DE1138164B

DE1138164B - Verfahren zur Herstellung elektrischer Wickelkondensatoren mit genau reproduzierbarer Kapazitaet

Info

Publication number: DE1138164B
Application number: DEM39147A
Authority: DE
Inventors: Robert Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-10-01
Filing date: 1958-10-01
Publication date: 1962-10-18

Description

Verfahren zur Herstellung elektrischer Wickelkondensatoren mit genau reproduzierbarer Kapazität Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Wickelkondensatoren mit genau reproduzierbarer Kapazität.
Zur Verwendung in Schwingungskreisen und Filtern, z. B. in der Fernsehtechnik, werden Kondensatoren mit genau reproduzierbarer Kapazität benötigt.
Solche Kondensatoren werden oft durch Aufwickeln isolierender Schichten mit leitenden Belägen aus Metallfolie hergestellt. Die genaue Kapazität wird durch Justieren der Belagfläche nach der Wicklung erzielt oder auch dadurch, daß man ein Kondensatorstück mit zu kleiner Kapazität wählt und versuchsweise kleine Kapazitäten parallel verbindet, bis die erforderliche Kapazität erzielt ist.
Es sind bereits Kondensatoren bekannt, die auf einen Wickelkern gewickelt sind, der im Verhältnis zum resultierenden Außendurchmesser einen sehr kleinen Durchmesser aufweist. Ferner sind auch Kondensatoren mit im Verhältnis zu den dielektrischen Schichten sehr dünnen Belegungen bekannt, z. B. alle Kondensatoren mit aufgedampften Belegungsschichten. Schließlich ist es auch bekannt, Wickelkondensatoren mit einem Imprägniermittel zu imprägnieren, das ungefähr die gleiche Dielektrizitätskonstante wie die festen dielektrischen Schichten hat.
Das Verfahren zur Herstellung der eingangs erwähnten Kondensatoren, die in Schwingkreisen und Filtern usw. verwendet werden, ist sehr zeitraubend und daher teuer. Auch die übrigen angeführten bekannten Kondensatoren lassen sich, wenn sie einen im voraus festgestellten Kapazitätswert aufweisen sollen, wirtschaftlich nicht in Serienproduktion herstellen.
Erfindungsgemäß sollen die vorstehenden Nachteile vermieden und ein Verfahren geschaffen werden, durch das es möglich ist, Wickelkondensatoren in Serienfabrikation mit voraus berechneter Kapazität und sehr geringer Streuung der Kapazitätswerte und gleichzeitig mit sehr hoher Ionisierungsspannung herzustellen, wobei beim Wickeln lediglich die Windungszahl überwacht werden muß.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erzielt, daß dielektrische Folien zusammen mit leitenden Schichten oder Folien, die im Verhältnis zum dielektrischen Material eine sehr geringe Stärke haben, mit einer durch den gewünschten Kapazitätswert bestimmten Anzahl Windungen auf einen Wickeldorn aufgewickelt werden, der einen im Verhältnis zum endgültigen Außendurchmesser des Kondensatorwickels sehr kleinen Durchmesser aufweist, und daß dann der Kondensatorwickel mit einem Imprägniermittel imprägniert wird, das ungefähr die gleiche Dielektrizitätskonstante wie die festen dielektrischen Folien hat. Entgegen den praktischen Erfahrungen auf dem Gebiet der Herstellung von Wickelkondensatoren, daß nämlich die Spannungsfestigkeit eines Wickelkondensators um so schlechter sei, je größer das Verhältnis seines Außendurchmessers zu seinem Innendurchmesser ist, wurde erfindungsgemäß in überraschender Weise gefunden, daß trotz eines Wickeldorns mit einem im Verhältnis zum Außendurchmesser des Kondensators sehr kleinen Durchmesser die gewünschte hohe Ionisierungsspannung tatsächlich erreichbar ist.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigt Fig. 1 schematisch und perspektivisch den Aufbau eines Wickelkondensators mit gedeckter Folie, Fig. 2 in stark vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch eine gewickelte Bahn und Fig.3 einen Schnitt durch einen aufgewickelten Kondensator. In der Zeichnung bezeichnet 1 die isolierenden Folienschichten, 2 die leitenden Beläge und 3 eine Anschlußfahne.
