AT391960B - Elektrischer kondensator - Google Patents

Description

Nr. 391960

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit einem Gehäuse, das mit elektrischen Anschlüssen versehen ist und in dem wenigstens ein an die Anschlüsse angeschlossener Kondensatorwickel sowie ein denselben imprägnierendes flüssiges Dielektrikum in Form eines Esters oder Kohlenwasserstoffes vorgesehen sind, wobei der Kondensatorwickel aus einem Paar in gegenseitigem Abstand angeordnete Elektroden-Metallfolienbänder und einem zwischen diesen liegenden, ausschließlich von wenigstens einem Polypropylenband gebildeten Dielektrikum besteht, und wobei die Metallfolienbänder mit Verformungen versehen sind, die an einer Seite Erhöhungen und an der anderen Seite entsprechende Vertiefungen bilden.

Bei der Herstellung von mit einer Flüssigkeit imprägnierten Kondensatoren, in denen aus Metallfolienbändem bestehende Elektroden und Kunstharzfolienbänder miteinander abwechseln und zu einem festen Wickel gewickelt sind, ist das Imprägnieren mit dem flüssigen Dielektrikum schwierig. Selbst wenn der Kondensatorwickel etwas locker gewickelt ist, so daß er einen gewissen Raumfaktor hat, muß die Flüssigkeit nicht nur an den Enden des Wickels, sondern auch in dieZwischenräume zwischen aneinanderklebenden Kunstharzfolienbändem und zwischen ebenfalls aneinanderklebenden Kunstharz- und Metallfolienbändem eindringen. Zur Lösung dieses allgemein bekannten Problems sind bereits mehrere Maßnahmen vorgeschlagen worden, die komplizierte Imprägniervorgänge und ein Aufiauhen der Oberflächen der Metall- und/oder Kunstharzfolien durch verschiedene Oberflächenbehandlungen bedingen. Zu diesen gehören mechanische und chemische Verfahren, wie Prägen, Abschleifen und Beschichten der Metallfolien sowie Ätzen der Kunstharzfolien.

Diese Vorschläge haben ihrerseits zu zahlreichen Problemen geführt, zu denen eine mangelhafte Imprägnierung und schlechte elektrische Eigenschaften, eine unerwünschte Vergrößerung des Durchmessers des Kondensatorwickels ohne Einhaltung des für den Kondensator geforderten Raumfaktors sowie eine durch die zusätzlichen Behandlungsmaßnahmen bedingte geringe Wirtschaftlichkeit. Vor allem aber wurde bei der Anwendung der bekannten Vorschläge die Herstellung von Kondensatoren mit zuverlässig reproduzierbaren, brauchbaren elektrischen Eigenschaften stark erschwert.

Weiters ist aus der CH-PS 563 061 ein elektrischer Kondensator mit einem Kondensatorwickel aus abwechselnden, elektrisch leitenden und isolierenden Lagen bekannt, welch» Wickel in einem ein dielektrisches Tränkemittel enthaltendes Gehäuse eingebaut ist. Jeweils zwei aufeinanderfolgende elektrisch leitende Lagen bestehen aus je einem aufgespulten, elektrisch leitenden Streifen und jeweils zwei aufeinanderfolgende elektrisch isolierende Lagen bestehen aus je mindestens einer aufgespulten, dielektrischen Folie. Wenigstens einer der elektrisch leitenden Streifen weist Verformungen unregelmäßiger Abmessungen in Form von Einprägungen in die eine Oberfläche des Streifens und entsprechende Ausbuchtungen aus dessen gegenüberliegender Oberfläche auf. Die Verformungen sind in einer unregelmäßig über die Oberfläche verstreuten Kombination dreier Klassen Verformungen sowie Variationen dieser Klassen angeordnet, welche pyramidenförmig, pyramidenstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig mit perforierter Spitze sind. Als Tränkemittel ist eine halogenisierte aromatische Verbindung, wie chloriertes Diphenyl vorgesehen.

Ferner ist aus der DE-OS 1 811 776 bekannt, bei einem elektrischen Kondensator Polyolefinbänder mit aufgerauhter Oberfläche vorzusehen.

Eine Polypropylenfolie mit einer Schicht aus unregelmäßig verteilten Fibrillen ist in den GB-PS 1 542 671 und 1 542 672 beschrieben und ist unter dem Namen Hazy-Folie (Marke der General Electric Company) im Handel erhältlich. Die Hazy-Folie ist eine im Schlauchblasverfahren hergestellte Polypropylenfolie, wobei die Temperaturen und Geschwindigkeiten derart gesteuert werden, daß ein aus dem Extruder austretender Polypropylenschlauch auf seiner ganzen Außenseite eine ununterbrochene, einheitliche Schicht besitzt, in der Kristalle vom Typ ΙΠ, die auch als b-Kristalle bezeichnet werden, überwiegen. Wenn der Schlauch aufgeblasen wird, entstehen in der Oberfläche Erhöhungen, die auch als Oberflächenfibrillen bezeichnet werden, die sich vollständig über die Folienoberfläche erstrecken. Diese Fibrillen können von der Folienbasisfläche 2 bis 3 pm vorstehen. Die Hazy-Folie ist also auf der einen Seite ziemlich rauh, wogegen sie auf der anderen Seite glatt und glänzend ist Die Rauhigkeit läßt sich z. B. durch die Prüfung gemäß ASTM D2457-70 oder D10003 bestimmen. Vorzugsweise wird sie jedoch durch die Messung des in der rauhen Fläche enthaltenen freien Raumes, d. h. des Raumfaktors, bestimmt.

Mit anderen Folienherstellungsverfahren, wie dem Streck- und Spannverfahren oder dem Foliengießverfahren, können andere Ausführungsformen der Hazy-Folie hergestellt werden.

Infolge dieser unregelmäßigen Oberflächenstruktur der Kunstharzfolienbänder haben die Wickel der erfindungsgemäßen Kondensatoren einen solchen Raumfaktor, daß zwischen einem Metallfolienband und einem benachbarten Dielektrikumband oder zwischen einander benachbarten Dielektrikumbändem Fließwege für das flüssige Dielektrikum.

Die Hazy-Folie besitzt nicht nur eine sehr unebene Oberfläche, sondern auch einen hohen Raumfaktor, was sehr erwünscht ist. Der Raumfaktor gibt an, um wieviel das gemessene Volumen übereinanderliegender Hazy-Folienbänder größer ist als das gemessene Volumen gleicher Bänder ohne rauhe Oberfläche. Die gewünschte Rauhigkeit wird daher bei der maximalen Rauhtiefe mit einer kleineren Anzahl von Erhöhungen und Vertiefungen erzielt (die einen hohen Raumfaktor und eine große Imprägnierbarkeit ergeben) anstatt durch die maximale Anzahl von flacheren Erhöhungen und Vertiefungen, die einen niedrigeren Raumfaktor ergäben. Bei der Herstellung von Folien unter den bekannten Bedingungen kann man die Oberflächenrauhigkeit mit dem Raumfaktor empirisch in eine Beziehung bringen, indem man die Lichtdurchlässigkeit der Folie mißt und somit ein Maß für die Trübung -2-

Nr. 391960 erhält (z. B. nach ASTM D10003).

Die Verwendung von speziell texturierten Metallfolien für die Elektroden ermöglicht zusammen mit der Hazy-Folie einen verbesserten Aufbau eines imprägnierbaren Kondensators. Die Elektroden von Kondensatoren können aus verschiedenen Metallfolien bestehen; derzeit wird Aluminiumfolie als Elektrodenmaterial bevorzugt. Diese 5 Elektroden haben meist eine Dicke von 5,0 bis 6,1 pm und bestehen aus weichgeglühtem Aluminium. Es ist beispielsweise aus der US-PS 3 746 953 bekannt, die Oberflächen von Aluminiumfolien für Elektroden von Wickelkondensatoren aufzurauhen, um das Imprägnieren des Wickels zu erleichtern, wobei das Aufrauhen durch Verformen, Ätzen, Schleifen usw. erfolgen kann. Es hat sich aber gezeigt, daß viele derart aufgerauhte Elektrodenfolien schwerwiegende Nachteile haben, weil beim Aufrauhen unregelmäßige Vorsprünge sowie etwa 10 auf die Bildung von größeren Löchern zurückzuführende scharfe Kanten entstehen. Scharfe Kanten führen in einem Kondensator zu hohen Spannungsbeanspruchungen und zu Koronaentladungen und können in die benachbarte Polypropylenfolie einschneiden, sodaß die Durchschlagsfestigkeit der Polypropylenfolie an dieser Stelle stark herabgesetzt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bekannte Metallfolien mit einer für erforderlich gehaltenen hohen Rauhigkeit, die z. B. durch Kräuseln oder Rändeln erzielt worden ist, im Wickel 15 einen zu hohen Raumfaktor ergeben.

