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Verfahren zur Herstellung von Wickelkondensatoren, vorzugsweise Papierwickelkondensatoren,
mit sehr enger Kapazitätstoleranz Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung
von Wickelkondensatoren, insbesondere Papierwickelkondensatoren, mit sehr enger
Kapazitätstoleranz, die mit einem aushärtbaren Kunstharz oder anderen geeigneten
erhärtenden Imprägniermitteln getränkt und umgeben sind. Bei normalen Papierkondensatoren
sind Anlieferungstoleranzen von 20 bzw. 10% des Nennwertes zulässig. Diese Kondensatoren
genügen den üblichen Anforderungen. Für verschiedene Anwendungszwecke werden jedoch
oft genaue Kapazitätswerte mit engen Toleranzen benötigt. Derartige Kondensatoren
müssen auf Grund ihres Aufbaues und der Herstellungsart bereits eine solche zeitliche
Kapazitätskonstanz aufweisen, daß ein Abgleichen auf eine enge Toleranz überhaupt
sinnvoll ist. Das Abgleichen solcher Kondensatoren erfolgt üblicherweise am imprägnierten
Wickel durch Zu- bzw. Abschalten kleinerer oder größerer Teilkapazitäten des Wickels,
deren Anschlüsse besonders herausgeführt sind; oder die Wickel erhalten eine etwas
größere Kapazität als die Nennkapazität, wobei der Abgleich durch Abwickeln der
jeweils äußeren Kondensatorbeläge auf den Sollwert erfolgt. Eine weitere Möglichkeit
des Abgleichens besteht darin, daß in die letzten, äußeren Windungen Reißfäden eingelegt
werden, mittels welcher einzelne Windungsabschnitte, und zwar ebenfalls nach dem
Imprägnieren, vom Hauptbelag abgetrennt werden können. Die Anwendung der beiden
letztgenannten Verfahren ist nur bei mit Wachs imprägnierten Wickeln möglich, weil
nur deren äußere Leerwindungen nach Erwärmen geöffnet und wieder verschlossen werden
können. Mit den geschilderten und ähnlichen Verfahren ist ein sprunghafter Abgleich
von 5 bis maximal etwa 20/a Toleranz möglich.
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Noch engere Toleranzen können damit nicht erreicht werden und lassen
sich schon allein der Alterungserscheinungen wegen, d. h. einem langsamen Abweichen
des einmal eingestellten Kapazitätswertes im Verlaufe der Zeit, auch kaum ohne größeren
Aufwand einhalten.
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Das in den letzten -Jahren neu eingeführte Verfahren der Imprägnierung
von Papierwickelkondensatoren mit aushärtbaren Kunstharzen hat ergeben, daß die
zeitliche Kapazitätsänderung der ausgehärteten Wickel wesentlich kleiner ist, also
der einmal eingestellte Wert sich konstanter verhält. Obwohl bei solchen Wickeln
die grundsätzlichen Voraussetzungen für engere Toleranzen gegeben sind, werden die
normalen kunstharzimprägnierten Wickel aus wirtschaftlichen Erwägungen mit den gleichen
großen Toleranzen, wie eingangs angeführt, gefertigt. Ein Abgleichen der derart
imprägnierten Wickel mit den vorstehend genannten Möglichkeiten ist jedoch nicht
gegeben, weil diese Kondensatorwickel nach der Aushärtung einen massiven, steinharten
und nicht mehr lösbaren Körper bilden. Ein Zu- und Abschalten von Teilkapazitäten
läßt sich selbstverständlich durch Trennen oder Verbinden von eigens dazu herausgeführten
Anschlußelementen ebenfalls ermöglichen, jedoch ist dabei zu bedenken, daß bei der
Imprägnierung mit Kunstharz eine alsolut sichere Kontaktgabe nur durch unmittelbar
auf die Kondensatorbeläge aufgeschweißte Anschlußdrähte oder andere Anschlußelemente
erreicht werden kann. Diese Maßnahme ist unerläßlich, weil das feinstmolekulare
Kunstharz, das zwischen die zu kontaktierenden Berührungsflächen fließt, eine sichere
Kontaktgabe ohne Schweißung unterbindet. Das Schweißen erfordert jedoch mehr Zeit
als das bisher übliche Einlegen der bekannten, durch Druck kontaktgebenden Anschlußstreifen;
außerdem können solcherart nur Abgleichtoleranzen, wie die bereits genannten, erreicht
werden. Die Einhaltung engerer Toleranzen erfordert hingegen mehrere kleinere Teilkapazitäten,
deren Anschlüsse herausgeführt werden müßten, wodurch sich das Verfahren noch unwirtschaftlicher
gestalten würde.
