Verfahren zur Herstellung -von elektrischen Wickelkondensatoren mit einem Dielektrikum aus polymerem Material. Die elektrischen sogenannten Wickelkon densatoren werden dadurch hergestellt, dass zwei oder mehr möglichst dünne Metallbän der mit zwischengelegten und ebenfalls mög lichst dünnen Isolierstoffbändern zu einem Voll- oder Hohlzylinder aufgewickelt wer den. An Stelle eines Metallbandes können als Kondensatorbeläge auch mit Metallauflagen versehene Isolierstoffbänder dienen, bei denen der Isolierstoffträgerkörper zugleich auch als Dielektrikum benutzt werden kann.
Die Wickelkondensatoren können trotz kleinen Raumbedarfes und sehr handlicher Form grosse Kapazitätswerte aufweisen und werden deshalb auf vielen Gebieten der Elektrotech nik mit Vorteil verwendet.
Da die Anforderungen auf den verschie denen Gebieten sehr verschiedenartig sind, wählt man die Isolierstoffbänder dement sprechend aus, um ganz bestimmte Werte der Fertigprodukte zu erhalten. Besonderes Inter- esse wurde dem Isolierstoff aus polymerem Material als Dielektrikum entgegengebracht, da dessen Isolations- und Verlustwinkelwerte sehr klein sind. Leider liessen sich jedoch bis her nur Stapelkondensatoren herstellen, da die polymeren Materialien bei Beanspruchung auf Biegung rissig werden und brechen. Eine wirtschaftliche Herstellungsweise von grösse ren Kapazitäten, z.
B. in Form von Wickel kondensatoren, war daher nicht möglich.
Durch die vorliegende Erfindung wird nun gezeigt, dass sich auch Wickelkonden satoren mit polymerem Material herstellen lassen, wenn man biegsame Filme aus gereck tem polymerem Material zum Aufbau der Kondensatoren verwendet. Bekanntlich lassen sich polymere Materialien, insbesondere Poly styrol, durch einen mechanischen Vorgang bei der Herstellung in einen gereckten Zu stand versetzen, z. B. werden die auf der Film-Ziehmaschine hergestellten Filme auf eine mehrfache Länge bei der flerstelhing gezogen.
Dieses Material ist dann biegsam und zeigt die -Nacliteile des normalen Poly- styrols nicht. Insofern können also unter Ver wendung eines derartig hergestellten poly meren Materials auch Wichelkondensatoren gefertigt werden, die über ausgezeichnete elektrische Werte und grosse Beständigkeit verfügen.
Diese gereckten Isolierfilme haben nirn weiterhin die Eigenschaft, sich bei Erwiir- mung auf ihre ursprüngliche Länge ztisani- menzuziehen. Benutzt man diese Erscheinung bei einem mit gerecktem Material nach der Erfindung hergestellten Wickelkondensator, so werden infolge des durch die Zusa.mnien- ziehung eintretenden innern M'ielzeldi,
ucl@es alle etwaigen beim u'ickelvorgang einge schlossenen Luftblasen aus dem Wickelkör per herausgetrieben. Bei fortgesetzter Wärine- beliandlung bezw. bei plötzlich ansteigender Wärmeeinwirkung kann ein Zusammen- schweissen der frei aufeinander liegenden Randteile der Dielektrikumbänder erzielt werden,
so dass der Kondensatorwickel gegen den 'Tiedereirltritt von Liift völlig abge schlossen ist.
Man setzt die Kondensatoren vorteilhaf- terweise nur so zweit einer Erwärmung aus. dass im Endzustand die Folien noch eine be stimmte Spannung aufweisen, also nicht ganz "entreckt" sind.
Besonders. vorteilhaft ist es dabei, die Einvä.rmung in Stufen vor7uneli- men, wobei gleichzeitig eine Möglichkeit be steht, bei einem bestimmten Reekungszustand einen Abgleich der Kapazität vorzunehmen, so da,ss sehr geringe Fertigungstoleranzen ein behalten werden können.
Die Temperaturen für den @ntrechun s vorgang der Isolierbänder liegen in. der Hauptsache zwischen äll und 100' C. Je nach der Temperaturhöhe und der Zeit der Er wärmung lassen sieh bestimmte Reckungszu- stä.nde einstellen. In diesem Zustand kann der Kondensator gemessen und durch Ver kleinern der Belegung auf einen Wert ge bracht werden, der dem gewollten Endwert oder einem um einen bestimmten, verziielis- <B>iu,</B> mi i zissig ei ittellen, davon verschiedenen Be trag entspricht.
