DE1163454B

DE1163454B - Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondesatoren.

Info

Publication number: DE1163454B
Application number: DE1960B0056402
Authority: DE
Inventors: Sergi Dokuchitz Lnadilla N Y und Louis Harns Segall Sidney N A Peter (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1959-01-30
Filing date: 1960-01-26
Publication date: 1964-02-20
Also published as: ES255356A2; US3084415A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol g

Deutsche Kl.: 21 g -10/02

Nummer: 1163 454

Aktenzeichen: B 56402 VIIIc/21g

Anmeldetag: 26. Januar 1960

Auslegetag: 20. Februar 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren, bei welchem zwei Metallfolien unter Zwischenlage wenigstens einer Isolationsschicht lose aufgewickelt werden und der entstandene Wickel im Vakuum mit einer fließfähigen Isoliermasse imprägniert und darauf nur von zwei gegenüberliegenden Seiten durch gegeneinander bewegliche und in ihrer Bewegung nur durch den Wickel begrenzte ebene Flächen unter Druck gesetzt wird, während die Isoliermasse fließfähig ist, wobei der Druck hoch genug ist, um den Wickel zusammenzudrücken und abzuflachen und um überschüssige Isoliermasse auszutreiben und benachbarte Schichten in unmittelbare Berührung zu bringen, und bei welchem schließlich der Wickel zur Aushärtung der Isoliermasse unter Aufrechterhaltung eines starken Druckes gebrannt wird.

Es ist ein Verfahren der genannten Art zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren bekannt. Dabei wird zur Aushärtung der verwendeten Isoliermasse ein organisches Peroxyd verwendet. Es ist auch bekannt, zur Herstellung von Kondensatoren zur Erreichung einer hohen Arbeitstemperatur eine mit Silikonharz getränkte Glimmerschicht zu verwenden, doch können auch diese Kondensatoren höchstens bis zu Temperaturen von 250° C verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem in einfacher Weise Kondensatoren mit weiter erhöhter Temperaturfestigkeit herstellbar sind, die beispielsweise bei Temperaturen von 315° C lange Zeit ohne wesentliche Änderungen ihrer elektrischen Eigenschaften arbeiten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermasse Silikonharz verwendet wird, das auf hundert Gewichtsteile 0,1 bis 2 Gewichtsteile eines organischen Peroxyds, beispielsweise Benzol-Peroxyd oder Dicumyl-Peroxyd, enthält, und daß das Brennen nach einem Programm durchgeführt wird, nach welchem die Temperatur des Wickels von einer Anfangstemperatur von ungefähr 205° C in Stufen auf eine Endtemperatur von ungefähr 315° C erhöht wird, wobei der Kondensator zunächst 4 bis 6 Stunden lang bei 205° C, dann 6 bis 8 Stunden bei 230° C, danach 4 bis 8 Stunden bei 260° C, anschließend 4 bis 8 Stunden bei 285° C und schließlich 15 bis 18 Stunden bei 315° C gebrannt wird. Die so hergestellten Kondensatoren weisen eine bisher nicht erreichte Temperaturfestigkeit auf.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Be-Verfahren zur Herstellung elektrischer
Kondensatoren

Anmelder:

The Bendix Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:

Peter Sergi Dokuchitz, Unadilla, N.Y.,

Louis Harris Segall, Sidney, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Januar 1959
(Nr. 790128)

Schreibung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines teilweise gewickelten Kondensators,

Fig. 2 eine Stirnansicht, die einen Kondensator während des Wickelvorganges darstellt,

Fig. 3 eine Stirnansicht eines fertigen, nach der Erfindung hergestellten Kondensators,

F i g. 4 eine Teilansicht eines stark vergrößerten Schnittes des Kondensators nach der Fig. 3, wobei der Schnitt entlang der Linie 4 in F i g. 3 geführt ist.

