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Perfectionnements aux condensateurs en papier métallisé.
Cette invention se rapporte à des perfectionnements aux condensateurs en papier métallisé. Les condensateurs électriques qu'on obtient en enroulant ensemble deux bandes de papier métal- lisé et en établissant la connexion à une extrémité du rouleau ainsi formé avec la métallisation d'une bande de papier et à l'autre extrémité du rouleau avec la métallisation de l'autre bande de papier sont bien connus. Un pareil condensateur est décrit par exemple dans le Brevet belge n .462.975. L'emploi de papier métallisé simplifie considérablement le bobinage des con- densateurs en comparaison du bobinage de papier vierge conjointe- ment avec une feuille de métal, et réduit aussi beaucoup les di- mensions des condensateurs pour une capacité donnée.
Toutefois de très petits condensateurs, c'est-à-dire ceux qui possèdent une très faible capacité électrique, sont quelquefois demandés et
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et on rencontre alors des difficultés à former au moyen de deux bandes de papier métallisé des bobines qui possèdent un nombre de tours suffisamment réduit et de diamètre suffisamment petit pour répondre aux conditions électriques, et qui offrent en même temps une résistance suffisante pour pouvoir être manipulées facilement au cours de la fabrication sans se déformer, et l'un des buts de la présente invention est de créer un système de condensateur qui remplit ces conditions d'une manière satisfaisante,
bien qu'il doive être entendu que la forme d'exécution du condensateur dé- crit ici n'est pas nécessairement limitée à son application aux petites capacités précitées.
Suivant la présente invention la partie opérante essen- tielle du condensateur électrique est constituée par une bande de papier métallisé dont la surface métallisée est subdivisée par une partie continue non métallisée s'étendant suivant un trajet tortueux le long de la bande entre des aires métallisées séparées de manière à former des dessins répétés dans lesquels certaines aires s'étendent en travers de la bande, tantôt en partant d'un des bords tantôt en partant de l'autre bord, la bande étant en- roulée sous forme de bobine de telle façon que les différentes aires métallisées se recouvrent l'une l'autre dans la bobine, les aires qui partent de l'un des bords étant raccordées à un pôle du condensateur et celles qui partent de l'autre bord étant raccordées à l'autre pôle.
De cette façon, il devient possible d'obtenir un condensateur en enroulant une bande unique de pa- pier métallisé, ce qui permet npn seulement d'enrouler des bandes plus étroites mais aussi d'enrouler celles-ci sur un noyau plus petit que ceux qu'on doit adopter lorsqu'il est nécessaire d'en- rouler deux bandes de papier conjointement, et on obtient pour ces deux raisons une bobine de papier plus petite et plus résis- tante. Bien que la capacité pour une quantité donnée de papier métallisé puisse être plus faible que lorsque deux bandes sont
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enroulées ensemble, ceci n'a pas d'importance lorsqu'il s'agit de très petites capacités.
Dans une forme d'exécution du con- densateur suivant l'invention la partie non métallisée de la surface forme une étroite bande continue qui est déviée d'une manière répétée d'abord vers un côté de la bande et ensuite vers l'autre côté.
Si une ligne de démétallisationsinueuse de pas constant d'une ondulation à la suivante est tracée le long d'une bande de papier métallisé, le degré de recouvrement des aires de part et d'autre de la ligne dépend de la circonférence particulière de la bobine par rapport au pas et varie à mesure que la circonfé- rence de la bobine augmente. En réalité, si la circonférence de- vient exactement égale au pas, il n'y aura pour ainsi dire pas de recouvrement pendant quelques tours, mais une certaine petite perte de papier est tout ce qui peut en résulter. Toutefois, s'il est important d'obtenir la plus grande capacité possible pour des dimensions données de la bobine, il peut être recommandable d'établir le pas des ondulations de la bande démétallisée qui s'étend le long de la bande de papier, en fonction du diamètre de la bobine.
