, niehrschichtigan
Bandes auf einen teilweise geschlitzten hohlen zylindrischen Dorn 7 hergestellt
(vgl. Fig. -? und 4). Das Bandenthält die Platten 2 und 3, die zwischen Schicht=
aus therrnoplastischer Folie 4 eingelegt sind. Aus Fig. 2 ist ers#,chtlich, daß
die Platte 2 länger als die Platte 3 ist und die Platten längs des mehrschichtigen
Bandes so, angeordnet sind, daß die Platte 2 die Platte 3 auf beiden Seiten
einhüllt. Außerdem besteht die Schicht aus thermoplastischer Folie 4 aus zwei übereinanderliegenden
Folienteilen, die ffie Platte --) auf
beiden Seiten Überragen. Das
innere Ende, d. h.
dasjenige, das zuerst auf den Dorn gewickelt wird, Überragt
die Platte in einer solchen Länge, daß am Anfang eine ausreichende Isolation vorhanden
ist, bevor die Platte -- zur Aufwicklung gelangt, während das äußere Ende
die Platte 2 in einer solchen Länge überragt, daß nach Aufwickeln der Platte 2 auf
den Dorn ein Enddurchmesser erreicht wird, der für das Aufpassen einer geteilten
Muffe i i (Fig. 3) erforderlich ist. Aus Fig. i ist ferner ersichtlich, daß
die thermoplastische Folie 4 breiter ist als die Platten -, und 3.
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Der Dorn 7 ist bei 15 teilweise geschlitzt, damit das
Ende 8 der thermoplastischen Folie 4 in dem Schlitz festgehalten werden kann,
während das Band auf den Dorn 7 aufge,#vickelt wird. Als Führungen, zwischen
denen das Band aufgewickelt wird, be-
sitzt der Dorn 7 eine Schulter
9 und einen Pflo#ck io, der vor Beginn des Aufwickelns in das Ende des Darnles
7 eingeführt wird. Die Anschlußleiter 5
u-nd 6 werden an den
Platt-en 2 und 3 vor dem Aufwickeln oder während des Aufwicke-Ins befestigt.
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Nachdem das Band f#est auf den Dorn7 gewickelt worden ist, wird die
eine Hälfte der geteilten Muffe i i auf den gewickelten Kondensator aufgesetzt.
Die isolierenden Folien können nun in der passenden Länge abgeschnitten werden,
worauf die andere Hälfte der geteilten Muffe i i auf den Kondensator aufgesetzt
wird. Die inneren Abmessungen jenes Teiles der Muffe i i, die den Kondensator
i umgeben, sInd derart gehalten, daß sie fest passend den Kondensator i umschließen,
um ein Abwickeln desselben zu vermeiden. Das freie Ende des Bandes wird zwischen
den zwei Hälften der -Muffe i i eingeklemmt, wenn diese auf den Kondensator i aufgesetzt
werden. Mit einer nicht dargestellten Klammer wird die Muffe i i zusammengespannt
und mit einem scharfen Werkzeug, das in den hohlen Dorn 7 eingeführt wird,
wird das Ende 8
des Bandes, das in dem Schlitz des Domes 7 gehalten
wird, abgeschnitten.
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Nach dem Wickeln des Kondensators i wird der Pflock io entfernt und
ein polierter konischer Stahldorn iz in den Kondensator 'gestoßen, wobei der Dorn7
ausgestoßen wird. Der komsche Doriii2 hesitzt eine Schulter14, die das Ausfließen
des plastischen Werkstoffes auf der einen Seite des Kondensatorsi während der anschließenden
Erhitzung verhindert. Jede Hälfte der Muffe i i besitzt halbkreisförmige nach innen
vorstehende Bunde 13, die jenseits des Teiles der Muff e liegen, der den Kondeneatür
i umsaließt. Dies verhindert das Ausfließen des plastischen Werkstoffes am anderen
Ende des Kondensators i.