Ein nach der vorliegenden Erfindung hergestellter

Kondensator ist insbesondere für Verwendungen geeignet, bei denen er während des Gebrauchs einem großen Temperaturbereich ausgesetzt ist, beispielsweise von —55 bis +315° C. Derart große Temperaturbereiche können bei Geräten auftreten, die in der Arktis verwendet werden, wobei der Kondensator mit einer Rakete, einem Düsenantrieb oder einem Strahltriebwerk verbunden ist. Es ist wichtig, daß solche Kondensatoren keinen Schaden erleiden oder starke Änderungen ihrer Kapazität aufweisen, wenn sie starken Temperaturschwankungen ausgesetzt werden, auch dann nicht, wenn sie starken mechanischen Stößen ausgesetzt sind, die durch Beschleunigungen, der Landung eines Luftfahrzeuges u. dgl. auftreten.

409 509/303

Die Kondensatorenentladung ist bei Zündanlagen für Verbrennungsmaschinen in den letzten Jahren üblich geworden, insbesondere für Raketen-, Düsenoder Gasturbinenantriebe für Luftfahrzeuge und Geschosse, bei denen ein Zündfunke hoher Energie erforderlich ist. In diesen Einrichtungen wird ein Kondensator wiederholt geladen und entladen, um so die erforderlichen Zündfunken hoher Energie zu erzeugen. Folglich ist der Kondensator ein wesentlicher

bessern, indem es wirksamer und haltbarer gemacht wird, insbesondere was seinen Widerstand gegen Abnutzung bei sich stark ändernder Arbeitstemperatur anbetrifft.

Der in den Zeichnungen beispielsweise dargestellte und anschließend im einzelnen beschriebene, nach der Erfindung hergestellte Kondensator hat eine Kapazität von 0,14 μΡ. Er ist geeignet für die Ver-

Die Folienschichten 10 und 11 und die Glimmerpapierschichten 14 und 15 werden fest auf einen flachen, hochglanzpolierten Dorn 19 aufgewickelt, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Um die Entfernung des Dor-5 nes nach der Wicklung des Kondensators zu erleichtern, können die Enden des Domes eine geringfügige Neigung gegeneinander von etwa 0,001 mm pro 1 mm Länge aufweisen. Beim Wickeln muß die Bildung irgendwelcher Falten vermieden werden. Wenn unTeil einer solchen Zündanlage, und es können Fehler io gefahr die halbe Länge der Isolierschichten und darin leicht eine Zerstörung des Antriebs und infolge- Metallfolienstreifen aufgewickelt worden ist, werden dessen Lebensgefahr oder schweren Schaden für das die Anschlußstreifen 16 und 17 in die gezeigten Personal und Zerstörung wertvoller Luftfahrzeuge Lagen eingelegt. Diese Zuführungen oder Anschlüsse oder anderen Gutes hervorrufen. Es ist infolgedessen sollten weich und frei von irgendwelchen Teilen sein, ein wesentliches Ziel dieser Erfindung, dieses wesent- 15 welche die Isolierschichten 14 und 15 oder die liehe Element der heutigen Zündanlagen zu ver- Metallfolienstreifen unter Druck zerstören könnten.

Die Wicklung sollte in einem Raum ausgeführt werden, der frei von Staub und ähnlichen Fremdteilen in der Luft ist. Wenn die gewünschte Windungszahl aufgewickelt worden ist, werden die Metallfolienschichten abgeschnitten, wobei die gegenüberliegenden Enden um ungefähr 12,5 mm oder mehr abgesetzt werden, und es wird zumindest die äußere Glimmerpapierschicht weitergewickelt, bis die äußere

wendung als Speicherkondensator in einer Antriebs- 25 Metallfolie vollkommen bedeckt ist. Anschließend Zündanlage. Die Beläge des Kondensators bestehen wird die Glimmerpapierschicht mit einer geringen aus "zwei Streifen 10 und 11 aus einer dünnen Metallfolie. Aluminiumfolie mit einer Dicke von etwa
6 · 10~³ mm ist in einer handelsmäßigen Ausführung
als zufriedenstellend gefunden worden. Diese Streifen 30
sind vorzugsweise von gleicher Breite, und sie werden
unter Zwischenlage von zwei Schichten 14 und 15
aus geeignetem Isoliermaterial spiralförmig direkt
übereinander aufgewickelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Schichten 35 Wicklung bilden. 14 und 15 aus Glimmerpapier. Jede Isolationsschicht Vorzugsweise werden eine Anzahl solcher ge-