En conséquence, suivant une autre caractéristique de cette invention le pas des dessins répétés formés par la bande démé- tallisée augmente graduellement d'une extrémité à l'autre de la bande métallisée et correspond, au moins approximativement à deux fois la circonférence de la bobine à la partie de celle-ci que la bande occupe pendant l'enroulement, de telle sorte que les parties métallisées successives de polarités différentes se recouvrent l'une l'autre avec une exactitude approximative. De préférence, la conformation des dessins formés par la bande démétallisée n'est pas une ligne courbe sinueuse, mais prend la forme d'une ligne contournant des aires rectangulaires, c'est-à- dire que la ligne a une forme denticulée, celle-ci donnant lieu à ,des aires de recouvrement maxima entre les polarités différentes.
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Lorsqu'on emploie un papier métallisé dont le papier est très mince, il y a une limite à la tension qui peut être appli- quée à un condensateur sans donner lieu à disruption, et si l'on exécute les condensateurs en enroulant plusieurs bandes de papier, il est d'usage de se prémunir contre cet effet en enrou- lant en même temps que les bandes de papier métallisé des bandes de papier vierge destinées à agir comme isolant supplémentaire.
Si ceci est effectué suivant la présente invention, la difficulté qu'il y a d'enrouler plus d'une bande à la fois, et que l'inven- tion avait pour premier but de supprimer, subsiste encore, et il est par conséquent préférable d'adopter d'autres moyens suivant la présente invention pour augmenter la tension de disruption.
Suivant une caractéristique de l'invention, la partie non-métal- lisée de la bande comprend des aires non métallisées addition- nelles ménagées sur la bande entre des aires métallisées succes- sives, les aires non métallisées additionnelles étant assez grandes pour intercaler une couche supplémentaire de papier entre les aires métallisées lorsqu'on enroule la bobine. On constatera que si le pas des denticules répétés du dessin formé par la bande démétallisée augmente graduellement, comme il a déjà été décrit, les aires non métallisées additionnelles s'ajustent exactement entre les aires métallisées et on réalise ainsi un procédé fort simple pour obtenir un condensateur bobiné à haute tension au moyen d'une seule bande de papier métallisé.
En outre, conjointement avec les aires métallisées qui s'étendent en travers de la bande en partant des bords opposés, il peut y avoir des aires intermédiaires isolées des bords de la bande, de telle sorte que dans la bobine enroulée les aires iso- lées sont couplées électriquement en série avec les aires raccor- dées aux pôles du condensateur.
L'invention comprend un procédé pour produire des bandes de papier métallisé en vue de la fabrication de condensateurs .électriques, consistant à prendre une bande de papier métallisé
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sur une face et à la faire passer d'une manière continue au con- tact d'une électrode de démétallisation, pendant qu'on maintient la face métallisée à un potentiel suffisamment différent de celui de l'électrode de démétallisation pour qu'au point de contact entre les surfaces du papier métallisé et de l'électrode de dé- métallisation il existe un passage de courant électrique suffi- sant pour démétalliser le papier,
l'électrode de démétallisation étant établie ou déplacée de manière à venir en contact avec la surface métallisée du papier le long d'un parcours qui présente la même forme que l'aire démétallisée désirée.
On décrira ci-après à titre d'exemple la fabrication de condensateurs par certains procédés spécifiques suivant l'inven- tion, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue d'une bande de papier métallisé suivant la présente invention;
Fig.2 est une vue d'une variante de cette bande;
Fig. 3 est une vue en perspective d'un appareil de démétal- lisation ;
Fig. 4 est une vue en perspective d'un rouleau de démétal- lisation employé dans l'appareil de la fig.3;
Fig. 5 est un schéma des connexions;
Fig.6 est un schéma d'un appareil bobineur ;
Fig. 7 montre une autre forme d'une bande partiellement démétallisée;
Fig.8 est une coupe schématique partielle d'une bobine de condensateur électrique enroulée conjointement avec la bande de la fig.7;
Fig.9 est une vue d'une autre forme de bande et Fig.10 est une coupe schématique à travers une partie d'un condensateur bobiné au moyen de la bande de la fig.9.