Hierauf kann dann eine zweite Erwärmung des Kondensators vorge nommen werden, die niin das Verschweissen der Ränder zur Folge haben soll, ohne den eingestellten Kapazitätswert merklich oder nur uni den bestimmten Betrag zii ändern.
Erreicht wird dies beispielsweise durch eine kurme itige höhere Wärmebehandlung. die z@veckmiissigenveise über l@@l! C liegt.
Hierbei schweissen die überstehenden Ränder der Isolierfolie zusammen, ohne dass eine nennenswerte l@"lu_.rtragung der Wärme in das Innere des Kondensators erfolgt. Unterstützt wird dies durch die geringe Värineleitfiiliig- keit dieser synthetischen Materialien.
Aus dein Vorstehenden ergibt sich, dass es bei Anwendung der Erwärmung zweckmässig ist. den Anfangskapazitätswert der Konden satoren so zii 1,enicssen, dass er ain Ende einer ersten Wärinebeliandlung grösser ist als der gewünschte Endwert. da. der Abgleich nur in Form einer Verkleinerung erfolgen kann.
Die Kapazität iniss zwischen den beiden @Väi-ine- s1lifen riatiirlich eine solche Grösse aufweisen, dass die nachfolgende Ändermig durch die zweite Wiii-iiiebehandlung sie auf den ge wünschten Endwert führt, wobei selbstver ständlich ilie Art der zweiten Behandlung von ausschlaggel-)ender Bedeutung für die Grösse des Zwischenwertes ist.
Erfolgt sie nämlich so schnell und bei einer solchen Tem peratur, dal) mir die Ränder aussen zusam- menschweissen, ohne dass die gereckten Bän der im Inirern des Kondensators sich -eiter zusammen-iehen. so wird der Kapazitätswert der gleiche bleiben.
Tritt infolge längerer zeit licher Wärmeeinwirkung eine geringe. Ände rung auf. so ist der Anfangswert um diesen Betrag grösser zu wählen, und es werden, gleichm;itiige Fabrikation vorausgesetzt. alle Endwerte gleiche Grösse besitzen.
ITm die Kondensatoren vollständig abzu kapseln, empfiehlt es sich, am Anfang und Ende eines Wickels mindestens eine Leerwin dung der Isolierfolie ohne Zwischenlage von Belagmetall vorzusehen, so dass allseitig ein Zusanimensehweissen des Materials eintreten kann und damit eine vollständig luftsichere Kapselung des Kondensators erzielt wird. Die Anschlüsse der Belege können diesem Zweck entsprechend in verschiedener Weise, z. B. als in Zickzack liegende Drähte oder Fahnen, ausgeführt sein.
Neben dem Verfahren bildet auch ein nach diesem hergestellter Kondensator den Gegenstand der Erfindung.
Anhand der Zeichnung sei die Erfindung an zwei Beispielen noch näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Wickelkondensator gemäss der Erfindung. Zwei aus gerecktem polymerem Material, z. B. Polystyrol, bestehende Bänder mit den Abmessungen 50 y 0,1 mm und zwei Alu miniumfolienbänder mit den Abmessungen 30 X 0,06 mm sind auf einem als Wickel kern dienenden Metallzylinder 1, der ein Stift oder ein Rohr sein kann, zu einem Wickel 2 aufgewickelt worden, ohne dass ein Brechen oder Einreissen der biegsamen Filme eintreten konnte. Der Wickel ist dann unge fähr vier Stunden in einer Wärmekammer auf etwa 120' C erwärmt worden.
Hierbei trat eine Rückwandlung des Polystyrols ein, wobei die Polystyrolbänder sich fest zusam menzogen, hierbei die Lufteinschlüsse her auspressten, und schliesslich schweissten seine das dünne Aluminiumband überragenden Ränder fest zusammen.