14 und 15 ist in dem beschriebenen Ausführungsbei- wickelter Kondensatoren in einer Stapelvorrichtung, spiel etwa 0,03 mm stark und genügend breit, so daß mit weichen Abstandsstreifen bedeckt, angeordnet, sie etwa 1,6 mm auf jeder Seitenkante der Metall- z. B. mit Polytetrafluoräthylenharz zwischen aufeinfolien 10 und 11 überstehen. Die Metallfolien sind 40 anderfolgenden Kondensatoren, wobei jeder einzelne vorzugsweise in Längsrichtung um etwa 12,5 mm ab- Streifen breit genug ist, so daß er auf allen vier

Seiten des Kondensators übersteht. Die Streifen sollen sauber und frei von Kerben, Beeinträchtigungen oder anderen Verunreinigungen und aus 45 einem Material hergestellt sein, an welchen die imprägnierende Masse nicht anhaftet. Die in dieser Weise lose gestapelten oder gehaltenen Kondensatoren werden in einem Konvektionsofen od. dgl. bei etwa 180⁰¹C während mindestens 12 Stunden geSilber, bestehen, von denen einer in guter elektrischer 50 trocknet. Nach der Entfernung der Kondensatoren Verbindung mit der Belegungsfolie 10 und der an- aus dem Ofen werden sie sofort in einen Imprägnierdere in guter elektrischer Verbindung mit der Be- tank eingebracht (welcher zunächst kein Imprägnierlegungsfolie 11 steht. Die Anschlußstreifen können mittel enthält) und bei 12,7 mm Quecksilbersäule lose in die gezeigte Lage eingebracht werden, wenn maximalen absoluten Druckes getrocknet, bis die der Kondensator etwa halb gewickelt ist. Wenn der 55 Kondensatoren eine Temperatur von 138 ± 5° C erKondensator imprägniert und in der nachfolgenden reicht haben. Die Mindestdauer einer solchen Trokneuen Weise zusammengedrückt worden ist, haben nung im Vakuum sollte 8 Stunden sein, und das die Anschlüsse einen ausgezeichneten Kontakt mit den Vakuum sollte nicht unterbrochen werden. Nach dem Belegungsfolien und sind ohne Verwendung eines Lot- oben beschriebenen zweiten Trocknen im Vakuum mittels od. dgl. in ihrer Lage gesichert. Die Glimmer- 60 werden die Kondensatoren noch in dem angegebenen papierschichten werden durch die Wirkung der Imprä- Vakuum belassen und unter 38° C abgekühlt. Die

Menge einer Klebemasse gesichert, um während der weiteren Verarbeitung ein Aufwickeln der Kondensatorwindungen zu vermeiden.

Der Kondensator wird nun von dem Dorn abgestreift, so daß die Schichten aus Metallfolie und Glimmerpapier, nachdem die Seiten des Kondensators leicht gegeneinandergedrückt sind, um die von dem Dorn gelassene öffnung zu schließen, eine lose

gesetzt, so daß die gegenüberliegenden Enden um den gleichen Wert gestaffelt sind. Ein paar der äußersten Wmdungen des Kondensators sind vorzugsweise ohne Metallfolien ausgeführt.

Die Anschlüsse 16 und 17 erstrecken sich vorzugsweise von gegenüberliegenden Hälften und gegenüberliegenden Enden des Kondensators. Diese Anschlüsse können aus dünnen Metallstreifen, vorzugsweise aus

gniermasse nicht beansprucht, und die Festigkeit und die Dichte dieser Schichten werden durch das Zusammendrücken im wesentlichen größer als sie vor der Herstellung des Kondensators gewesen waren.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung des beschriebenen Kondensators wird vorzugsweise auf folgende Weise durchgeführt:

Kondensatoren sind nun fertig für die Imprägnierung. Die Imprägniermasse, die gemäß der Erfindung verwendet wird, ist nichtlösendes Silikonharz geringer Viskosität, in welchem eine geringe, aber wirksame Menge eines Katalysators enthalten ist, welcher die Polymerisationsgeschwindigkeit vergrößert. In der bevorzugten Ausführungsform der