Es ist nun erkannt worden, daß die vorgenannten Probleme hinsichtlich der Imprägnierung und des Raumfaktors stark verkleinert werden können, wenn man eine Metallfolie verwendet, die eine bestimmte Texturierung besitzt und entsprechend konditioniert ist Eine derartige Folie mit einem Muster von Erhöhungen ist in der US-PS 4 228 481 beschrieben. 20 Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der vorstehend angeführten Probleme und die Schaffung eines elektrischen Kondensators, bei dessen Herstellung die gleichmäßige Imprägnierung des Kondensatorwickels erleichtert und verbessert ist, der jeweils erwünschte Raumfaktor in gleichmäßiger Weise eingehalten und eine optimale Feldverteilung erreicht wird.

Dieses Ziel wird mit einem Kondensator der eingangs dargelegten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß 25 die Verformungen ein über die gesamte Fläche der Metallfolienbänder reichendes, regelmäßiges Muster bilden, daß die Erhöhungen und Vertiefungen gleichartig und beiderseits der Metallfolienbänder ausgebildet, stetig gekrümmt sind und ineinander übergehen, wobei die Metallfolienbänder wellenförmigen Querschnitt aufweisen, daß die Dicke der Metallfolienbänder vor dem Wickeln das 2- bis 10-fache, vorzugsweise das 2- bis 5-fache der ursprünglichen Foliendicke beträgt und daß das Polypropylenband in an sich bekannter Weise zumindest an einer 30 Seite zur Bildung eines Folien-Raumfaktors von über 3 % eine aufgerauhte Textur aufweist.

Auf diese Weise schafft die Erfindung einen elektrischen Kondensator, bei dessen Herstellung die gleichmäßige Imprägnierung des Kondensatorwickels erleichtert und verbessert ist, der jeweils erwünschte Raumfaktor in gleichmäßiger Weise eingehalten und eine optimale Feldverteilung erreicht wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Anzahl der Erhöhungen mehr als 40/cm Folienlänge und 35 die Höhe der Erhöhungen im wesentlichen gleich ihrem Basisdurchmesser sein. Dabei ist günstig, wenn die Anzahl der Erhöhungen zwischen 40 und 200/cm Folienlänge beträgt.

Von Vorteil ist ferner, wenn das Dielektrikum aus einem Paar Polypropylenbändem besteht, von denen jedes an einer Seite eine glatte Oberfläche und an der anderen Seite eine aufgerauhte Textur aufweist, wobei das eine Polypropylenband mit seiner glatten Oberfläche an der aufgerauhten Textur des anderen Polypropylenbandes 40 anliegt.

Eine einfache Herstellung des Kondensators läßt sich erzielen, wenn die aufgerauhte Textur des Polypropylenbandes von einer Schicht aus unregelmäßig verteilten Fibrillen gebildet ist.

Weiters ist zu bevorzugen, daß die aufgerauhte Textur der Polypropylenbänder einen Folien-Raumfaktor zwischen 10 und 30 % schafft. 45 Bevorzugterweise besteht das flüssige Dielektrikum aus Phenylxylylethan oder aus einem Isopropylbiphenyl.

Schließlich hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Raumfaktor des zusammengesetzten und imprägnierten Kondensators zwischen 5 und 10 % beträgt

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind; es zeigen Fig. 1 vergrößert einen teilweise aufgewickelten Kondensatorwickel zur 50 Darstellung der Anordnung der Dielektrikum- und der Elektrodenfolie, Fig. 2 eine Kondensatoranordnung mit einem einzigen Kondensatorwickel nach Fig. 1, Fig. 3 eine für Hochspannung ausgebildete, zur Korrektur des Leistungsfaktors dienende Kondensatoranordnung mit mehreren Kondensatorwickeln gemäß Fig. 1, Fig. 4 in Draufsicht einen Teil einer texturierten Elektrodenfolie, Fig. 5 einen Querschnitt durch diese texturierte Elektrodenfolie, Fig. 6 in größerem Maßstab eine Darstellung der Verwendung der texturierten Elektrodenfolie 55 und der Hazy-Folie, die mit einer glatten bzw. mit einer rauhen Seite aneinanderliegen, wobei das feste Dielektrikum des Kondensators nur aus Hazy-Folien besteht, Fig. 7 eine gegenüber der Fig. 6 abgeänderte Ausführungsform, in der zwei Hazy-Folienbänder mit ihren rauhen Seiten aneinanderliegen, Fig. 8 eine gegenüber der Fig. 7 abgeänderte Ausführungsform, in der zwei Hazy-Folienbänder mit ihren glatten Seiten aneinanderliegen, Fig. 9 eine gegenüber der Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform, in der drei Hazy-Folienbänder 60 jeweils mit der glatten und der rauhen Seite aneinanderliegen, Fig. 10 eine gegenüber der Fig. 6 abgeänderte Ausführungsform mit einer umgefalteten Metallfolie, Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Prägen von Elektrodenfolien, die an einer Maschine zum Wickeln von Kondensatoren montierbar ist, und -3-

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Fig. 12 eine Variante der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung.

Der in der Fig. 1 gezeigte, teilweise aufgerollte Kondensatorwickel (10) besitzt zwei im Abstand voneinander angeordnete, aus Metallfolienbändem bestehende Elektroden (11) und (12) und zwischen ihnen angeordnete Polyäthylenfolienbänder (13) und (14), sowie weitere Folienbänder (15) und (16) aus Polypropylen, Im ganzen Wickel (10) sind daher zwischen den die Elektroden bildenden Metallfolienbändem jeweils zwei Bänder aus Polypropylenfolie vorgesehen. Im Wickel (10) erstrecken sich ferner Abgriffahnen (17) und (18), die an den Elektrodenbändem anliegen und zum Herstellen von elektrischen Anschlüssen an die Elektroden dienen.'

Einer oder mehrere Kondensatorwickel (10) werden in ein Gehäuse eingesetzt, das mit einem flüssigen Dielektrikum gefüllt wird. Dieses wird dann veranlaßt, in den Wickel (10) einzudringen und sowohl in die Zwischenräume zwischen den Windungen des Wickels (10) als auch in die Polypropylenfolie selbst einzudringen. Ein derartiger Kondensator (19) ist in Fig. 2 gezeigt. Er besitzt einen einzigen Wickel (10), der in einem Gehäuse (20) angeordnet ist Dieses ist mit einem nicht gezeigten flüssigen Dielektrikum (21) gefüllt. Das Gehäuse (20) ist ferner mit zwei elektrischen Anschlüssen (22) und (23) versehen, mit denen die Abgriffahnen (17) und (18) verbunden sind. Das Gehäuse (20) ist mit einem Deckel (24) dicht verschlossen. Er besitzt eine nicht gezeigte kleine Öffnung, durch die Flüssigkeit in das Gehäuse (20) eingebracht wird. Danach wird die Öffnung mit Lot (25) dicht zugelötet.

Fig. 3 zeigt einen Leistungskondensator (26), auf den die Erfindung mit besonderem Vorteil anwendbar ist Er besitzt mehrere Wickel (10), die in einer oberen und einer unteren Reihe angeordnet sind bzw. zwei Wickelpakete bilden. Alle Wickel (10) sind in der Flüssigkeit (21) eingetaucht. Das Gehäuse (20) kann eine Höhe von mehr als 650 mm und die Wickel (10) können eine Länge von etwa 254 bis 305 mm haben. Die Wickel (10) sind wieder mit Abgriffahnen (17) und (18) versehen, die elektrisch miteinander und mit den Anschlüssen verbunden sind. Bei einem Einpäketkondensator werden Wickel (10) in einer Länge von 600 mm oder mehr verwendet. Die Abgriffahnen (17) und (18) können entfallen, wenn die Elektrodenfolien freiliegen und von je einem Ende des Wickels (10) vorstehen. In diesem Fall werden die Windungen jeder Metallfolie an je einem Ende des Wickels (10) miteinander verlötet und mit dem Anschluß (27) bzw. (28) verbunden.