Sur la Fig.l une bande de papier 11 est recouverte d'aires ou plages métallisées 12 qui partent d'un bord 13 de la bande et
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sont disposées en ordre alterné par rapport à des aires ou pla- ges métallisées 14 partant de l'autre bord 15. Les aires métalli- sées 12 sont séparées des aires 14 par une étroite bande démé- tallisée 16 qui suit un parcours denticulé s'étendant d'une fa- çon continue le long de la bande. Le pas des dents successives de la ligne augmente graduellement, sa longueur étant plus grande à l'extrémité du dessin en 18.
Le papier est complètement démé- tallisé sur les parties 19 aux extrémités, au delà des dessins denticulés de façon à constituer des bandes à bouts en papier vierge qui peuvent être utilisés pour les quelques tours du dé- but et les quelques tours de la fin lorsqu'on enroule la bande pour former une bobine de condensateur.
L'augmentation du pas entre les dents successives de la bande denticulée démétallisée 16 est fonction de l'épaisseur du papier dont la bande est faite, de telle sorte que si la bande 11 commençant près de l'extrémité 17 du dessin denticulé, est enrou- lée sur un mandrin de dimensions parti,culières telles qu'après les quelques tours initiaux de papier :non métallisé, l'air mé- tallisée 17 lorsqu'elle est appliquée est égale à la longueur de la première aire métallisée, plus la largeur de la bande dé- métallisée qui la sépare de l'air métallisée suivante, de telle sorte qu'à mesure que la bobine grandit et que la circonférence de chaque tour enroulé sur la bobine augmente, le pas des dents successives de la ligne denticulée 16 devient plus grand.
Par conséquent, chacune des aires 12 recouvre exactement au tour suivant une aire 14 et lorsque la bobine est terminée, si les aires 12 sont raccordées à un pôle du condensateur et les aires 14 au pôle opposé, on obtient un condensateur dans lequel les aires alternées 12 et 14 se recouvrent exactement l'une l'autre et dont la capacité est pratiquement aussi grande que si une même quantité de papier était enroulée en deux bandes de pola- rités opposées pour former un condensateur en bobine de la manière connue. En pratique il peut se produire certaines inexactitudes
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dans le recouvrement des aires métallisées successives, mais ceci n'empêche pas la bobine formée de présenter une capacité notable et en pratique, spécialement pour les petites capacités,
la sim- plicité plus grande qui résulte du fait de n'avoir à enrouler qu'une seule bande de papier compense largement la légère perte d'efficacité due aux défauts de concordance qui peuvent se pro- duire dans les spires successives comportant des aires 12 et 14.
La bande représentée sur la fig.l comprend un nombre re- lativement petit d'aires 12 et 14 et la fig.2 montre une bande comportant un nombre beaucoup plus grand d'aires 12 et 14 se succédant l'une l'autre et séparées par des dentelures comme dans le cas de la fig.l. Sur la fig.2 la bande est trop longue pour être représentée d'une seule pièce et elle a été subdivisée en trois sections, les traits interrompues 20 servant à indiquer comment en réalité une section se relie à l'autre.
Les bandes représentées sur les figs.l et 2 peuvent être produites dans un appareil tel que celui représenté sur les figs. 3 à 6. Sur la fig.3 un support vertical 22 monté sur une base 21 est pourvu d'un certain nombre de broches horizontales et notamment d'une broche 23 sur laquelle est monté de façon à pou- voir y tourner un rouleau de démétallisation 24. Ce dernier pos- sède un moyeu 25, en matière isolante, dans lequel se trouve une buselure 26 susceptible de tourner sur la broche 23. Une tige 27 part du support 22 et porte une buselure isolante 28 sur laquelle est monté un porte-balai 29 qui supporte un balai 30 fait d'une lame flexible en bronze phosphoreux qui porte sur la face du rouleau 24 et est raccordé par un fil 51 à une source de courant électrique.