Bei der Auswahl der Abmessungen der Isolierbänder muss berücksichtigt werden, dass die Bänder sich bei der Wärmebehandlung nicht nur in der Längsrichtung, sondern auch in der Breitenrichtung zusammenziehen, und zwar, wie Fig. 1 auch erkennen lässt, in den äussern Wickellagen stärker als in den innern Wickellagen, in denen die Reibung der Rand lagen grösser ist. Die Isolierbänder müssen infolgedessen in ihrer Breite einen bestimm- ten Mindestüberschuss über die Breite der Me tallfolie aufweisen.
Es können auch Bänder verwendet werden, die nach den äussern La gen zu an Breite zunehmen. Im Interesse der Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit lassen sich zwischen zwei Metallbelegungen an Stelle eines einzigen auch mehrere Isolierbän- der anordnen. An den mit einem Belag lei tend verbundenen Metallzylinder 7 ist als eine Zuleitung ein isolierter Draht 3 ange lötet. Die andere Zuleitung besteht ebenfalls aus einem isolierten Draht 4, dessen blankes Ende breit gedrückt als Anschlussfahne im Wickel fest eingepresst ist. Der Kondensator körper ist in ein Rohr 5 aus Isolierstoff ein gesetzt, das ein- oder beidseitig verschlossen sein und z. B. aus Glas oder Polystyrol be stehen kann.
Ein Musterkondensator dieser Ausführung wies bei etwa 13 mm Aussen durchmesser des Wickels eine Kapazität von 4000,uF und einen Isolationswiderstand von mehr als 107 14legohm auf, d. h. mehr als 40000 Megohm für 1,uF.
Der Kondensator lässt sich auch in der Form ausführen, dass beide Beleganschlüsse aus an den blanken Enden flachgedrückten, isolierten Drähten bestehen, wobei auf den Wickelkern eine oder mehrere Windungen von Isolierfolie als Isolierung gegen den Kern aufgebracht werden. Der Kern selbst kann, zumal wenn er mit einer konzentrischen Boh rung versehen ist, beim Aufbau eines Appa rates als Tragorgan dienen. Auch kann er aus Isoliermaterial, z. B. keramischen Stoffen oder Glas, bestehen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungs form eines Wickelkondensators gemäss der Erfindung, die sich von der Ausführungs form nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass der Wickelkern nicht aus einem Metallzylin der, sondern aus einem beispielsweise 5 mm starken Stift aus gerecktem polymerem Mate rial besteht. Dieser Stift 6 ist mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Nuten ver sehen, in die die Anschlussdrähte 7 und 8 eingelegt sind, auf die an ihren blanken En den die Enden der Metallbeläge des Konden- sators in mehreren Windungen aufgewickelt sind.
Die Anwendung der Nuten ist an sich auch bei Wickelkernen aus andern Isolier stoffen vorteilhaft, jedoch ergibt die Verwen dung eines Wickelkernes aus gerecktem poly merem Material noch einen besonderen Vor teil. Bei der Durchwärmung des Konden- satorkörpers verkürzt sich nämlich auch der Kernstift.
und vergrössert dabei seinen Durch- messer. Hierdurch wird auf den @\'ichel auch von innen her ein erheblicher Druck aus geübt, der einerseits die Zuführungen fest mit den Belegungen in den Nuten ve rpressi und anderseits die Beseitigung der Soll räume mit Lufteinschlüssen begünstigt.
Weiterhin ist bei dem Kondensator nach Fig. 2 die Erwärmung nicht his zur vollstän digen Entreckung der Folien durchgeführt worden, so dass der Kondensatorkörper immer unter mechanischer Spannung steht. Hier durch können ohne besondere Schäden kurz zeitige thermische Cberlastungen vertragen werden, durch die die Folien nur das Bestre ben haben, sich noch weiter zusammenzu ziehen.
Infolgedessen erden besonders die lose eingelegten Anschlussfahnen fest einge schlossen bleiben und guten Kontakt gewähr leisten.
Das Entfernen der Lufteinschlüsse lässt sich dadurch noch erheblich begiinstigen, da.ss die Wärmebehandlung unter Vakuum vor genommen wird. Dabei kann das Vakuum entweder nur wehrend der Rückwandlung des polymeren Materials oder nur während des Zusammenschweissens der überstehenden Plan- der oder während beider Vorgänge vorgenoui- men werden.