Die Wickel (10) sind fest gewickelt und die aus Metallfolienbändem bestehenden Elektroden stellen eine im wesentlichen undurchlässige seitliche Begrenzung für die Flüssigkeit dar, so daß diese nur an den Enden (29) (Fig. 1) und (30) (Fig. 1) des Wickels (10) in diesen eintreten kann. Infolge der hohen Temperaturen, die beim Vakuumtrocknen der Wickel (10) und beim Imprägnieren angewendet werden, neigen die einander überlappenden Ränder der Folienbänder (15,16) aus Polypropylen an den Wickelenden dazu, miteinander und mit den Elektrodenbändem (11,12) zu verschweißen und bei der Absorption von Flüssigkeit etwas aufzuquellen. Dadurch wird das Eindringen der Flüssigkeit in den Wickel (10) behindert

In Fig. 4 ist ein Teil einer aus einem Metallfolienband bestehenden Elektrode (11) gezeigt Man erkennt dort, daß auf der Elektrode ein vergrößert dargestelltes, erhabenes Prägemuster vorhanden ist das aus kuppenförmigen Vertiefungen (31) und Erhöhungen (32) besteht. Das erhabene Muster steht auf beiden Seiten der Metallfolie von deren ursprünglicher Dicke gleich weit vor. Daher ist die Gesamtdicke der Metallfolie beträchtlich größer als ihre ursprüngliche Dicke. Das Prägemuster ist in der Fig. 5 genauer gezeigt in der durch eine Linie der Querschnitt der Metallfolie (11) gemäß Fig. 4 dargestellt ist Dabei sind die Kuppen untereinander gleich und im Querschnitt flach gewölbt und stehen auf jeder Seite der Mittelebene des Bandes etwa 63,5 |im vor. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel hat jede Kuppe an ihrer Basis einen Durchmesser von weniger als etwa 254 pm und betragen die Basismittelabstände der Kuppen etwa 508 pm. Jede Kuppe hat in der bevorzugten Ausführungsform eine kreisförmige Basis und fortschreitend kleiner werdende, kreisförmige horizontale Querschnitte, die in einem flach gewölbten Scheitel enden. Die Kuppen sind von gekrümmten Flächen begrenzt, die beispielsweise von einer Erhöhung glatt in eine benachbarte Vertiefung übergehen. Der vertikale Querschnitt ist einer Sinuskurve angenähert, d. h. es sind zwischen der Oberfläche einer Erhöhung und der einer ihr benachbarten Vertiefung keine scharfen Winkel oder Unterbrechungen der Krümmung vorhanden. Man kann auch Kuppen mit anders geformten, durch gekrümmte Flächen begrenzten Basen und Querschnitten verwenden, sofern keine scharfen Winkel oder Grate vorhanden sind. Die vorstehend beschriebene Kreisform der Kuppenbasis wird teilweise deswegen bevorzugt, weil zur Ausbildung von so zahlreichen Kuppen durch Verformung eines Metallfolienbandes ein Verfahren angewendet werden kann, durch das die Metallfolie effektiv geglättet, poliert und kaltgehärtet und dadurch in einen für die Verwendung im Kondensator geeigneten Zustand gebracht wird. Die vorstehend beschriebene Metallfolie wird als eine vollflächig texturierte Metallfolie bezeichnet. Dank der vollflächigen Texturierung ist die ganze in dem Kondensator wirksame Fläche der Metallfolie in die Texturierung einbezogen und sind zwischen den Kuppen im wesentlichen keine unverformten Flächenteile vorhanden. Die Kuppendichte kann beispielsweise mit 40/40 oder 47/47 angegeben werden, was besagt, daß pro cm der Länge der Elektrodenfolie 80 bzw. 94 Kuppen vorhanden sind. Die gekrümmten Flächen erstrecken sich im wesentlichen ununterbrochen über die ganze Fläche der Metallfolie. Man kann unter Umständen auch eine Textur mit einer Kuppendichte über 47/47 verwenden. Vorzugsweise hat jede Kuppe dieselben Abmessungen wie jede ihr benachbarte Kuppe, so daß ein regelmäßiges Muster erhalten wird, in dem die Kuppen zueinander rechtwinklige Reihen bilden.

Durch die vollflächige Texturierung kann bei einer nur kleinen Gesamterhöhung des Raumfaktors ein maximaler Raum zwischen einander benachbarten Bändern aus Aluminiumfolie und Dielektrikum erzielt werden. -4-

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Dieser Effekt ist auf die neuartige Ausbildung der Metallfolie zurückzufiihren. In der Fig. 5 erkennt man, daß durch die kuppelförmigen Kuppen die Dicke der Aluminiumfolie von ursprünglich etwa 5,5 pm auf etwa 25 |im vergrößert wird, d. h. etwa auf das Fünffache der ursprünglichen Dicke. Eine nicht zusammendrückbare Folie mit dieser Dicke könnte nicht mit Erfolg verwendet werden. Durch Ätzen, Rändeln oder Schleifen eines Aluminiumfolienbandes kann man eine derartige Ausbildung normalerweise nicht erzielen. Beim Wickeln der unter Zugspannung stehenden Metallfolie zwecks Bildung des Kondensatorwickels setzen die gewölbeartig wirkenden Kuppen ihrem Flachdrücken zwar einen Widerstand entgegen, doch können sie dabei in einem gewünschten Ausmaß elastisch nachgeben, so daß trotz der Dicke der texturierten Metallfolien der Durchmesser des schließlich erhaltenen Kondensatorwickels innerhalb des Toleranzbereichs liegt Die Metallfolie wird durch die Musterung auf etwa das 2- bis 5-fache ihrer ursprünglichen Dicke, vorzugsweise auf etwa das 2- bis 3-fache der ursprünglichen Dicke gebracht Während des Wickelns des Kondensatorwickels und in dem fertigen Kondensator stellt die Metallelektrode gemäß der Erfindung einen Abstandhalter von veränderlicher Dicke dar, die mit den bei der Herstellung des Kondensators auf die Elektrode ausgeübten Kräften in einer solchen Beziehung steht daß die Elektrode im fertigen Kondensator die gewünschte Dicke hat

Infolge der sanft gekrümmten Profile der Kuppen besitzt die Metallelektrode im Wickel keine Löcher und keine scharfen Kanten, die in die Dielektrikumfolie einschneiden können und in der Folge die Durchschlagsfestigkeit herabsetzen und zu örtlichen Durchschlägen führen können.

Ferner hat sich herausgestellt, daß das Prägemuster für die Metallfolien insbesondere für Ölkondensatoren vorteilhaft ist wobei allerdings zwei Gesichtspunkte zu beachten sind. Erstens muß die Rauhtiefe der Metallfolie begrenzt sein, weil bei einer zu großen Rauhtiefe der Raumfaktor zu groß wird und dann die Herstellung des Wickels schwierig wird und die Dielektrikumfolie beschädigt werden kann, was wiederum zu Durchschlägen führen kann. Mit der Rauhtiefe wird auch die Anzahl der Kuppen pro Längeneinheit begrenzt. Zweitens soll der Scheitelabstand zwischen den Kuppen annähernd dem Basisdurchmesser der Kuppe entsprechen. Auch dadurch wird die Anzahl der Erhöhungen und Vertiefungen pro Längeneinheit der Folie begrenzt

Aus der vorstehend angegebenen Lehre für die Bemessung geht hervor, daß die Auslegung der Textur der Metallfolie unter Berücksichtigung des in dem Kondensator gewünschten Raumfaktors gewählt werden soll. Bei einem hohen Raumfaktor ist eine größere Rauhtiefe und eine höhere Kuppendichte zulässig, bei einem niedrigeren Raumfaktor dagegen nur eine kleinere Rauhtiefe und eine niedrigere Kuppendichte. Wichtig ist, daß die Sinuskurvenform der Textur sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung der Metallfolie und die Vollflächigkeit des Musters möglichst vollständig erhalten werden.

Als Raumfaktor des Kondensators wird derjenige Raumfaktor bezeichnet, der gemessen wird, nachdem die Polypropylenfolie unter der Einwirkung der Imprägnierflüssigkeit vollständig gequollen ist. Der Ausgangswert für die Bestimmung des Raumfaktors des Kondensators ist der Raumfaktor der Hazy-Folie aus Polypropylen. Der Raumfaktor der texturierten Metallfolie bleibt unberücksichtigt. Der Raumfaktor der Hazy-Folie aus Polypropylen ist die Differenz zwischen dem Feststoffvolumen des Folienbandes und einem bis zu einer auf der aufgerauhten Fläche liegenden, gedachten Ebene reichenden Volumen. Diese Differenz wird in % des Feststoffvolumens angegeben. Ein Raumfaktor von 10 % besagt daher, daß das zwischen den Kuppen befindliche, freie Volumen 10 % des Feststoffvolumens beträgt. Der Raumfaktor der Folie wird dann um einen Betrag erhöht, der dem Quellen des Films unter der Einwirkung der verwendeten Flüssigkeit bei geeigneten Behandlungstemperaturen entspricht. Der erhöhte Wert wird mit einer Wahrscheinlichkeitskurve in Beziehung gebracht, in der die verschiedenen Toleranzen des Herstellungsverfahrens und der Werkstoffe berücksichtigt sind. Der schließlich für den Kondensator festgelegte Raumfaktor ist also höher als der vorstehend beschriebene, gemessene Raumfaktor.

Bei den Kondensatoren gemäß der Erfindung müssen bei der Festlegung des Raumfaktors alle Differenzen zwischen den Maßtoleranzen der Werkstoffe und die unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten der Werkstoffe berücksichtigt werden, ebenso das Quellen der Werkstoffe unter der Einwirkung der Flüssigkeit. Vor dem Imprägnieren muß der Raumfaktor so hoch sein, daß beim Vakuumtrocknen des Kondensators bei erhöhten Temperaturen genügend Platz für das Entweichen von Wasser und anderen flüchtigen Stoffen vorhanden ist. Ferner muß berücksichtigt werden, daß genügend freier Raum erforderlich ist, durch den die Imprägnierflüssigkeit zu im wesentlichen allen Stellen des Kondensatorwickels gelangen kann.