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Auf Grund der bekannten Tatsache, daß sich Kunstharze (auch mit metallischen
Einlagen) gut mit Metallbearbeitungswerkzeugen bearbeiten lassen und
daß
bei einem mit Kunstharz imprägnierten Kondensatorwickel die Metallbeläge durch das
Papierdielektrikum auf einem gleichbleibenden Abstand gehalten werden und diese
durch das den ganzen Wickel durchdringende und ausgehärtete Kunstharz unverrückbar
miteinander verbunden sind; so daß der Wickel einem massiven Stück gleicht, ergibt
sich die Möglichkeit eines für solche Kondensatoren neuartigen Abgleichverfahrens,
das von der an sich bei keramischen Kondensatoren bekannten teilweisen Abtragung
des fertigen Kondensatorkörpers und Verringerung der wirksamen Belagfläche Gebrauch
macht. Gemäß der Erfindung wird ein Teil des ausgehärteten Wickelkörpers durch spanabhebende
Bearbeitung parallel oder schräg zu seiner Achse von der mit isolierenden Schutzwindungen
versehenen Mantelfläche aus abgetragen, so daß die dadurch entstehende ebene oder
gekrümmte Fläche an dem Wickelkörper die einzelnen Windungen der Belagfolien- mit
dem dazwischenliegenden Dielektrikum tangential schneidet. Dadurch werden, je nach
Lage der so entstandenen Fläche, entweder eine oder mehrere der Windungen der Belagfolien
und des Dielektrikums vollkommen oder teilweise von den kapazitiv wirksamen Belagfolien
abgetrennt und somit inaktiv.
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Dazu wird der mit Kunstharz imprägnierte und ausgehärtete Papierkondensatorwickel,
der als normaler Wickel mit mindestens zwei leitenden Kondensatorbelägen und den
üblichen Papierzwischenlagen aufgebaut ist, wie üblich mit einer etwas größeren
als der Sollkapazität hergestellt. Da die Abtragung eines Teiles des Wickelkörpers,
im Querschnitt des Wickels gesehen, eine Abflachung der gewölbten Fläche um einen
Kreisabschnitt ergibt, ist der Abstand der entsprechend schräg angeschnittenen Metallbeläge
durch die dazwischenliegenden Papierlagen noch genügend groß, so daß die maximale
Spannungsfestigkeit solcher Wickel gegenüber nicht abgeglichenen Wickeln zwar herabgesetzt
wird, jedoch für etwas niedrigere Spannungen noch ausreichend ist. Dieser Umstand
läßt sich durch entsprechende Dimensionierung des Kondensatoraufbaues ausgleichen.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für Kondensatoren niedrigerer Spannungsreihen,
bei denen das Dielektrikum nicht bis zur zulässigen Höhe belastet wird. Zur Erprobung
der Brauchbarkeit der gemäß der Erfindung hergestellten Kondensatoren wurden Muster
entsprechend den Abb. 1 bis 3, und zwar mit einem normalen Aufbau für 500 V = Betriebsspannung,
hergestellt und diese mit einer um 30°/o höheren Prüfspannung als vorgeschrieben
(mit 2000V=) 5 Minuten lang geprüft, ohne daß ein Durch- oder Überschlag erfolgt
ist. Das Abtragen eines Teiles der Beläge ist selbstverständlich auch an anderen
Stellen, z. B. über die Berührungskante von der Mantelfläche und der Stirnseite
des Wickelkörpers, möglich (Abb. 2a, 2b); dadurch verläuft die entstandene
Abflachung an dem Wickelkörper nicht parallel zu seiner Achse. Beim Abgleichen kann
der Kapazitätswert des Wickels in an sich bekannter Weise an einem an den Wickel