Sur le support 22 est également montrée une broche 32 pa- rallèle à la broche 23 et servant à supporter une bobine 33 qui consiste en une longue bande de papier métallisé. Celle-ci est enroulée sur un noyau en bakélite 34 et ce dernier constitue un moyeu qu'on fait glisser sur une buselure 35. Cette buselure 35
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tourne sur la broche 32, et est repoussée contre un épaulement de la tige par un ressort 36 disposé sur l'extrémité de la tige et maintenu en place par un écrou 37. La buselure 35 est filetée sur sa surface externe, et un écrou 38 qui y est serré sert à repousser le noyau de bakélite 34 contre un rebord ménagé à l'autre extrémité de la buselure 35, derrière la bobine 33.
Par conséquent, la bobine est maintenue fermement sur la buselure 35 et mise exactement dans la position voulue par la pression du ressort 36 sur la buselure. La bande de papier métallisé est enlevée de la bobine 33 comme c'est représenté en 40 et est amenée sur les rouleaux de guidage 41, 42, 43 et de là sur le rouleau de démétallisation 24. De ce dernier elle est amenée au- tour d'un rouleau de guidage 44 sur un rouleau de rebobinage 45.
Les rouleaux de guidage 41, 42, 43 partent d'une boîte 46 qui renferme des voies de roulement à billes pour supporter les rou- leaux, de telle sorte que ceux ci peuvent tourner aisément. La face métallisée de la bande de papier 40 est disposée de façon à venir en contact avec le rouleau de démétallisation 24, et on constatera que la même face métallisée se trouve en contact avec le rouleau 42. Celui-ci est relié à la terre par l'intermédiaire du support métallique 22 et par conséquent il existe une différen- ce de potentiel entre cette face du papier et le rouleau de démé- tallisation 24 qui, comme c'est décrit précédemment, est relié à une source d'électricité.
Ainsi qu'on peut le voir par l'examen du schéma des connexions, fig.5, la source d'électricité est re- liée par l'intermédiaire d'une résistance 47 au balai 30 par la ligne 31, et l'installation comprend un condensateur 48 qui relie le balai 30 à une ligne 49 conduisant au rouleau 42 et à la terre.
Ces connexions sont semblables à celles décrites dans le brevet anglais n .595.808 pour le procédé de démétallisation qui y est décrit, et il en résulte que lorsque la surface métallisée de la bande de papier 40 rencontre la surface du rouleau 24, une déchar- ge électrique se produit entre le rouleau et la surface métallisée,
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ce qui enlève cette métallisation de la surface du papier sans, toutefois, brûler le papier lui-même. La métallisation qui recou- vre le papier est extrêmement mince, ainsi qu'il est dit dans le brevet anglais n .595.808 mentionné ci-dessus, et est d'environ 80 millimicrons d'aluminium. Le papier lui-même n'a qu'une épais- seur d'environ 8 microns, mais il n'est pas brûlé par la décharge.
Le rouleau de rebobinage 45 est monté sur une buselure 50 disposée sur une broche 51. Un écrou 52 sur la buselure 50 sert à serrer le moyeu 53 du rouleau 45 sur la buselure, et celle-ci est maintenue par friction sur la broche 51 par la pression d'un ressort 54, la construction de ces éléments étant semblable à celle de la buselure 35 sur la broche 32 déjà décrite. Il existe toutefois une différence du fait que la broche 51 au lieu d'être fixe est établie de manière à pouvoir tourner dans un bossage 55 ménagé sur le support 22, et qu'elle est actionnée à une vitesse appropriée par une poulie montée sur la broche 51 sur la face arrière du support et n'apparaissant pas sur la fig.3 du dessin.
Par conséquent, la bande 40 est actionnée par friction au moyen de la broche 51 et est tirée à travers l'appareil, mais par suite de la friction exercée par le ressort 54 il n'y a pas tendance à arrachement ou déchirement de la bande 40 lors de la mise en marche de l'appareil. On a trouvé désirable de donner au rouleau
42 mis à la terre un diamètre plus petit qu'aux autres rouleaux de guidage et de déterminer son diamètre exact empiriquement pour répondre aux conditions exactes de marche de la machine, de ma- nière que le papier métallisé soit soumis sur le rouleau mis à la terre à une pression appropriée suffisante pour qu'aucune démé- tallisation n'ait lieu à la surface du rouleau même mis à la terre, sans être trop grande pour occasionner la rupture de la bande de papier.