Bei Verwendung der Bezeichnung a,. für die sich ergebende Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials, sc für die Dielektrizitätskonstante für das isolierende Folienmaterial in kompakter Form, Ei für die Dielektrizitätskonstante für das Imprägnierungsmittel, mit dem Hohlräume im dielektrischen Material ausgefüllt werden, und 0,. für das relative Hohlraumvolumen im gewickelten Werkstück vor der Imprägnierung ergibt sich die folgende sogenannte Reihenformel: Die Reihenformel hat exakte Gültigkeit für geschichtete Isolationsstoffe und gilt mit großer Annäherung für imprägniertes Kondensatorpapier.
Ein Kondensatorwickel -wird auf bekannte Weise durch Aufwickeln zweier isolierender Folien und zweier leitender Beläge in Spiralform auf einem zylindrischen Dorn hergestellt. Jede Folie kann aus mehreren Einzelschichten bestehen (Fig. 1).
Bei Verwendung der Bezeichnungen C für die Kapazität des gewickelten und imprägnierten Kondensatorwickels, b für die effektive Breite der leitenden Beläge, a für die Stärke einer einzelnen Isolationsschicht, v für die Anzahl der Isolationsschichten zwischen den Belägen, ß für die Stärke eines leitenden Belags, y für den durchschnittlichen Abstand zwischen den Oberflächen der leitenden Beläge, d, für den Durchmesser des Dorns der Wickelmaschine, P, für das spezifische Gewicht des Folienmaterials in kompakter Form, G für das durchschnittliche Gewicht Die wesentlichste Ursache zu Variationen von C sind Variationen der Größen a und q und damit von y fvgl. (2)l.
Die Erfindung beruht darauf, daß es möglich ist, Bedingungen zu verwirklichen, wo sehr kleine Werte annehmen, so daß diese Variationen keinen wesentlichen Einfluß auf C gewinnen.
Wenn e, = ei = a und ß = 0, erhält man aus (7) Für die prozentische Kapazitätsunsicherheit 100 -erhält man gemäß (8) wo 100 - die prozentische Unsicherheit von y ist und d" = d" -f- 4" y der Außendurchmesser des Kondensatorwickels bei n Windungen (Fig. 3). Aus (10) folgt, daß d. h., die gewünschten Bedingungen werden durch große Werte von verwirklicht, wenn nur e, = ei und ß << y sind. einer einzelnen Fohenschicht in g/cm2, n für die Windungszahl der aufgewickelten Spirale und q für den sogenannten Expansionsfaktor, der unter anderem von .der Folienbreite und der Einstellung der Wickelmaschine abhängt (vgl. Fig. 2), ergibt sich, daß Aus (1) und (3) erhält man: Für C ergibt sich Aus (4) und (5) erhält man Bei Differentiation von (6) erhält man: Durch Einsetzen in (6) erhält man für die Kapazität C, wenn e, = Ei und ß = 0: Wenn das Verhältnis zwischen Wickeldurchmesser d. und Dorndurchmesser d" groß ist, was beim Wickeln eines Kondensatorwickels mit großer Windungszahl auf einem dünnen Dorn der Fall ist, hängt C von den Größen b, n und e ab, die mit großer Genauigkeit reproduziert werden können, wogegen die Variationen in d., die auf Variation von a und q zurückzuführen sind, sehr geringen Einfluß auf C gewinnen. ß = 0 wird mit genügender Genauigkeit verwirklicht, wenn die leitenden Beläge durch Aufdampfen von Metall im Hochvakuum ausgeführt werden, indem durch Anwendung der bekannten Technik Schichtstärken unter 0,1 ,u erzielt werden können, die zu dem Zweck genügend gut leitend sind.