angeschlossenen Kapazitätsmeßgerät laufend kontrolliert werden, wodurch es möglich
wird, Kapazitätstoleranzen von nahezu ± 0% durch sukzessives Vorgehen in kleinsten
Abstufungen mittels dieses Verfahrens zu erzielen. Nach erfolgtem Abgleich der Kondensatoren
gemäß der Erfindung empfiehlt es sich, die fertigbearbeitete Fläche an den Kondensatorwickel
mit einem aushärtenden Kunstharz wieder zu überziehen. Der Wickel kann danach wie
jeder andere normale Wickel in Schutzbecher oder Rohre eingebaut oder vergossen
bzw. umpreßt werden.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt sich keinesfalls
nur auf Wickelkondensatoren, welche mit einem Dielektrikum aus Papier aufgebaut
sind, sondern sie ist genauso anwendbar bei Kondensatoren mit einem Dielektrikum
aus Kunststoffolie, die in bekannter Weise mittels nachträglicher thermischer Behandlung
innerhalb und um den Kondensatorwickel verfestigt worden ist.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele in einer Zeichnung näher
erläutert. Abb.1 zeigt, der besseren Darstellungsmöglichkeit wegen perspektivisch
gezeichnet, einen Kondensatorwickel, der gemäß der Erfindung durch Abtragen eines
Teiles seines aktiven Kondensatorkörpers abgeglichen ist. Die hierdurch entstandene
Fläche verläuft in dem Falle parallel zur Achse des Kondensators.
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Von dem in der Abb. 2 a dargestellten KondensatorkÖrper ist entgegen
dem in der Abb. 1 ein Teil so abgetragen, daß die dadurch entstandene Fläche nicht
parallel zur Wickelachse verläuft. In der Abb. 2b ist der gleiche Kondensatorkörper
um 90° um seine Längsachse gedreht wiedergegeben. Der Kondensatorwickel in Abb.
3 a ist so abgetragen, daß die dadurch entstandene Fläche zylindrisch geformt ist,
und zwar mit ihrer Achse rechtwinklig zur Wickelachse.
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Abb. 3 b gibt denselben Kondensatorwickel um 90° um seine Längsachse
gedreht wieder, wobei die Fläche als Ellipse erscheint. Die Pfeile über den Wickeln
geben in jedem Fall die vorteilhafteste Richtung der Abtragung an.
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Abb. 4 stellt vergrößert einen Teil des Querschnittes durch einen
gemäß der Erfindung abgeglichenen Kondensatorwickel dar. Die Bogenlinien deuten
die Metallbeläge des Kondensatorwickels an, während b' die Schnittkante der Fläche
b aus Abb. 1 ist, die durch das Abtragen eines Teiles des Kondensatorkörpers an
ihm entstanden ist. Der Abstand der Beläge voneinander (= Dielektrikumstärke) ist
mit a bezeichnet, während der durch das Abtragen an der Oberfläche entstandene Abstand
mit A bezeichnet ist. Die Abb. 4 läßt außerdem deutlich erkennen, daß durch das
Abtragen eines Teiles des Kondensatorkörpers in jedem Fall (Abb. 1 bis 3) der Abstand
A der Beläge voneinander an der Fläche b, gleichgültig, ob diese eben oder zylindrisch
ist, immer größer als a sein wird, solange die eine Sekante darstellende Schnittkante
kleiner als der doppelte Krümmungsradius bleibt. Das Verhältnis a : A ist daher
immer eine Funktion des Sehnentangentenwinkels, der von der Abtragtiefe abhängig
ist. Das günstigste Verhältnis ist also immer durch einen kleinen Sehnentangentenwinkel
bzw. flaches Abtragen bestimmt.