Claims

5 6

Erfindung ist ein Silikonharz verwendet, das folgende und zunächst bei einer Temperatur von 205 ± 5° C Eigenschaften hat: 4 bis 6 Stunden gebrannt. Im Anschluß an dieses an

fängliche Brennen werden die Kondensatoren weiter

Nicht polymerisiert: bei einer Temperatur von 230 ±5° C während 6 bis

1 Farbe hell strohgelb ⁵ 8 Stunden gebrannt. Der Kondensatorstapel, der noch
2. Viskosität bei'25^; C'.'.'.'.'.'.'.'. 50 bis 150 cP ^unte,^r ^e™^m ^Dru,^{ck v}™ °'³⁵ ^A^ &^hf ^en ™^rd'

ι ^ ι . η ι ^wird wieder in den Ofen eingebracht und nachein-
3. Spezifisches Gewicht 1,11 ± 0,1 _{ander drei weiteren} Brennvorgängen in folgender

4. Silikonharzgehalt 100% Weise unterworfen:

polymerisiert: 1. Brennen bei 260 ± 5° C für 4 bis 8 Stunden,

1. Verlustfaktor bei 121° C .... weniger als 1,0% 2. Brennen bei 285 ± 5° C für 4 bis 8 Stunden,

2. Dielektrizitätskonstante 3. Brennen bei 315 ± 5° C für 15 bis 18 Stunden, bei 121° C 2V₂ Minuten

i5 Anschließend an die Trocknungsperiode 3 wird der

Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator ist Kondensatorstapel aus dem Ofen herausgenommen vorzugsweise Dicamylperoxyd, wobei 0,75 Gewichts- und kann sich auf die Raumtemperatur abkühlen, teile dieses Katalysators auf 100 Gewichtsteile des Darauf werden die Kondensatoren aus der Stapel-Silikonharzes kommen. und Druckvorrichtung herausgenommen und vonein-Nachdem der Katalysator mit dem Silikonharz ge- ™ ^ander getrennt, wobei dafür gesorgt wird, daß die mischt worden ist und während die Kondensatoren, Kondensatoren nicht beschädigt werden, welche wie oben beschrieben getrocknet worden sind, ^Im Anschluß an diese Trennung der Kondensaunter Vakuum gehalten werden, wird der Imprägnie- ^toren und die Reinigung der freien Enden der Anrungstank allmählich mit dem oben beschriebenen, Schlüsse 16 und 17 mit einem geeigneten Lösungsden Katalysator enthaltenden Imprägnierharz gefüllt, as mittel werden die Kondensatoren einzeln auf ihre Während dieser Imprägnierungsstufe darf der Druck Kapazität, Verlustwinkel, Überschlagspannung und in dem Imprägniertank während der Eingabe des Isolationswiderstand geprüft. Die in dieser Weise her-Imprägnierungsmittels nicht über 12,5 mm Queck- gestellten Kondensatoren haben normalerweise eine silbersäule absoluten Druckes hinausgehen, und die dünne Schicht aus ausgehärtetem Imprägnierungs-Masse muß auf einer Temperatur von 27 bis 38° C 3o mittel 20 auf ihrer äußeren Oberfläche, welche sie während des Prozesses gehalten werden. Nachdem wasserdicht macht. Zur Erzielung bester Ergebnisse der Imprägnierungstank mit der Masse bis zu einer sollten die Kondensatoren jedoch in ein wasserdichtes solchen Höhe gefüllt worden ist, daß alle Konden- Gehäuse oder eine Umhüllung eingebracht werden, satoren bedeckt sind, wird der Tank unter dem ge- und zwar sowohl während der Lagerung als auch nannten Vakuum für 1 Stunde belassen. Das Vakuum 35 während des Gebrauchs.