Die Behandlungstemperatur kann zum Zweck eines beschleunigten Zu sammenschweissens der Ränder "'egel)enen- falls erhöht werden. U m ein sicheres Zusam menschweissen der Ränder zu gew:ihi'leisten. empfiehlt es sich, die aufzuwicl.:elnden Iso lierbänder sehr sauber zu halten und gegebe nenfalls einer Vorreinigung zu unterziehen.
Für die erfindungsgemässe Herstellung dieser Kondensatoren können alle polymeren Stoffe verwendet werden, die reckbar sind, beispielsweise Vinylverbindungen, wie Poly styrol, Polyviny lclilorid oder Polyacrylsäure- ester beziv. Mischpolymerisate aus denselben.
Process for the production of electrical wound capacitors with a dielectric made of polymer material. The electrical so-called Wickelkon capacitors are produced in that two or more metal strips that are as thin as possible are wound into a solid or hollow cylinder with interposed and also as thin as possible insulating strips. Instead of a metal strip, insulating strips provided with metal layers can also serve as capacitor linings, in which case the insulating substrate can also be used as a dielectric at the same time.
The wound capacitors can have large capacitance values despite small space requirements and a very handy shape and are therefore used with advantage in many areas of electrical engineering.
Since the requirements in the various areas are very different, the insulating tapes are selected accordingly in order to obtain very specific values for the finished products. Particular interest was shown in the insulating material made of polymer material as a dielectric, as its insulation and loss angle values are very small. Unfortunately, up to now, only stacked capacitors could be produced, since the polymeric materials crack and break when subjected to bending. An economical way of manufacturing larger capacities such.
B. in the form of wound capacitors, was therefore not possible.
The present invention now shows that winding capacitors can also be produced with polymeric material if flexible films made of stretched polymeric material are used to build the capacitors. As is known, polymeric materials, in particular poly styrene, can be put into a stretched state by a mechanical process during manufacture, e.g. B. the films produced on the film-drawing machine are drawn to a multiple length at the flerstelhing.
This material is then pliable and does not show the -Nacli parts of normal polystyrene. In this respect, using a polymer material produced in this way, Wichel capacitors can also be produced which have excellent electrical values and great durability.
These stretched insulating films still have the property of being drawn to their original length when heated. If this phenomenon is used in a wound capacitor produced with stretched material according to the invention, then as a result of the internal Mielzeldi,
ucl @ es all air bubbles trapped during the winding process driven out of the winding body. With continued heat treatment respectively. in the event of a sudden increase in the effect of heat, the exposed edge parts of the dielectric strips can be welded together,
so that the condenser winding is completely closed against the 'low-pressure entrance of Liift.
The capacitors are advantageously only subjected to heating for a second time. that in the final state the films still have a certain tension, that is, they are not completely "stretched".
Especially. It is advantageous to advance the heating in stages, while at the same time it is possible to adjust the capacitance at a certain reeking state so that very small manufacturing tolerances can be maintained.
The temperatures for the calculation process of the insulating tapes are mainly between 100 and 100 ° C. Depending on the temperature level and the time of heating, certain stretching conditions can be set. In this state, the capacitor can be measured and, by reducing the occupancy, can be brought to a value that corresponds to the desired final value or to a value that differs from it by a specific, reasonable amount of time wear corresponds.
A second heating of the capacitor can then be carried out, which should never result in the welding of the edges, without noticeably changing the set capacitance value or only changing the specific amount zii.
This is achieved, for example, through a short, higher heat treatment. the z @ veckmiissigenveise via l @@ l! C lies.
The protruding edges of the insulating film weld together without any appreciable heat transfer into the interior of the capacitor. This is supported by the low conductivity of these synthetic materials.
It follows from your foregoing that it is useful when using heating. The initial capacitance value of the capacitors must be set so that at the end of a first heat treatment it is greater than the desired end value. there. the comparison can only take place in the form of a reduction.
The capacity between the two stages must necessarily be of such a magnitude that the subsequent change through the second treatment leads to the desired final value, whereby of course the type of the second treatment is of crucial importance for the size of the intermediate value.
This is because it takes place so quickly and at such a temperature that the edges are welded together on the outside without the stretched ribbons in the inside of the condenser pulling together. so the capacitance value will stay the same.
Occurs as a result of prolonged exposure to heat. Change to. the initial value is to be chosen to be greater by this amount, and uniform manufacture is assumed. all final values have the same size.