Der Raumfaktor muß im ganzen Wickel einheitlich sein, d. h. es muß im ganzen Wickel ein einheitlicher durchschnittlicher Raumfaktor vorhanden sein, der während des gesamten Wickelvorganges und beim Flachdrücken des Kondensators in die in Fig. 1 gezeigte Form aufrechterhalten wird.

Bei der Herstellung des Kondensators genügt es nicht, daß die Kunstharzfolie und die Metallfolie mit aufgerauhten Flächen aneinanderliegen, so daß Platz für den Eintritt der Flüssigkeit vorhanden ist. Der Raumfaktor darf weder zu klein noch zu groß sein. Platz könnte man zwar schaffen, indem der Wickel locker gewickelt wird. Dabei würde jedoch ein uneinheitlicher Raumfaktor und ein weicherer Wickel erhalten werden, was infolge des unter Zugspannung durchgeführten Wickelvorganges und des Flachdrückens zum Auftreten von Stellen führen kann, an denen das Dielektrikum perforiert und somit der Kondensator infolge Kurzschlusses zerstört werden kann.

Dank der Kombination der texturierten Metallfolie und der Hazy-Folie kann der Raumfaktor der Hazy-Folie besser ausgenützt werden und kann in den Kondensatoren gemäß der Erfindung ein erwünschter Raumfaktor -5-

Nr. 391 960 eingestellt werden. Der Raumfaktor der derzeit erhältlichen Hazy-Folien aus Polypropylen beträgt etwa 3,0 % bis etwa 30 % und genügt im allgemeinen nicht, z. B. für Leistungskondensatoren. Ferner wird der Raumfaktor der Folie bei der Herstellung des Kondensators infolge des Quellens der Folie etwas verändert. Außerdem kann es Vorkommen, daß die Rauhheit der Polypropylenfolie nicht vollkommen einheitlich ist, sondern daß die Folie rauhere und weniger rauhe Bereiche besitzt. Diese Variation steht mit Variationen der Dicke der Kunstharzfolie und der Dicke der Metallfolien nicht in Beziehung und erschwert die Erzielung eines in dem gewünschten Bereich liegenden, einheitlichen Raumfaktors im ganzen Kondensatorwickel. Daher wird unabhängig davon, ob der Raumfaktor der Polypropylenfolienbänder bereits genügend hoch ist, der Raumfaktor des Kondensators auch durch die vollflächige Textur der Metallfolie beeinflußt. Diese Metallfolie kann dank ihrer Textur federnd nachgeben, so daß im ganzen Wickel ein im gewünschten Bereich liegender, einheitlicher Raumfaktor erzielt werden kann. Die zum Flachdrücken der kuppelförmigen Kuppen erforderliche Kraft nimmt mit zunehmendem Wickeldurchmesser fortschreitend zu, so daß sich die Textur unterschiedlichen Drücken oder Kräften, die bei der Herstellung des Wickels in diesem auftreten, automatisch anpaßt und daher der gewünschte Raumfaktor überall erzielt wird. Die Textur kann in jedem Flächenbereich, selbst an nur einer einzigen Kuppe, druckverformt werden. Dabei ist es wichtig, daß die ganze wirksame Fläche der Metallfolie in die Textur einbezogen ist. Die an jeder Kuppe abgestützte Kunstharzfolie kann die Metallfolie zwischen den Kuppen nicht berühren, was den Raumfaktor vermindern und das Eindringen der Flüssigkeit blockieren würde.

Im Rahmen der Erfindung können die Hazy-Folie und die vollflächig texturierte Metallfolie in verschiedenen Anordnungen zu einem Kondensatorwickel aufgewickelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen den Folienelektroden (11) und (12) nur Hazy-Folie in Form von Bändern (13) bis (16) als festes Dielektrikum verwendet. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 vergrößert und mit in Abständen voneinander dargestellten Kunstharz- und Metallfolienbändem gezeigt

Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung (33) besitzt zwei texturierte Metallfolien (34) und (35) und zwei zwischen ihnen angeordnete Hazy-Folienbänder (36) und (37). Bei der technischen Herstellung von Aluminiumfolie erhält diese gewöhnlich auf der einen Seite eine glatte, glänzende und auf der anderen Seite eine rauhe oder matte Fläche. Zum Walzen der Metallfolie werden zwei aufeinanderliegende Metallfolienbänder zwischen den Walzen hindurchgeführt, wobei die aneinanderliegenden Flächen der Bänder rauher ausgebildet werden als die von den Walzen berührten Flächen. Es hat sich nun gezeigt, daß die matte Fläche den Raumfaktor vergrößert und dadurch die Imprägnierung verbessert. Daher werden zur weiteren Verbesserung der Imprägnierung die Aluminiumfolien so angeordnet, daß ihre glatte oder glänzende Fläche der rauhen Fläche der Hazy-Folie gegenüberliegt. Diese Anordnung wird als glatt-neben-rauh bezeichnet. Die Hazy-Folienbänder können auf einer oder beiden Seiten mit der erforderlichen, unebenen oder rauhen Fläche ausgebildet sein. Die hier beschriebene Hazy-Folie hat nur auf einer Seite eine rauhe Fläche. Bei der Verwendung von zwei derartigen Polypropylen-Folienbändem erhalten diese ebenfalls die Anordnung rauh-neben-glatt, so daß die glatte Räche jedes Elektrodenfolienbandes im ganzen Wickel einer rauhen Räche eines Hazy-Folienbandes benachbart ist Dadurch wird die einheitliche Imprägnierung des Wickels erleichtert.

Eine weitere Abänderung gegenüber der Fig. 6 ist in Fig. 7 gezeigt Dort umfaßt die Anordnung (38) zwei Hazy-Folien (36) und (37), die rauh-neben-rauh angeordnet sind. Dabei können eine oder beide rauhen Flächen der Elektrodenfolienbänder neben eine glatte Fläche eines Kunstharzfolienbandes zu liegen kommen. Vorzugsweise ist jedoch das eine Elektrodenfolienband umgekehrt angeordnet wie das andere. Die Imprägnierflüssigkeit dringt in die rauhen Rächen zwischen den Kunstharzfolienbändem ein und gelangt dann seitwärts durch die Kunstharzfolienbänder in die Bereiche zwischen den Kunstharz- und den Metallfolienbändem. In diese Bereiche gelangt die Rüssigkeit auch von den Enden des Wickels längs der Oberflächen der Elektrodenfolien.

Eine weitere Abänderung ist in Fig. 8 dargestellt. Die dort gezeigte Anordnung (39) umfaßt zwei texturierte Elektrodenfolien (34) und (35) und zwei zwischen ihnen angeordnete Hazy-Folienbänder (36) und (37). Diese sind glatt-neben-glatt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung der glatten und der rauhen. Rächen der Elektrodenfolienbänder nicht sehr wichtig. Vorzugsweise ist jedoch das eine Elektrodenfolienband umgekehrt angeordnet wie das andere.

Eine weitere Abänderung ist in Fig. 9 veranschaulicht. Dort umfaßt die Anordnung (40) zwei texturierte Metallfolien (34) und (35), zwischen denen drei Hazy-Folienbänder (36, 37) und (41) angeordnet sind. Vorzugsweise sind alle Kunstharzfolienbänder glatt-neben-rauh angeordnet, doch könnten die Bänder auch unterschiedlich angeordnet sein. Die Elektrodenfolienbänder sind so angeordnet, daß eine glatte Metallfolienfläche einer rauhen Räche eines Kunstharzfolienbandes benachbart ist. Durch die Verwendung von drei Kunstarzfolienbändem gemäß Fig. 9 anstelle von zwei Kunstahrzfolienbändem gemäß Fig. 6 kann man den zusätzlichen Vorteil erzielen, daß der Kondensator eine höhere Durchschlagsfestigkeit besitzt. Man kann natürlich auch mehr als drei Kunstharzfolienbänder oder nur ein einziges Kunstharzfolienband verwenden.