Ainsi qu'on le constatera sur le dessin, le rou- leau 42 est représenté comme ayant un plus petit diamètre à l'en- droit où la bande 40 passe dessus, et en pratique si on constate qu'il y a une tendance à ce qu'une décharge électrique se produise
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au contact du rouleau 42 avec la surface métallisée, on réduit le diamètre du rouleau 42 jusqu'à ce qu'on trouve que cette dé- charge disparaît, parce que toute décharge à ce rouleau tendrait à démétalliser le papier sur toute sa surface et réduirait, par suite de l'enlèvement partiel de la surface métallisée, la capaci- té des condensateurs qui sont les produits éventuels de la fa- brication.
La périphérie du rouleau de démétallisation 24 est établie de manière à présenter un dessin qui correspond au dessin den- ticulé représenté sur les figs.l et 2. Comme c'est représenté en détail sur la fig. 4 du dessin le rouleau présente sur la tranche 56 un dessin denticulé qui correspond au dessin denticulé démé- tallisé de la ligne 16 de la fig. l. Ce dessin s'étend sur une partie de la périphérie du rouleau et le restant de celle-ci pré- sente une surface cylindrique unie comme c'est représenté en 57 et sert à produire les parties complètement démétallisées 19 de la bande 11 de la fig.l.
On remarquera que la partie du bord 56 qui présente une conformation denticulée est exécutée par fraisage dans ce bord d'une série d'encoches 58 creusées dans une face du rouleau et par fraisage entre celles-ci d'une autre série d'en- coches 59 creusées dans la face opposée du rouleau. Les encoches 58 peuvent être usinées rapidement par une fraise cylindrique droite, mais si des encoches similaires étaient découpées dans la face opposée du rouleau, comme elles auraient une largeur constante, elles tendraient à l'endroit situé le plus près de l'axe du rouleau 24 à pénétrer dans le métal des encoches creu- sées dans la face opposée, ou à rendre les parois entre les en- coches inopportunément minces.
Les encoches 59 sont par consé- quent creusées à l'aide d'une fraise en bout, et elles ont un fond cylindrique comme on peut le voir clairement sur le dessin.
En vue d'équilibrer le rouleau et compenser l'enlèvement du métal - qui a eu lieu lors du découpage des encoches 58,59 on enlève une
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certaine quantité de métal en forant des trous peu profonds 60 dans la face opposée du rouleau près de sa périphérie. Le rou- leau est équilibré très soigneusement parce qu'il doit être ac- tionné par la traction exercée par la faible bande de papier 40.
Pour produire une bande telle que celle représentée sur la fig.2 du dessin, on emploie un rouleau semblable au rouleau de la fig.4, mais les encoches 58,59 du dessin denticulé sont creusées sur la plus grande partie de sa circonférence et l'une des caractéristiques de l'appareil représenté sur les figs.3 à 6 est qu'un rouleau de modèle approprié peut être employé pour tous les types de condensateurs à exécuter dans une gamme de grande étendue et pour permettre de passer de la fabrication d'un pa- pier propre à l'exécution d'un type de condensateur à celle d'un papier propre à l'exécution d'un autre type, il suffit de chan- ger de rouleau de démétallisation, en le remplaçant par un autre rouleau de même diamètre mais de modèle différent sans toucher aux autres éléments de la machine.
Lorsque la bande 40 a été enroulée sous forme de bobine 45 jusqu'à achèvement de celle-ci, on enlève la bobine 45 de l'appareil et on l'utilise alors pour former les condensateurs par enroulement dans un appareil à bobiner convenable quelconque.
