DE974887C - Elektrischer Wickelkondensator mit laengs- und quergereckten Kunststoffolien als Dielektrikum - Google Patents

Description

• Elektrischer Wickelkondensator mit längs- und quergereckten Kunststoffolien als Dielektrikum Für den Aufbau von elektrischen Kondensatoren mit Kunststoffdielektrikum werden üblicherweise sogenannte gereckte Dielektrika benutzt, das sind Kunststoffbänder, die bei oder nach ihrer Herstellung durch einen mechanischen Zug, meist unter gleichzeitiger Erwärmung, auf ein Mehrfaches ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden und in diesem gedehnten Zustand erstarrt sind. Derartige gereckte Bänder sind im Gegensatz zu nicht gereckten wesentlich biegsamer, so daß sie sich ohne Schwierigkeiten zu Wickelkondensatoren verarbeiten lassen.
• Weiterhin erbringt der gereckte Zustand einen weiteren, zunächst nicht vorhersehbaren Vorteil, daß nämlich nach der Herstellung des Wickelkörpers durch Anwendung von Wärme die Bänder mindestens zum Teil entreckt werden können, wodurch innerhalb des Wickelkörpers zunächst ein so großer Druck entsteht, daß eingeschlossene Luftmengen aus dem Kondensatorfeld verdrängt werden. Weiterhin wird zum Teil dadurch, zum Teil aber auch durch einen gewissen thermischen Ausgleich innerer Materialspannungen eine hohe Kapazitätskonstanz und ein gleichmäßiger Temperaturgang der Kapazität erreicht.
• Bei dem Aufbau von Kondensatoren verschiedener Größen unter Verwendung verschieden starker Ausgangsstoffe zeigte sich nun, daß an den guten dielektrischen Werten die Verschweißung der frei aufeinanderliegenden, aus den Wickelstirnseiten herausragenden Isolierstoffränder einen großen Anteil hat. Baut man nämlich Kondensatoren, bei denen eine Verschweißung der überstehenden Windungsränder nicht erfolgt, dann ist die Inkonstanz der Kapazität und auch die Schleifenbreite des Temperaturganges untragbar groß. Es ist daher wichtig, daß bei der Wärmebehandlung eine sichere Verschweißung der Isolierstoffränder eintritt.
• Es ist bekannt, das Zusammenschweißen dadurch zu erreichen, daß man die dielektrischen Zwischenlagen, die Metallbelegungen, auf den Stirnseiten so weit überragen läßt, daß ein sicheres Verschweißen erfolgt. Infolge der bei der Temperungsbehandlung zur Entreckung der Kunststoffbänder frei werdenden Zugkräfte im Dielektrikum und dem gleichzeitigen Erweichen derselben legen sich die überstehenden Enden benachbarter Dielektrikumslagen aufeinander und verschweißen miteinander. Um das Verschweißen zu erleichtern, kann im Anschluß an die Entreckungsbehandlung die Temperatur kurzzeitig weiter erhöht werden. Das Zusammenlegen der überstehenden Ränder benachbarter Dielektrikumslagen läßt sich leicht an dem fertigen Kondensator feststellen, da infolge des Zusammenlegens der Folienränder eine Verminderung des Durchmessers der Randzonen des Wickels auftritt. Da der Durchmesser im mittleren Teil des Wickels gleichzeitig erhalten bleibt, ist dieses Zusammenlegen der Folienränder an Einschnürungen in den Randzonen des Wickels deutlich erkennbar. Der Grad dieser Einschnürung hängt ab von der Stärke der Belegungen im Vergleich zur Stärke der dielektrischen Zwischenlagen. Je stärker nämlich die Belegungen sind, im Verhältnis zur Stärke der dielektrischen Zwischenlagen, um so größer sind die durch das Zusammenlegen der Ränder der dielektrischen Zwischenlagen zu überbrückenden Abstände.