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Der Kondensator ist nun fertig zur Erhitzung, durch die die Windungen
der plastischen Folie 4 um die Kondensatorplatten 2 und 3 herum miteinander
verbunden werden. Es ist im allgemeinen nötig, auf eine Temperatur zu erhitzen,
die höher liegt als die, bei der die plastiscl-i-e Folie zu fließen beginnt. Besteht
die plastische Folie aus Polystyrel, wird die Erhitzung im Ofen zweckmäßig bei einer
b
Temperatur von ioo' C für eine geeignete Dauer durchgeführt.
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Die Anwesenheit des Dornes 12 verbürgt, daß die innere Formgehung
des Kondensators aufrechterhalten bleibt und daß der Druck, der durch die Ausdehnung
des Isollerstoffes hervorgerufen wird, auf dieaufeinanderfolgendenIvVindungen übertragen
wird.
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Die Folie kann aus irgendeinem th-ermoplasitischen Werkstoff bestehen,
der ein gutes elektrisches Isolationsvermögen besitzt und somit als geeignetes Dielektrikum
dienen kann.
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Bei der Erhitzung neigt der thermoplastische Werkstoff dazu, sich
auszudehnen. Dies wird durch die genau passende Muffe i i und den konischen Dorn
12 verhindert. Der thermoplastische WQr1,-stoff wird daher mit steigender Temperatur
einem steigenden Druck unterworfen. Dieser Druck bewirkt, daß sich die aufeinanderfolgenden
:Windungen des Isolierstoffes miteinander verbinden, wenai die Temperatur über dein
Punkt gehalten wird, wo der thermoplastische Werkstoff zu fließen b egrinnt.
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Die Breite der thermoplastischen Folie sollte größer sein als die
der Kondensatorplatten, so daß eine sichere Verbindung der Kanten des Kondensators
erreicht wird, wenn der thermoplastische Werkstoff zu fließen beginnt. Das sichere
Verbinden verhindert den Zutritt von Nässe zwischen aufeinanderfolgende Windungen,
wenn hohe Feuchtigkeit gegeben ist.
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Es ist wünschenswert, zwischen den Kondensatorplatten mehrere
Schichten aus thermoplastischem Werkstoff zu haben. Thermoplastisch#e Werkstoffe
besitzen nämlich gewöhnlich winzige fehlerhafte Stellen, woraus sich eine mangelhafte
Isolation. der beiden Platten voneinander ergeben kann. Wenn mehrere Schichten aus
thermoplastischem Werk-Stoff verwendet werden, ist es äußerst unwahrscheinlich,
daß fehlerhafte Stellen in der einen Schicht mit denen in einer anderen Schicht
zusammenfallen.
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Die Kondensatorplatten können aus Aluminium-, Zinn- oder Silbjerfolien
ausgeschnitten sein.
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Die Kondensatorplatten können auch durch Niederschlagen einer leitenden
Schicht aus Al-uminium, Zinn, Silber oder Kohle auf die plastischen Folien hergestellt
werden.
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Der Stalildorn wird zweckmäßig konisch verjüngt ausgebildet, um ihn
nach der Erhitzung leichter aus dem Kondensator entfernen zu können. Es ist jedoch
auch möglich, einen massiven plastischen Dom an Stelle des Domes 12 zu verwenden.
In diesem Fall wird der Dorn nach der Erhitzung nicht entfernt, sondern bleibt als
zentraler Kern im Kondensator. Es ist dann wünschenswert, daß die Temperatur, bei
der der plastische Dorn anfängt zu fließen, höher liegt, als die der plastischen
Folie. Außerdem sollte der plastische Dorn die erforderlichen hoben :elektrischen
Eigenschaften hesitzen.
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Es kann an Stelle des Domes 12 auch ein massiver Dom aus nicht thermoplastischem
Werkstoff mit geeignetem elektrischem Isolationsvermögen
Verwendung,
finden.- Ein derartiger Dom wird nach der Erhitzung ebenfalls nichtentfernt, sondern
verbleibt in dem Kondensator als zentraler Kern.