In manchen Fällen und bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann es zweckmäßig sein, einen Rand eines Folienelektrodenbandes umzufalten, weil am Rand der Metallfolie eine höhere Beanspruchung auftritL Die Elektrodenfolien haben gewöhnlich scharfe Kanten, weil die Folienbänder in der gewünschten Breite durch Längszerteilen eines breiteren Bandes hergestellt werden. Dieses Längszerteilen wird meistens mit einer Schere durchgeführt. Dabei erhält das Metallfolienband eine scharfe Kante, die manchmal auch unregelmäßig ist, weil -6-

Nr. 391 960 gratartige Vorsprünge vorhanden sind, von denen Koronaentladung ausgehen. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist zwischen den Elektrodenfolienbändem (34) und (35) an den Enden (29) und (30) (Fig. 1) des Wickels ein starkes Spannungsbeanspruchungsfeld vorhanden, so daß scharfe Kanten oder andere Unstetigkeiten eine Koronaentladung verursachen oder fördern können. Bei der Verwendung von Flüssigkeiten mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante, beispielsweise im Bereich von 2,0 bis 3,0 kann es an diesen Stellen leichter zu einer Koronaentladung kommen als bei der Verwendung von Flüssigkeiten mit einer Dielektrizitätskonstante über etwa 3,0 z. B. chlorierten Diphenylen und Estern, weil die Flüssigkeiten an diesen Stellen stärker beansprucht werden. Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform werden die Wirkungen dieser hohen Beanspruchungen vermindert

Die in Fig. 10 gezeigte Anordnung (42) umfaßt ein breiteres Elektrodenfolienband (43) und ein schmäleres Elektrodenfolienband (44). Diese Bänder sind einander gegenüberliegend angeordnet und werden als obere Elektrodenfolie (43) und unter Elektrodenfoüe (44) bezeichnet. Bei dieser Anordnung ist zwischen den einander gegenüberliegenden Elektrodenfolienrändem ein größerer Abstand vorhanden. Es ist jedoch bekannt, daß am Rand der schmäleren Elektrode eine höhere Spannungsbeanspruchung auftritt. Gemäß der Fig. 10 hat die schmälere Elektrodenfolie (44) an beiden Seiten über ihre ganze Länge im Wickel einen umgefalteten Rand (45), der dem Bereich, in dem die hohe Beanspruchung auftritt, eine glatt abgerundete Fläche zukehrt, an der die Spannungsbeanspruchung vermindert wird. Ferner hat die Flüssigkeitsschicht zwischen dem umgefalteten Rand und dem benachbarten Polypropylenfolienband eine geringe Dicke, so daß die Gefahr eines Durchschlags durch die eine niedrige Dielektrizitätskonstante besitzende Flüssigkeit in diesem Bereich vermindert wird.

Wenn man die beiden Ränder der Elektrodenfolie umfaltet, muß man auch den vorlaufenden und den nachlaufenden Rand der Elektrodenfolie umfalten oder auf andere Weise dafür sorgen, daß die Beanspruchung an diesen Stellen vermindert wird. Befriedigende Ergebnisse werden erzielt, wenn der Rand über etwa 3,175 bis 12,7 mm, vorzugsweise zwischen 6,35 bis 9,5 mm, umgelegt wird. Für die Unterbringung des umgefalteten Randes kann es notwendig sein, den Raumfaktor zusätzlich zu erhöhen. Mit oder ohne umgefaltete Elektrodenfolie werden im Rahmen der Erfindung die besten Ergebnisse erzielt, wenn der schließlich erhaltene Raumfaktor ebensohoch oder höher ist als der Raumfaktor, bei dem die Polypropylenfolie im Kondensator unter der Einwirkung der Flüssigkeit vollständig und ungehindert quellen kann. Die beschriebenen Polypropylenfolien quellen in Kondensatoren gemäß dem nachstehenden Beispiel unter der Einwirkung der darin verwendeten Hüssigkeiten gewöhnlich um etwa 10 bis 18 Vol. %. Auf keinen Fall dürfen der Eintritt und der Austritt der Flüssigkeit in den Kondensator oder in die Polypropylenfolie oder in die Folienzwischenräume oder aus ihnen durch das Quellen der Kunstharzfolie behindert werden.

Im Rahmen der Erfindung können in den Kondensatoren zahlreiche verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden. Zu ihnen gehören Ester, Kohlenwasserstoffe und synthetische Flüssigkeiten, wie Alkane und Biphenyle. Die Dielektrizitätskonstante dieser Flüssigkeiten kann im Bereich von etwa 2,5 bis über etwa 5 liegen. Die Beanspruchung des Dielektriumsystems wird auf dessen Materialien in einem deren Dielektrizitätskonstanten entsprechenden Verhältnis aufgeteilt. Bei Flüssigkeiten mit höheren Dielektrizitätskonstanten muß die Kunsthaizfolie eine höhere Beanspruchung aufnehmen. Da die Polypropylenfolie eine Dielektrizitätskonstante von etwa 2,5 besitzt, werden Hüssigkeiten mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante stärker beansprucht, so daß es an den Rändern des Wickels leichter zu Koronaentladungen kommen kann.

Zu den geeigneten Flüssigkeiten gehören Alkylbenzol-, Alkylnaphthalin-, Alkylbiphenyl-, Alkylpolyphenyl- und Alkylaryläther und deren alkylsubstituierte Derivate, ferner Diarylalkane und deren alkylsubstituierte Derivate, sowie Diaryläther und deren alkylsubstituierte Derivate, wobei die genannten Alkylgruppen und Alkane 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome besitzen, die genannten Arylradikale das Phenyl-, Naphthyl-, Biphenyl- oder Polyphenylradikal umfassen und die genannten Polyphenyle 3 bis etwa 5 Phenylgruppen enthalten. Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung als Flüssigkeiten das Diarylalkan(phenylxylyläthan) verwendet werden, das von der Firma Nippon Oil Company in Japan unter der Bezeichnung Nisseki-Kondensatoröl S (PXE) erhältlich ist

Eine weitere geeignete Flüssigkeit ist das Monoisopropylbiphenyl (MIPB), das aus einem sorgfältig abgestimmten Gemisch von meta- und para-substituierten Biphenylderivaten besteht. Es hat die allgemeine Formel und das Molekulargewicht 1963 und wird durch die Strukturformel H (CH3)2 dargestellt. -7-

Nr. 391 960

Das Monoisopropylbiphenyl ist im Handel u. a. von der Firma Monsanto (USA) erhältlich; das gilt auch für verschiedene Gemische von Mono-, Di- und anderen Isopropylbiphenylen.

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren können in der bei Kondensatoren mit Polypropylenfolien üblichen Weise imprägniert werden, beispielsweise nach den Angaben der US-PS 3,363.156. Vorzugsweise werden jedoch beim Trocknen und Evakuieren niedrigere Temperaturen im Bereich von etwa 30 bis 110 °C, vorzugsweise 90 bis 110 °C und Drücke von unter etwa 8 Pa angewendet, und befindet sich beim Einfüllen der Flüssigkeit in den Kondensator dieser auf einer Temperatur von 30 bis 80 °C und die Flüssigkeit auf einer Temperatur von 30 bis 50 °C. Man kann die Kondensatoren dann in einen Ofen einbringen und bis zu 40 Stunden lang auf einer Temperatur im Bereich von etwa 40 bis 100 °C, vorzugsweise von etwa 60 bis 90 °C, halten.

Aus den nachstehenden Ausführungsbeispielen geht hervor, daß durch die Erfindung ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden können. Dabei lagen die Raumfaktoren der Kondensatoren im Bereich von etwa 5 bis etwa 8 %. Die Rauhheit, der Hazy-Folien entsprach einem Raumfaktor von etwa 10 bis 30 % der Polypropylenfolie allein. Als Flüssigkeiten wurden PXE (Flüssigkeit A, bezogen von der Firma Nippon Chemical Company unter der Bezeichnung Nisseki Kondensatoröl S, mit einem Gehalt von etwa 97 % Phenylxylyläthan, Rest ein Isomerengemisch), sowie MIPB (Flüssigkeit B, bezogen von der Firma Tanatex Company unter der Bezeichnung Sure-Sol 250) verwendet. In jedem Fall wurde die Flüssigkeit auf eine hohe Reinheit gereinigt und mit einem Zusatz von 0,6 bis 0,8 Gew.-% eines Epoxids, z. B. des von der Union Carbide Company in USA erhältlichen ERL 4221, und etwa 0,01 bis 0,10 Gew.-% eines Antioxidans, z.B. 2,6-Di-tert.Butyl-p-kresol, versehen.

Beispiel 1

In der als bevorzugt angegebenen Weise wurden mehrere Kondensatoren gemäß den Fig. 3, 5 und 6 zusammengesetzt. Die Kondensatorwickel waren 269,7 mm lang und enthielten texturierte Aluminiumfolienelektroden in einer Dicke von etwa 5,6 pm mit 20/20 Kuppen pro cm, ferner zwei Lagen aus Hazy-Folie aus Polypropylen mit einem Raumfaktor von etwa 10 bis 30 %, wobei das eine Harzfolienband eine Dicke von 18 pm und das andere eine Dicke von 25 pm besaß. Jeder Kondensator hatte eine Höhe von etwa 660 mm.