Ce dernier peut être beaucoup plus simple que les appareils or- dinaires à bobiner les condensateurs en papier, et il comprend de préférence un court mandrin 60, Fig.6, qui fait saillie sur une boîte d'engrenage 61 et est actionné par une poulie 62, à gorge en V, montée sur un arbre de commande 63. L'opérateur en- roule la bande 40 autour du mandrin 60 à la main pour les pre- miers tours, puis l'appareil est mis en marche et une bobine de condensateur 64 y est enroulée. Ainsi qu'on le comprendra, il faut un support convenable pour le rouleau 45 d'où la bande 40 est déroulée, et ordinairement on fait passer celle-ci autour d'un ou de plusieurs rouleaux de tension sur son parcours vers le mandrin
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60.
Ce dernier peut avoir une face plate comme c'est indiqué en 65 pour contribuer à actionner la bande de papier pendant que la bobine 64 se forme.
Aussitôt qu'une bobine de condensateur est complètement enroulée sur le mandrin 60, la dernière spire est momentanément collée par un peu d'adhésif ou par une pointe de graisse ou au- trement et on fait glisser la bobine de condensateur pour la retirer longitudinalement du mandrin dont l'extrémité est laissée libre dans ce but comme le montre la fig. 6 et on peut alors commencer sans délai à enrouler un autre condensateur sur le mandrin.
Lorsque les bobines sont terminées, on projette du métal sur les extrémités d'une manière semblable à celle décrite dans le brevet belge n .478.793 de manière à former une base de cuivre projeté ou son équivalent à laquelle on peut souder les fils ou les chapeaux des bornes. En pratique, le diamètre du mandrin 60 peut être très petit, soit 1/lOe. ou 3/64e. de pouce, d'où l'on peut déduire les faibles dimensions des condensateurs qui peuvent être obtenus suivant l'invention. Des condensateurs de 1/10e de pouce de diamètre et de 1/4 de pouce de longueur peuvent être fa- cilement produits suivant l'invention avec une capacité d'environ 0,01 microfarads si l'on emploie du papier de 8 microns d'épais- seur. Si l'on augmente l'épaisseur du papier jusqu'à 15 microns la capacité peut être réduite à 0,003 microfarads.
Dans le premier cas, le condensateur résistera à une tension de 150 volts, tandis que pour du papier de 15 microns d'épaisseur le condensateur peut résister à 350 volts, du papier vernis étant employé dans les deux cas.
Lorsqu'il est nécessaire de résister à une tension encore plus élevée, on peut employer une bande démétallisée en 70 comme le montre la fig.7, présentant des aires métallisées largement espacées 71 qui partent du bord 72 de la bande et des aires mé- tallisées intermédiaires 73 qui partent du bord 74. Sur la fig.8, si 60 représente le mandrin sur lequel le condensateur est enroulé,
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il peut y avoir alors plusieurs couches 75 de papier démétalli- sé disposées entre les couches 71, 73 d'aires métallisées, ce qui augmente la résistance d'isolement du condensateur, tandis qu'évi- demment sa capacité est aussi réduite en même temps.
Suivant une variante, une bande peut être démétallisée comme c'est représenté sur la fig. 9 en 80, de manière à présenter des aires 81 qui partent d'un bord de la bande et sont disposées en regard d'aires 82 qui partent de l'autre bord de la bande, et entre ces aires peuvent être disposées d'autres aires métallisées 83 qui ne s'étendent pas jusqu'aux bords de la bande, des deux côtés de celle-ci. Il en résulte que lorsque le condensateur est enroulé comme c'est représenté sur la fig.10, les aires 81,82 alternent avec des spires de papier qui portent des aires 83, et on obtient alors l'équivalent de deux condensateurs en série l'un par rapport à l'autre.
Cette idée peut évidemment être développée davantage, en augmentant le nombre d'aires qui s'intercalent entre des aires telles que 81,82 lorsque le condensateur est enroulé, un grand nombre de dessins différents étant possibles pour obtenir des condensateurs multiples montés en série ou en série-parallèle.
On fera remarquer qu'on n'a décrit, à titre d'exemple, qu'un seul procédé pour l'exécution de dessins métallisés sur la bande, mais que tout autre procédé pour l'exécution de ces dessins pourrait être adopté, bien que celui décrit soit estimé le meilleur.
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