• Solange als dielektrische Zwischenlage Bänder relativ großer Stärke, z. B. 2o #t oder darüber benutzt wurden, war das Verhältnis Dielektrikumstärke zur Stärke der Belegungen stets größer als i, z. B. 2 : i, da man schon zur Erzielung hoher Raumkapazität und Materialersparnis möglichst dünne Belegungen verwendet hat, so daß bei Kondensatoren deren Dielektrikum aus gleichzeitig längs- und wenn auch in geringem Umfang quergereckten Bändern bestand, nur relativ kleine Einschnürungen auftraten. Nachdem nun neuerdings auch die Herstellung dünnerer gereckter Kunststoffbänder möglich ist, bemüht man sich aus diesen Wickelkondensatoren herzustellen, da für viele Anwendungszwecke, bei denen nur eine geringe Durchschlagsfestigkeit gefordert wird, dadurch ein hoher Raumgewinn ermöglicht wird. Baut man nun in der bekannten Art Wickelkondensatoren aus derartigen dünnen dielektrischen Bändern und Metallfolien der handelsüblichen Stärke auf, dann ergeben sich infolge der relativ großen Stärke der Metallfolien im Verhältnis zur Stärke der dielektrischen Bänder starke Einschnürungen.
• Da der zu überbrückende Abstand durch eine Dickenzunahme der überstehenden Ränder des Dielektrikums infolge der Entreckung vermindert wird, ist die Stärke der Einschnürung auch von dieser Verdickung abhängig. Die Verdickung der Bänder wiederum hängt einerseits vom Reckzustand des Dielektrikums und andererseits von den Temperaturbedingungen beim Entrecken ab.
• Um Einschnürungen an den stirnseitigen Enden des Wickels gänzlich zu vermeiden, wird bei einem elektrischen Wickelkondensator mit längs- und quergereckten Kunststoffolien als Dielektrikum in einer Stärke von io #tm oder geringer und selbständigen Metallfolien bzw. Metallisierungen der Kunststoffolien in der Größenordnung von selbständigen Metallfolien dessen gerecktes Dielektrikum die Belegungen stirnseitig überragt und durch eine Wärmebehandlung mindestens zum Teil entreckt wird, vorgeschlagen, erfindungsgemäß solche Kunststoffolien zu verwenden, daß der Abstand zwischen je zwei aus den Wickelstirnseiten herausragenden Isolierstoffwindungen im nicht entreckten Zustand höchstens gleich der Dickenzunahme jedes der überstehenden Isolierstoffränder infolge der Entreckung ist.
• Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Regel sind mehrere Lösungen möglich. Man kann die Stärke der Belegungsschichten, die entweder in Form von selbständigen Metallfolien oder auch als Metallisierungen in größerer Stärke benutzt werden können; so bemessen, daß sie höchstens die halbe Stärke der Isolierstoffbänder besitzen. In diesem Falle ist dann jedenfalls mit Sicherheit eine Berührung der überstehenden freien Isolierstoffränder bei der Entreckung und damit eine Verschweißung möglich. Bei der Benutzung von io #Lm starken oder noch schwächeren Isolierstoffolien müssen daher 5 #tm starke oder entsprechend schwächere Belegungen benutzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, wenn beispielsweise die notwendige geringe Stärke der Belegungsschichten praktisch nicht herstellbar ist, die Behandlungstemperatur des fertigen Kondensatorkörpers höher als üblich zu wählen, weil dadurch eine stärkere Schrumpfung der gereckten Kunststoffbänder und damit auch eine größere Dickenzunahme der freien Isolierränder eintritt. Bei Kondensatoren, zu deren Aufbau gereckte Polystyrolbänder benutzt werden, war bisher eine Behandlungstemperatur von 9o° C üblich. Erhöht man diese auf ioo°C, dann kann man erreichen, daß auch dann, wenn der Abstand der Isolierstoffwindungen infolge zu starker Belegungen zu groß ist, trotzdem eine Verschweißung der freien Isolierstoffränder möglich ist.