Die zusammengesetzten Kondensatoren wurden im Ofen bei einer Temperatur im Bereich von 85 bis 100 °C und einem Vakuum von unter 8 Pa etwa 26 Stunden lang getrocknet. Dann wurden die Kondensatoren auf eine Temperatur im Bereich von etwa 50 bis 80°C abkühlen gelassen und wurde die Imprägnierflüssigkeit im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 40 bis 50 °C in den Kondensator eingefüllt. Die gefüllten Kondensatoren wurden wieder in einen Ofen eingebracht und auf etwa 65 bis 85 °C erhitzt Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hatte, wurden die Kondensatoren etwa 20 Stunden lang im Ofen durchwärmt Danach wurde die Temperatur auf Zimmertemperatur herabgesetzt und das Durchwärmen für 20 Stunden wiederholt. Dann wurden die Kondensatoren auf Zimmertemperatur gebracht, dicht verschlossen und bestimmten elektrischen Prüfungen unterworfen.

In den nachstehenden Tabellen ist mit KES die Koronaeinsatzspannung bezeichnet. Die angegebenen Werte sind der Mittelwert von drei Ablesungen. Mit KLS ist die Koronalöschspannung bezeichnet. Der Verlustfaktor VF ist als Verlustleistung in % oder als tg 0 angegeben. Trotz der sehr strengen Auslegungs- und Prüfungskriterien, die bei diesen Kondensatoren angewendet wurden, ergaben die Prüfungen, daß die Kondensatoren ausgezeichnete reproduzierbare Eigenschaften besaßen. (Es folgt eine Tabelle) -8-

Nr. 391960

Dicke des Diel., pm 35,0 35,0 35,0 35,0 43,0 43,0 Durchschlagsfestigk., V 1680 1680 1680 1680 1990 1990 Kapazität pro Rolle pF 7 7 7 7 4 4 KES, Durchschn. 3100 3200 3300 3100 3700 3200 3000 3400 KLS, Durchschn. 2600 2500 2600 2500 3000 2700 2400 3100 Temp., °C 25 25 25 25 25 80 25 80 Dicke des Diel., pm 43,0 43,0 Durchschlagsfestigkeit., V 1990 1990 Kapazität pro Rolle, pF 4 4 KES, Durchschn. 3900 4250 3900 5200 KLS, Durchschn. 3000 2200 3200 4300 KES, 250 h 3700 3400 3800 3300 KLS, 250 V 3300 2700 3500 3000 Temp., °C 25 80 25 80 Durchschlagsfestigk., V 1990 Kapazität pro Rolle, pF 4 KES, Durchsch. 3600 3600 3700 3500 KES, 250 h 3000 3100 3100 3000 KES, 1000 h 3200 3000 3600 3800 KLS, 1000 h 3100 2700 3400 3400 Temp., °C 25 25 25 • 25

Aus den vorstehenden Daten geht hervor, daß diese Kondensatoren einer starken Spannungsbeanspruchung unterworfen wurden und sehr hohe und stabile, reproduzierbare KES- und KLS-Werte zeigten. Zur Dauerprüfung wurde an die Kondensatoren die Nennspannung angelegt Nach 250 Stunden wurden die Kondensatoren erneut der elektrischen Prüfung unterworfen, die »'gab, daß keine Kondensatoren ausgefallen waren und keine beträchtlichen Veränderungen stattgefunden hatten. Dann wurde die Dauerprüfung bis zu einer Gesamtzeit von 1000 Stunden fortgesetzt worauf einzelne Kondensatoren aus jedem Beispiel erneut geprüft wurden: Der KES- und der KLS-Wert blieben befriedigend und waren insgesamt besser. Auch bei den Prüfungen auf Verlustfaktor und Kapazität waren die Ergebnisse ausgezeichnet wobei der Verlustfaktor im Lauf der Zeit besser wurde und an 120 % der Nennspannung bei 85 °C nach 1000 Stunden etwa 0,01 % betrug.

Beispiel 2

In der im Beispiel 1 angegebenen Weise wurden sieben weitere Kondensatoren hergestellt wobei die Rolle 571,5 mm lang war. Das Dielektrikum bestand aus einer 18 pm dicken Folie und einer 25 pm dicken Folie. Diese Kondensatoren hatten eine Nennkapazität von 52 pF und eine Nenn-Blindleistung von 75 kVA bei einer -9-

Nr. 391960

Nennspannung von 1990 V an den durch das Dielektrikum getrennten Metallfolien. Die Kondensatoren wurden einer Dauerprüfung bei Spannungen im Bereich von 2350 bis 3600 V und Temperaturen im Bereich von Zimmertemperatur bis 70 °C unterworfen. Alle geprüften Kondensatoren hatten bei den die Nennspannung übersteigenden Spannungen eine Standzeit von mehr als 500 h. Daraus geht die Verbesserung des Dielektrikums hervor.

Beispiel 3

In der im Beispiel 1 angegebenen Weise wurden weitere Gruppen von Kondensatoren mit verschiedenen Nennspannungen hergestellt und geprüft. Die Kondensatoren der letzten Gruppe hatten einen langen Wickel von 571,5 mm. Die Kondensatoren der anderen Gruppen hatten 287,5 mm lange Wickel. Die Spannung an den Elektrodenfolien betrug zwischen 1800 und 1990 V und die Dicke des Dielektrikums zwischen den Elektrodenfolien 38 bis 43. pm. Der Gesamtraumfaktor der Kondensatorrolle lag vor dem Imprägnieren im Bereich von 20 bis 30 %. Die Ergebnisse zeigen, daß die Kondensatoren gemäß der Erfindung mit reproduzierbaren Eigenschaften hergestellt werden können.

Anzahl der

Kondensatoren 36 48 30 30 27 Blind-kVA 200 200 200 200 200 Nennspannung, V 9960 14400 7620 7620 12470 VF bei 85 °C 0,021 0,018 0,021 0,025 0,015 Nach 60 h an 120% der Nennspannung Gqjrüft 36 9 9 7 Bestanden 36 9 9 7 - Ausgefallen 0 0 0 0 -

Beispiel 4

In der im Beispiel 1 angegebenen Weise wurden mehrere Kondensatoren hergestellt, die eine Wickellänge von 287,5 mm und eine Kapazität von 4 pF pro Rolle hatten und deren Nennspannung an den Elektrodenfolien 1990 V betrug. Beide Ränder einer innen angeordneten Metallfolie waren gemäß Fig. 8 9,5 mm umgefaltet worden. Die elektrische Prüfung dieser Kondensatoren ergab deutlich höhere KES- und KLS-Werte als bei nicht umgefalteten Metallfölienrändem.

Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurden Kondensatoren mit 381 mm langem Wickel hergestellt, bei denen die texturierten Metallfolien 47/47 Kuppen pro cm besaßen, wie es anhand der Fig. 11 beschrieben wurde. Der Raumfaktor des Kondensators lag zwischen 5 und 10 %. Die Wickel waren für eine Nennspannung von 1670 V ausgelegt. In dem Dielektrikum wurden gemäß den Fig. 3,5 und 6 eine 16,5 pm dicke Kunstharzfolie mit einem Raumfaktor von 5 bis 10 % und eine 17,8 pm dicke Kunstharzfolie mit einem Raumfaktor von 5 bis 10 % verwendet. Die Imprägnierung erfolgte gemäß Beispiel 1.

Diese Kondensatoren wurden nun bei Temperaturen von -40 bis +25 °C und Spannungen bis über 180 % der Nennspannung auf ihre Koronaeinsatzspannung und auf ihre Koronalöschspannung geprüft, die mit etwa 160 % der Nennspannung ermittelt wurde. Die Werte für beide Parameter waren bei allen geprüften Kondensatoren ausgezeichnet

Die Verwendung von vollflächig texturierten Metallfolien gemäß der Erfindung zusammen mit Hazy-Folien verbessert die Imprägnierung des Kondensators, wobei zuverlässig reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Jede Folie einer dieser beiden Arten stützt eine Folie der anderen Art ab und ergänzt sie in ihrer Funktion in Bereichen, in denen die an zweiter Stelle genannte Folie funktionell mangelhaft sein könnte. Dadurch werden die ausgezeichneten hohen Werte beispielsweise für die Koronalöschspannung erzielt.