wird dann langsam auf den Raumdruck reduziert, Mit HiKe des Verfahrens nach der Erfindung und die Teile können sich während 60 Minuten voll- wurde so ein neuartiger elektrischer Kondensator in saugen. Der Tank wird dann sehr langsam einem Form einer festen und dichten Masse geschaffen, Luftdruck von 3,5 bis 4,2 kg/cm² unterworfen, der welche vollständig frei von inneren Lunkern oder auf den Tank während 45 Minuten einwirkt. Der 40 Luftblasen ist und in welchem die Schichten frei von Druck wird dann langsam auf Atmosphärendruck schädlichen inneren Spannungen sind. Diese Kondenreduziert, worauf der Imprägnierungstank auf einen satoren können höheren Temperaturen und höheren maximalen absoluten Druck von 6,3 mm Queck- Spannungen wiederstehen als die bisher bekannten silbersäule evakuiert und das Vakuum für 20 Minuten Kondensatoren vergleichbarer Größe, vergleichbarer aufrechterhalten wird. Das Vakuum wird darauf 45 Kapazität und vergleichbaren Gewichts und haben langsam auf den Raumdruck reduziert, worauf die einen höheren Isolationswiderstand. Im Vergleich Kammer einem Luftdruck von 3,5 bis 4,2 kg/cm² mit bekannten Ausführungen weisen die neuen Konunterworfen und unter diesem Druck für mindestens densatoren geringere elektrische Verluste auf, be-20 Minuten gehalten wird. Der Druck in dem Tank sitzen einen besseren Verlustwinkel und zeigen gewird nun langsam auf den Raumdruck reduziert. Die 50 ringere Koronaerscheinungen.

imprägnierten Kondensatoren werden anschließend An Stelle der in dem Beispiel erwähnten Isolationsaus dem Tank herausgenommen, können 10 Minuten streifen aus Glimmerpapier können Streifen aus abtropfen und werden dann in eine Druckvorrichtung einem anderen Material mit hoher Temperaturbestäneingebracht. digkeit verwendet werden, z. B. verglastes Papier. Der Die imprägnierten Kondensatoren, vorzugsweise 55 verwendete Katalysator kann Dicumylperoxyd, zu mehreren gestapelt, werden einem Federdruck Benzoylperoxyd oder ein anderes passendes orgaunterworfen, welcher während einer Zeit von nisches Peroxyd sein, und die Menge des verwendeten 7 Minuten von 0 auf 0,35 kg/mm² anwächst, wonach Katalysators pro 100 Gewichtsteilen des nichtlösender Druck auf dem Wert von 0,35 kg/mm² während den Silikonharzes kann sich ändern von 0,1 bis zu weiterer 5 Minuten aufrechterhalten wird. 60 2 Teilen des Katalysators. Die verwendete Menge Die Druckvorrichtung wird dann gesperrt, damit des Katalysators hängt im wesentlichen ab von der der auf den Kondensatoren lastende Druck von Geschwindigkeit, mit welcher die Polymerisation des 0,35 kg/mm² aufrechterhalten wird. Die Vorrichtung Harzes bewirkt werden soll, wird darauf für 10 Minuten auf die Seite gedreht, damit die Imprägniermasse von den Kanten des Kon- 65 Patentanspruch: densators ablaufen kann. Verfahren zur Herstellung elektrischer Konden-Danach wird der so gehaltene und zusammen- satoren, bei welchem zwei Metallfolien unter gedrückte Kondensatorstapel in einen Ofen gebracht Zwischenlage wenigstens einer Isolationsschicht

lose aufgewickelt werden und der entstandene Wickel im Vakuum mit einer fließfähigen Isoliermasse imprägniert und darauf nur von zwei gegenüberliegenden Seiten durch gegeneinander bewegliche und in ihrer Bewegung nur durch den Wickel begrenzte ebene Flächen unter Druck gesetzt wird, während die Isoliermasse fließend ist, wobei der Druck hoch genug ist, um den Wickel zusammenzudrücken und abzuflachen und um überschüssige Isoliermasse auszutreiben und benachbarte Schichten in unmittelbare Berührung zu bringen, und bei welchem schließlich der Wickel zur Aushärtung der Isoliermasse unter Aufrechterhaltung eines Druckes gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermasse SiIikonharz verwendet wird, das auf 100 Gewichts-

teile 0,1 bis 2 Gewichtsteile eines organischen Peroxyds, beispielsweise Benzyolperoxyd oder Dicumylperoxyd, enthält, und daß das Brennen nach einem Programm durchgeführt wird, nach welchem die Temperatur des Wickels von einer Anfangstemperatur von ungefähr 205° C in Stufen auf eine Endtemperatur von ungefähr 315° C erhöht wird, wobei der Kondensator zunächst 4 bis 6 Stunden lang bei 205° C, dann 6 bis 8 Stunden bei 230° C, danach 4 bis 8 Stunden bei 260° C, anschließend 4 bis 8 Stunden bei 285° C und schließlich 15 bis 18 Stunden bei 315° C gebrannt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 718 330, 800 014.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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