Die Erfindung kann jedoch auch für Beläge aus Metallfolie Anwendung finden, wenn ß im Verhältnis zu y sehr klein ist, z. B. bei Hochspannungskondensatoren, wo y besonders große Werte hat.
Die Bedingung ei = se läßt sich verwirklichen, wenn das Imprägnierungsmittel durch Mischen zweier Stoffe mit den Dielektrizitätskonstanten ei' und ei", wo ei Gei und ez'>e" hergestellt wird, indem sich durch Versuche ein Mischungsverhältnis bestimmen läßt, in dem ei = ec ist.
Hierdurch wird ferner erzielt, daß das elektrische Feld im Kondensator homogen wird, abgesehen von Randwirkungen. Dies führt mit sich, daß die Ionisierungsspannung bei einem bestimmten Wert von y die maximal erreichbare für das verwendete Isolationsmaterial ist.
Aus metallisierter Polystyrolfolie gewickelte Kondensatoren können z. B. mit Ozokerit oder Vaseline imprägniert werden, da bei Polystyrol s, = etwa 2,5 ist.
Durch Mischen von Mineralöl (ei' = 2,2) und Rizinusöl (ei" = 4,8) bei geeigneter Temperatur läßt sich ein Imprägnierungsmittel mit ei = 3,2 herstellen, das sich zum Imprägnieren von aus metallisiertem Polyäthylenterephthalat gefertigten Kondensatoren eignet, da bei diesem Stoff 8e = 3,16 ist, gemessen bei 25'C und 60 Hz.
Zum Imprägnieren von erfindungsgemäß hergestellten Papierkondensatoren ist ein Imprägnierungsmittel mit ei = 5,8 zu verwenden, indem dies die Dielektrizitätskonstante für ausgetrocknete Fasern aus Natronzellulose, gemessen bei 20°C und 800 Hz, ist.
Hierzu läßt sich z. B. Pentachlordiphenyl (ei' = 4,6) mit einem Zusatz von etwa 3 °/o Nitroanisol oder eine Lösung von hydriertem Rizinusöl (ei"> 8) in Rizinusöl (ei' = 4,8) verwenden.
Hydriertes Rizinusöl findet sich auf dem Markt als wachsartiger Stoff unter verschiedenen Namen, z. B. Opanwachs und Castorit. Durch Lösen in Rizinusöl läßt sich eine Mischung von vaselinartiger Konsistenz und einer Dielektrizitätskonstante von ei = 5,8 herstellen, die sich besonders für Metallpapierkondensatoren eignet, da für diese chlorhaltige Imprägnierungsmittel nicht benutzt werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Verfahren zur Herstellung elektrischer Wickelkondensatoren mit genau reproduzierbarer Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß dielektrische Folien zusammen mit leitenden Schichten oder Folien, die im Verhältnis zum dielektrischen Material eine sehr geringe Stärke haben, mit einer durch den gewünschten Kapazitätswert bestimmten Anzahl Windungen auf einen Wickeldorn gewickelt werden, der einen im Verhältnis zum endgültigen Außendurchmesser des Kondensatorwickels sehr kleinen Durchmesser aufweist, und daß dann der Kondensatorwickel mit einem Imprägniermittel imprägniert wird, das ungefähr die gleiche Dielektrizitätskonstante wie die festen dielektrischen Folien hat. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 673 224, 756 978, 890 995, 901086; deutsche Auslegeschrift S 37 515 Vlll c/21 g (bekanntgemacht am 1. 3. 1956); österreichische Patentschrift Nr. 116 800; belgische Patentschrift Nr. 525 145; britische Patentschriften Nr. 396 336, 613 345; »Elektrizitätswirtschaft«, 56 (1957), 8, S. 245 bis 250; Gönningen, »Der Papier-Kondensator«, 2. Auflage, 1956, S. 74.