Die Kombination ermöglicht eine Herabsetzung der bei allen Folienkondensatoren so anspruchsvollen Anforderungen an die Imprägnierung und führt zu einem Aufbau, der für verschiedene Imprägnierverfahren geeignet ist, z. B. für Verfahren, die mit einem Verteilerrohr oder durch Eintauchen durchgeführt werden. Man kann Polypropylenfolien und andere Kunstharzfolien ohne weiteres mit einer Oberflächenrauhheit hersteilen, die kleiner oder größer ist als die der im Rahmen der Erfindung bevorzugten Hazy-Folie und beispielsweise einem Raumfaktor von weniger als etwa 5,0 % entspricht Die texturierte Metallfolie gemäß der Erfindung kann in der -10- neuartigen Weise als Abstandhalter zusammen mit Kunstharzfolien mit einem Raumfaktor im ganzen Bereich von etwa 5,0 bis über 30,0 % verwendet werden. Die Raumfaktoren der texturierten Metallfolie können höher oder niedriger sein als die Raumfaktoren der Kunstharzfolie. Vorzugsweise liegt der Raumfaktor der Kunstharzfolie im Bereich von etwa 5,0 bis 30,0 % und beträgt die Dicke der texturierten Metallfolie etwa das 2- bis 5-fache ihrer ursprünglichen Dicke. Wenn man die vollflächig texturierte Metallfolie von zusammengesetzten Kondensatoren entfernt und untersucht, erkennt man Bereiche von minimaler Dicke und einige wenige Bereiche von maximaler Dicke. Daraus geht hervor, daß sich die Metallfolie dem vorhandenen Raum und den vorhandenen Drücken anpaßt, wobei die Zwischenräume auf Variationen der Dicke der Hazy-Folie, Toleranz-Fehlanpassungen oder ein ungleichmäßiges Wickeln zurückzuführen sein können. Diese Untersuchung läßt auch erkennen, daß kleinere Kuppen mit einer größeren Kuppendichte einem Flaschendrücken einen hohen Widerstand entgegensetzen und bei der Herstellung in hohem Maße erhalten bleiben. Diese Untersuchung zeigt ferner, daß ein zu starkes Flachdrücken ein Zeichen dafür ist, daß die Kuppen höher sind als notwendig. Es wird daher eine Kuppendichte von mehr als etwa 40/40 je cm bevorzugt. Die meisten gemäß den vorstehenden Beispielen hergestellten Kondensatoren waren Hochspannungskondensatoren zur Korrektur des Leistungsfaktors. Die Nennspannungen derartiger Kondensatoren können im Bereich von etwa 600 V Wechselstrom bis über etwa 13800 V Wechselstrom liegen, und ihre Dielektrika können hohen Spannungsbeanspruchungen unterworfen sein. Die Nennwerte für die Blindleistung dieser Kondensatoren liegen im Bereich von etwa 50 bis über 400 Blind-kVA. Bei derartigen Kondensatoren kann die Erfindung mit größtem Vorteil angewendet werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es sehr zweckmäßig, die Hazy-Folie zu verwenden, weil sie eine zuverlässige Einstellung des Raumfaktors und besonders bei Kondensatoren mit kurzen Wickeln die Herstellung eines Kondensators nur mit Hazy-Folien und der vollflächig texturierten Metallfolie ermöglicht. In manchen Fällen kann man jedoch auch durch Verwendung der texturierten Metallfolie allein oder durch Verwendung der Hazy-Folie allein eine Verbesserung erzielen. Bei ihrer gemeinsamen Verwendung ist manchmal der Beitrag der Folien der einen bzw. anderen Art nicht eindeutig erkennbar, was darauf zurückzuführen sein kann, daß sie einander funktionell ergänzen. Aus den nachstehenden Beispielen gehen die auf die Verwendung der texturierten Metallfolien bzw. der Hazy-Folie allein zurückzuführenden Effekte hervor.

Beispiel 6

Bei diesem Beispiel waren der Aufbau und die Behandlung des Kondensators ähnlich wie im Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die Kondensatorwickel nur eine geringe Länge von 269,7 mm hatten und die Kunstharzfolien relativ glatt waren, d. h. einen niedrigen Raumfaktor (NR) hatten. Bei einer Hazy-Folie mit hohem Raumfaktor (HR) betrug dieser durchschnittlich etwa 20 %. Der Raumfaktor des Kondensators betrug etwa 5 %. Die Nennspannung U^j des Dielektrikums war mit etwa 1200 V nur mäßig hoch. Die Nennwerte für die Kondensatoren betrugen 7960 V und 200 Blind-kVA.

In der folgenden Tabelle ist jeweils das Verhältnis der Anzahl der ausgefallenen Kondensatoren zur Anzahl der insgesamt geprüften Kondensatoren angegeben. nach 250 h

Folie Gleich- Wechsel- Wechsel- Gleich- Spannung Spannung Spannung Spannung 6,5 UN 3% 6,25 % 5,25 UN NR 1/6 0/3 0/3 1/3 HR 3/6 0/3 0/3 0/3 Beispiel 7 Bei diesem Beispiel wurden zwei Gruppen von Kondensatoren hergestellt, deren Dielektrikum ganz aus Polypropylenfolien bestand. Der einzige Unterschied bestand darin, daß die Metallfolien in der einen Gruppe texturiert waren und in der anderen nicht. Aus den nachstehenden Prüfungsergebnissen geht hervor, daß mit den texturierten Metallfolien bessere Ergebnisse erzielt wurden. Metall- Prüf- Temp. Anzahl Anzahl Dauer folie Spannung der der Prüflinge Ausfälle V °C h glatt 660 80 18 4 1700 texturirat 660 80 20 0 1700

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Der große Anwendungsbereich der vollflächig texturierten Metallfolie ist unter anderem auf ihre glattflächige, federnde Textur zurückzuführen. Bei der Ausbildung von andersartigen Vorsprüngen oder Vertiefungen, beispielsweise durch Kräuseln, Stanzen, Rändeln oder mit Hilfe von sandgestrahlten Walzen, treten in der Metallfolie scharfe Kanten und zahlreiche Risse und Löcher auf, die in einem stark beanspruchten Folienkondensator für hohe Spannungen zu dem Nachteil führen, daß eine Koronaentladung auftreten kann, wie dies beschrieben wurde. Die flach gewölbten Kuppen der texturierten Metallfolie gemäß der Erfindung besitzen glatte Flächen und setzen einem Flach- oder Eindrücken einen äußerst starken Widerstand entgegen. Diese Kuppen stehen auf beiden Seiten der Ebene der Metallfolie gleich weit vor und bilden ein sich wiederholendes, regelmäßiges geometrisches Muster von in gleichen Abständen voneinander angeordneten Kuppen bzw. Reihen derselben, wie dies gezeigt ist. Das Muster erstreckt sich ununterbrochen über die ganze wirksame Fläche der Metallfolie in einem Kondensator. Dank dieser Textur haben die Kondensatoren gemäß der Erfindung einen höheren Sicherheitsfaktor und höhere Zuverlässigkeit auch bei zahlreichen kleineren Abnormalitäten, die im Betrieb des Kondensators auftreten können. Prüfungen des Dielektrikums mit Gleichspannung ergeben eine erhöhte Durchschlagfestigkeit.

Die Texturierung erfolgt vorzugsweise an der Wickelmaschine, mit der die Kondensatorwickel gewickelt werden. Diese Maßnahme hat vor allem den Vorteil, daß es nicht notwendig ist, die texturierte Metallfolie erst wieder zu einer Vorratsrolle aufzuwickeln, von der sie dann zum Wickeln des Kondensatorwickels abgezogen werden muß. Bei diesem zweimaligen Aufwickeln könnte die Textur beschädigt, insbesondere eingedrückt werden. Wenn man die Zugspannung der Metallfolie zum Antrieb der Prägewalzen heranzieht, kann man eine einheitliche Ausbildung der Kuppen und ihres Musters erzielen.

Bei der Herstellung der Metallfolie gemäß der Erfindung wird die Ausgangsfolie in ihrer ganzen Fläche verformt und in ausgewählten Flächenbereichen, die über die ganze Fläche der Metallfolie verteilt sind, poliert oder verformt Für die Herstellung dieser verbesserten Metallfolie stehen zwei weitere Verfahren zur Verfügung, die anhand der Figuren 11 und 12 beschrieben werden. In beiden Fällen wird eine Aluminiumfolie gemäß US Grade 1143 verwendet d. h, eine weichgeglühte Folie mit einer Reinheit von 90,43 %.

Gemäß Fig. 11 ist auf einer Maschine (46) zum Wickeln von Kondensatorwickeln eine Prägevorrichtung (47) montiert. In dieser besitzt eine Stahlwalze (48) auf ihrer Mantelfläche (49) ein erhabenes Muster mit der gewünschten Anzahl von Kuppen pro cm, vorzugsweise über 40. Jede Kuppe hat im allgemeinen dieselbe Form wie die anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Kuppen. Vorzugsweise sind alle Kuppen gleich hoch. Parallel zur Prägewalze (48) ist in der Maschine (46) eine zweite Walze (50) gelagert, deren Mantelfläche von einem hartelastischen Werkstoff gebildet wird, beispielsweise einem Kunststoff oder einem gummiartigen Material. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit Hartgummi mit einer Durometerhärte von 60 bis 80 erzielt. Mit einer geeigneten Belastungs- oder Federeinrichtung (51) wird die Walze (50) gegen die Prägewalze (48) gedrückt.

Die Aluminiumfolie (37) wird mittels des Wickelkerns (53) für den Kondensatorwickel von einer Vorratsrolle (52) abgezogen und zwischen den Prägewalzen (48) und (50) hindurchgezogen. Von anderen Vorratsrollen werden dem Wickelkern (53) die andere Elektrodenfolie und Dielektrikumbänder aus Polypropylen zugeführt. Die Eindringtiefe der Erhöhungen der Prägewalze (48) in den Gummimantel der Walze (50) liegt im Bereich von etwa 5,0 μτη bis etwa 25 |im. Bei einer ursprünglichen Dicke der Aluminiumfolie von etwa 5,0 bis 6,0 μπι beträgt daher die Dicke der geprägten Folie etwa das 2- bis 5-fache der ursprünglichen Dicke der Aluminiumfolie.