In order to completely encapsulate the capacitors, it is advisable to provide at least one empty turn of the insulating film without an intermediate layer of covering metal at the beginning and end of a roll, so that the material can be welded together on all sides and thus a completely airtight encapsulation of the capacitor is achieved. The connections of the documents can for this purpose in various ways, for. B. as lying in zigzag wires or flags.
In addition to the method, a capacitor produced according to this also forms the subject of the invention.
The invention is explained in more detail using two examples using the drawing.
Fig. 1 shows in longitudinal section a wound capacitor according to the invention. Two of expanded polymeric material, e.g. B. polystyrene, existing tapes with dimensions 50 y 0.1 mm and two aluminum foils with dimensions 30 X 0.06 mm are on a core serving as a winding metal cylinder 1, which can be a pin or a tube, to a roll 2 has been wound up without breaking or tearing the flexible films. The winding was then heated to about 120 ° C. in a heating chamber for about four hours.
Here, the polystyrene converted back, with the polystyrene strips pulling together tightly, squeezing out the air pockets, and finally its edges protruding beyond the thin aluminum strip welded together firmly.
When selecting the dimensions of the insulating tapes, it must be taken into account that the tapes contract not only in the longitudinal direction but also in the width direction during the heat treatment, namely, as FIG. 1 also shows, more in the outer winding layers than in the inside winding layers in which the friction of the edge layers is greater. As a result, the width of the insulating tapes must have a certain minimum excess over the width of the metal foil.
It is also possible to use bands that increase in width according to the outer layers. In the interest of increasing the dielectric strength, several insulating tapes can be arranged between two metal layers instead of a single one. On the metal cylinder 7 connected to a lining lei tend, an insulated wire 3 is soldered as a lead. The other lead also consists of an insulated wire 4, the bare end of which is pressed wide and firmly pressed into the coil as a connection lug. The capacitor body is set in a tube 5 made of insulating material that can be closed on one or both sides and z. B. made of glass or polystyrene can be available.
A sample capacitor of this design had a capacitance of 4000 µF and an insulation resistance of more than 107 14legohm with an outer diameter of about 13 mm of the winding, i.e. H. more than 40,000 megohms for 1, uF.
The capacitor can also be designed in such a way that both document connections consist of insulated wires that are flattened at the bare ends, with one or more turns of insulating film being applied to the winding core as insulation against the core. The core itself can, especially if it is provided with a concentric Boh tion, serve as a support member when building an apparatus. It can also be made of insulating material, e.g. B. ceramic materials or glass exist.
Fig. 2 shows a further embodiment of a wound capacitor according to the invention, which differs from the embodiment of Fig. 1 in that the winding core does not consist of a Metallzylin, but of a, for example, 5 mm thick pin made of stretched polymer material . This pin 6 is provided with two diametrically opposed grooves into which the connecting wires 7 and 8 are inserted and onto which the ends of the metal coatings of the capacitor are wound in several turns at their bare ends.
The use of the grooves is in itself advantageous for winding cores made of other insulating materials, but the use of a winding core made of stretched polymer material still has a special advantage. When the capacitor body is heated, the core pin also shortens.
and increases its diameter in the process. As a result, a considerable pressure is exerted on the @ \ 'ichel from the inside, which on the one hand favors the feeds firmly with the assignments in the grooves and on the other hand the elimination of the target spaces with air pockets.
Furthermore, in the case of the capacitor according to FIG. 2, the heating has not been carried out until the foils have been completely stretched, so that the capacitor body is always under mechanical tension. Through this, brief thermal overloads can be tolerated without any particular damage, through which the foils only have the tendency to contract even further.
As a result, the loosely inserted terminal lugs in particular remain firmly enclosed and ensure good contact.
The removal of the air inclusions can be greatly facilitated by the fact that the heat treatment is carried out under vacuum. The vacuum can either only be adjusted during the reversal of the polymeric material or only during the welding together of the projecting planers or during both processes.
The treatment temperature can, if necessary, be increased for the purpose of accelerated welding of the edges. In order to ensure that the edges are securely welded together, it is advisable to close the insulating tapes to be wound up very neatly hold and, if necessary, subject to a pre-cleaning.
For the production of these capacitors according to the invention it is possible to use all polymeric substances which can be stretched, for example vinyl compounds such as polystyrene, polyvinyl chloride or polyacrylic acid esters, respectively. Copolymers from the same.