• Überraschenderweise hat sich ergeben, daß Kondensatoren, deren stirnseitiger Verschluß durch Verschweißen durch eine Verdickung der Folienränder infolge des Entreckens ermöglicht wird und eine Einschnürung an den Enden des Kondensators vermieden wird, nicht nur eine gefälligere Form aufweisen, sondern gegenüber sonst ähnlich aufgebauten Kondensatoren, bei denen das Verschließen der Stirnseiten durch Zusammenlegen der Folienränder mit den sich daraus ergebenden Einschnürungen erfolgt, eine wesentlich höhere Durchschlagsfestigkeit besitzen. Diese Tatsache läßt sich dadurch erklären, daß bei der Entstehung von Einschnürungen die scharfkantigen Ränder der Metallfolien während der Temperaturbehandlung in die erweichten dielektrischen Bänder einschneiden und deren Durchschlagsfestigkeit herabsetzen. Die Beeinträchtigung der Durchschlagsfestigkeit wirkt sich verständlicherweise besonders stark bei sehr dünnen dielektrischen Bändern unter io #tm aus, um so mehr, als hier auch besonders leicht starke Einschnürungen entstehen können. Sie kann hier sogar zu einem vollständigen Kurzschluß benachbarter gegenpoliger Belegungen führen.
• Bei der Schrumpfung der Isolierstoffbänder tritt neben der Dickenzunahme naturgemäß gleichzeitig eine Breitenverringerung ein, das bedeutet, daß insbesondere die überstehenden Ränder schmaler werden. Je höher die Behandlungstemperatur ist, um so größer wird die Breitenverringerung sein. Es empfiehlt sich daher aus diesem Grunde, die Isolierstoffränder nicht zu wenig aus dem Wickelkörper herausstehen zu lassen, damit nicht hierdurch die gewünschte Verschweißung wieder unmöglich gemacht wird. Es zeigte sich, daß es vorteilhaft ist, mindestens 3 mm, vorteilhafterweise jedoch 5 mm, Überstand zu wählen.
• In der Zeichnung ist in Fig. i der Querschnitt eines Teiles eines Wickelkörpers wiedergegeben, der noch nicht der Wärmebehandlung unterzogen worden ist. Mit a sind die Isolierstoffbänder und mit b die Belegungen bezeichnet. Man erkennt, daß der Abstand der freien, aus dem Wickelkörper herausragenden Isolierstoffränder in diesem Falle durch die Stärke der Belegungen b bestimmt wird. Dieser Abstand bzw. die Behandlungstemperatur des Wickelkörpers soll nun so gewählt sein, daß nach der Wärmebehandlung infolge der Dickenzunahme der überstehenden Isolierstoffränder ein Verschweißen dieser Ränder untereinander stattfindet. Dieser Zustand ist in der Fig. 2 wiedergegeben. Die Isolierstoffbänder a sind an ihren Randteilen infolge der Wärmebehandlung stärker und gleichzeitig schmaler geworden, berühren einander und können, falls die Behandlungstemperatur die entsprechende Höhe aufweist, zusammenschweißen. Sollte die eigentliche Behandlungstemperatur eine Verschweißung nicht herbeiführen, läßt sich dies durch einen kurzzeitigen Wärmestoß durchführen. Die ursprüngliche Formgestaltung der überstehenden Isolierstoffränder ist in der Fig.2 gestrichelt wiedergegeben.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Wickelkondensator mit längs-und quergereckten Kunststoffolien als Dielektrikum in einer Stärke von io #tm oder geringer und selbständigen Metallfolien bzw. Metallisierungen der Kunststoffolien in der Größenordnung von selbständigen Metallfolien, dessen gerecktes Dielektrikum die Belegungen stirnseitig überragt und durch eine Wärmebehandlung mindestens zum Teil entreckt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Kunststoffolien, daß der Abstand zwischen je zwei aus den Wickelstirnseiten herausragenden Isolierstoffwindungen im nicht entreckten Zustand höchstens gleich der Dickenzunahme jedes der überstehenden Isolierstoffränder infolge der Entreckung ist.
2. 2. Elektrischer Wickelkondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstand der Isolierstoffränder über die Wickelstirnseite mindestens 3 mm, vorteilhaft 5 mm, beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 733 609, 717 447 schweizerische Patentschriften Nr. 196 456, 173 82o; In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 759 3i2.