Bei allen Folienkondensatoren gemäß der Erfindung wird vor dem Imprägnieren ein Teil des Raumfaktors von der texturierten Polypropylenfolie aufgenommen, und man eikennt aus den Raumfaktoren, daß die Kuppendichte der Textur im Bereich von etwa 40/40 bis etwa 200/200 Kuppen pro cm Folienlänge liegen soll.

Das auf diese Weise in die Metallfolie eingeprägte Prägemuster hat im Querschnitt die Form der in Fig. 5 gezeigten Sinuskurve. Die einzelnen Kuppen der Prägewalze (48) liegen nahe beieinander und drücken sich unter Bildung einer Vertiefung mit abgerundetem Scheitel in die elastische Ummantelung der Walze (50) ein, während deren elastische Ummantelung in den Raum zwischen einander benachbarten Kuppen der Prägewalze (48) etwas hochgedrückt wird. Bei diesem Prägeverfahren wird die Textur nicht in der vollen Höhe der Kuppen auf der Prägewalze (48) ausgebildet. Man kann auf dieser Prägewalze (48) Kuppen in einer Höhe von 50,0 pm oder mehr vorsehen, aber deren Eindringtiefe beträgt nur einen Bruchteil ihrer Höhe. Infolgedessen wird durch das Prägen die ursprüngliche Ebene der Metallfolie verschoben und wird auch auf jener Seite der Metallfolie, die der geprägten Kuppe entgegegesetzt ist, eine Kuppe ausgebildet. Im Querschnitt gesehen verläuft daher die durch die Mitte der Kuppen verlaufende Fläche nach der in Fig. 5 gezeigten Sinuslinie. Der Abstand zwischen den Mittellinien einander benachbarter Kuppen beträgt etwa 0,2 mm. In das Prägemuster ist wieder die ganze Fläche der Metallfolie einbezogen, weil die Kuppen voll ausgebildet werden und die ursprüngliche Ebene der Metallfolie verschoben worden ist Λ

Bei mehr als 2170 Erhöhungen und Vertiefungen pro cm werden die Oberfläche der Metallfolie und die Außenflächen der Kuppen verformt poliert und geglättet Dabei werden auch kleine Löcher oder Randeinrisse oder andere Unregelmäßigkeiten der Folie geglättet so daß die elektrische Funktion der Metallfolie verbessert wird. Wegen dieser Verformung und dieses Polierens der Metallfolie praktisch auf ihrer ganzen Fläche und insbesondere der Verformung und der Härtung der Kuppen, die in die das Dielektrikum bildende Polypropylenfolie gedrückt werden, wird die Metallfolie gemäß der Erfindung als vorkonditionierte Folie bezeichnet -12-

Claims (9)

1. Nr. 391 960 Versuche haben ergeben, daß bei einer Textur mit 40/40 Kuppen pro cm Folienlänge und der Anwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 11 bessere Ergebnisse erzielt werden als bei einer niedrigeren Kuppendichte und der Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 12. Im erstgenannte» Fall werden die Kuppen weniger weit heruntergedrückt und kann der Wickel leichter aufgewickelt werden, wobei jedoch die elastischen Abstandhalter erhalten bleiben. Die Kuppendichte liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 40/40 bis zu einer Obergrenze, die durch die Möglichkeit einer Verformung der Metallfolie unter Bildung einer deutlich erkennbaren Textur von gewünschter Tiefe gegeben ist und bei etwa 200/200 Kuppen pro cm liegt Bei einer höheren Kuppendichte kann es Vorkommen, daß die Dicke der texturierten Folie etwas weniger als das Doppelte der ursprünglichen Dicke beträgt Man kann jedoch die Funktion der elastischen Abstandhalter beibehalten, wenn man die Vorrichtung zum Wickeln des Wickels und die dabei angewendete Zugspannung entspechend abändert Man kann die Metallfolie gemäß der Erfindung auch mit Hilfe der Vorrichtung durchführen, die in Fig. 12 dargestellt und in der US-PS 4 228 481 angegeben sind. Gemäß Fig. 12 ist auf einer im Umriß strichliert angedeuteten Maschine (46) zum Wickeln von Kondensatorwickeln eine Prägevorrichtung (54) für Metallfolien angebracht. Diese Vorrichtung (54) besitzt zwei Prägewalzen (55) und (56), die auf der Maschine (46) drehbar gelagert sind. Die Mantelfläche jeder Prägewalze (55, 56) besteht aus Stahl und ist durch Präzisionsätzung oder -gravierung mit flach gewölbten Kuppen ausgebildet. Bei anderen Ausführungsformen kann eine oder beide Prägewalzen (55, 56) aus nichtmetallischen Werkstoffen, wie gehärteten Kunststoffen oder Gummi bestehen. Die Mantelflächen der in einer genau vorbestimmten Relativlage zueinander montierten Prägewalzen (55,56) werden so miteinander in Berührung gebracht, daß die Kuppen der einen Walze passend zwischen die Kuppen der anderen Walze eintreten. Durch ein außen angeordnetes Zahnradgetriebe sind die Prägewalzen so miteinander verbunden, daß der Eingriff der Kuppen aufrechterhalten wird. Wenn die Walzen verstellbar sind, kann ihr Abstand voneinander derart verändert werden, daß in der Metallfolie Kuppen ausgebildet werden, deren Scheitel von der Ebene der Metallfolie etwa 63,5 μχη entfernt ist. Dabei ist der Spalt zwischen den Walzen (55) und (56) beträchtlich größer als die Dicke der Metallfolie, so daß die Kuppen jeder Walze nur mit einem Teil ihrer Höhe in die Metallfolie eindringen. Mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. 12 kann die Metallfolie nicht in derselben Weise vorkonditioniert werden wie mit der Vorrichtung gemäß Fig. 11, weil an der Außenseite der Kuppen keine Gegenfläche angreift, die das Metall verformt, glättet und poliert. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrischer Kondensator mit einem Gehäuse, das mit elektrischen Anschlüssen versehen ist und in dem wenigstens ein an die Anschlüsse angeschlossener Kondensatorwickel sowie ein denselben imprägnierendes flüssiges Dielektrikum in Form eines Esters oder Kohlenwasserstoffes vorgesehen sind, wobei der Kondensatorwickel aus einem Paar in gegenseitigem Abstand angeordnete Elektroden-Metallfolienbänder und einem zwischen diesen liegenden, ausschließlich von wenigstens einem Polypropylenband gebildeten Dielektrikum besteht, und wobei die Metallfolienbänder mit Verformungen versehen sind, die an einer Seite Erhöhungen und an der anderen Seite entsprechende Vertiefungen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen ein über die gesamte Fläche der Metallfolienbänder (11; 34, 35) reichendes, regelmäßiges Muster bilden, daß die Erhöhungen (32) und Vertiefungen (31) gleichartig und beiderseits der Metallfolienbänder (11; 34,35) ausgebildet, stetig gekrümmt sind und ineinander übergehen, wobei die Metallfolienbänder (11; 34, 35) wellenförmigen Querschnitt aufweisen, daß die Dicke der Metallfolienbänder (11; 34, 35) vor dem Wickeln das 2- bis 10-fache, vorzugsweise das 2- bis 5-fache der ursprünglichen Foliendicke beträgt und daß das Polypropylenband (36, 37) in an sich bekannter Weise zumindest an einer Seite zur Bildung eines Folien-Raumfaktors von über etwa 3 % eine aufgerauhte Textur aufweist.
2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Erhöhungen (32) mehr als 40/cm Folienlänge und die Höhe der Erhöhungen (32) im wesentlichen gleich ihrem Basisdurchmesser ist.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Erhöhungen (32) zwischen 40 und 200/cm Folienlänge beträgt.
4. 4. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum aus einem Paar Polypropylenbändem (36,37) besteht, von denen jedes an einer Seite eine glatte Oberfläche und an der anderen -13- Nr. 391960 Seite eine aufgerauhte Textur aufweist, wobei das eine Polypropylenband (36) mit seiner glatten Oberfläche an der aufgerauhten Textur des anderen Polypropylenbandes (37) anliegt.
5. 5. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Textur des Polypropylenbandes (36,37) von einer Schicht aus unregelmäßig verteilten Fibrillen gebildet ist.
6. 6. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Textur'der Polypropylenbänder (36,37) einen Folien-Raumfaktor zwischen 10 und 30 % schafft.
7. 7. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Dielektrikum aus Phenylxylylethan besteht.
8. 8. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Dielektrikum aus einem Isopropylbiphenyl besteht.
9. 9. Kondensator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumfaktor des zusammengesetzten und imprägnierten Kondensators zwischen 5 und 10 % beträgt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -14-