DE1164571B

DE1164571B - Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren.

Info

Publication number: DE1164571B
Application number: DE1960B0056401
Authority: DE
Inventors: Sergi Dokuchitz Lnadilla N Y und Louis Harris Segall Sidney N Y Peter (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1959-01-30
Filing date: 1960-01-26
Publication date: 1964-03-05
Also published as: ES255194A1; US3085183A; FR1245267A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol g

Deutsche Kl.: 21g-10/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B 56401 VIII c/21g
26. Januar 1960
5. März 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 wird, worauf der Wickel nur von zwei gegenüberliegenden Seiten durch gegeneinanderbewegte und in ihrer Bewegung ausschließlich durch den Wickel selbst begrenzte ebene Flächen bei fließfähig bleibender Isoliermasse unter Druck ge- ίο setzt wird und der aufgebrachte Druck ausreichend hoch ist, um den Wickel zusammenzudrücken und abzuflachen und um überschüssige Masse auszutreiben und benachbarte Schichten in unmittelbare Berührung zu bringen, worauf der Wickel zur Aushärtung der Isoliermasse unter Aufrechterhaltung eines starken Druckes gebrannt wird.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren der genannten Art bekannt, bei welchem als Imprägniermittel für den Kondensatorwickel eine Mischung aus Styrol und einem Polyesterharz verwendet wird. Die Temperaturfestigkeit der mit diesem Verfahren hergestellten Kondensatoren ist für verschiedene Zwecke, insbesondere für Kondensatoren, die in Düsentriebwerken verwendet werden, nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren zu schaffen, mit welchem in verhältnismäßig wenig aufwendiger Weise Kondensatoren mit erhöhter Temperaturfestigkeit herstellbar sind, die über lange Zeit bei Temperaturen in der Größenordnung von 200° C ohne wesentliche Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften arbeiten können. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermasse Triallylcyanurat verwendet wird, das auf 100 Gewichtsteile 0,1 bis 0,2 Gewichtsteile eines organischen Peroxyds, beispielsweise Benzolperoxyd oder Dicumylperoxyd, enthält, und daß das Brennen zunächst 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 95° C erfolgt, worauf die Temperatur stetig fortschreitend in einem Zeitraum von etwa 11 Stunden auf etwa 215° C erhöht und auf diesem Wert etwa 2 Stunden lang gehalten wird.

Es ist bekannt, daß Triallylcyanurat eine verbesserte Hitzebeständigkeit von Polyesterharzen bewirkt. Die Erfindung besteht jedoch nicht nur in der Auswahl von Triallylcyanurat als Imprägniermittel allgemein zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit. Vielmehr ist Voraussetzung für die Erfindung die Erkenntnis gewesen, daß sich bei Verwendung von Triallylcyanurat als Imprägniermittel Kondensatoren mit besonderer Güte erzeugen lassen, wenn für die Verfahren zur Herstellung elektrischer
Kondensatoren

Anmelder:

The Bendix Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

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. 790 269)

Herstellung der Verfahrensablauf gemäß der Erfindung angewendet wird.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines teilweise gewickelten Kondensators,

F i g. 2 eine Stirnansicht, die einen Kondensator während des Wickelvorganges darstellt,

F i g. 3 eine Stirnansicht eines fertigen, nach der Erfindung hergestellten Kondensators,

F i g. 4 eine Teilansicht eines stark vergrößerten Schnittes des Kondensators nach der F i g. 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 Gebrauches einem großen Temperaturbereich ausgesetzt ist, beispielsweise von —55 bis +200° 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

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Stößen ausgesetzt sind, die durch Beschleunigungen, der Landung eines Luftfahrzeuges u. dgl. auftreten.

Die Kondensatorenentladung ist bei Zündanlagen für Verbrennungsmaschinen in den letzten Jahren üblich geworden, insbesondere für Raketen, Düsen oder 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 Teil einer solchen Zündanlage, und es können Fehler darin leicht eine Zerstörung des Antriebs und infolgedessen Lebensgefahr oder schweren Schaden für das Personal und Zerstörung wertvoller Luftfahrzeuge oder anderen Gutes hervorrufen. Es ist infolgedessen ein wesentliches Ziel dieser Erfindung, dieses wesentliche Element der heutigen Zündanlagen zur verbessern, 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 Verwendung als Speicherkondensator in einer Antriebszündanlage. Die Beläge des Kondensators bestehen 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 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 14 und 15 aus Glimmerpapier. Jede Isolationsschicht 14 und 15 ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 0,03 mm stark und genügend breit, so daß sie etwa 1,6 mm auf jeder Seitenkante der Metallfolien 10 und 11 überstehen. Die Metallfolien sind vorzugsweise in Längsrichtung um etwa 12,5 mm abgesetzt, so daß die gegenüberliegenden Enden um den gleichen Wert gestaffelt sind. Ein paar der äußersten Windungen 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 Silber, bestehen, von denen einer in guter elektrischer Verbindung mit der Belegungsfolie 10 und der andere in guter elektrischer Verbindung mit der Belegungsfolie 11 steht. Die Anschlußstreifen können lose in die gezeigte Lage eingebracht werden, wenn der Kondensator etwa halb gewickelt ist. Wenn der Kondensator imprägniert und in der nachfolgenden neuen Weise zusammengedrückt worden ist, haben die Anschlüsse einen ausgezeichneten Kontakt mit den Belegungsfolien und sind ohne Verwendung eines Lötmittels od. dgl. in ihrer Lage gesichert. Die Glimmerpapierschichten werden durch die Wirkung der Imprägniermasse nicht beansprucht, und die Festigkeit und 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.

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 Domes nach der Wicklung des Kondensators zu erleichtern, können die Enden des Domes eine geringfügige Neigung gegeneinander von etwa 0,001 mm pro 1 mm aufweisen. Beim Wickeln muß die Bildung irgendwelcher Falten vermieden werden. Wenn ungefähr die halbe Länge der Isolierschichten und Metallfolienstreifen aufgewickelt worden ist, werden die Anschlußstreifen 16 und 17 in die gezeigten Lagen eingelegt. Diese Zuführungen oder Anschlüsse sollten weich und frei von irgendwelchen Teilen sein, welche die Isolierschichten 14 und 15 oder die 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 Metallfolien 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 Metallfolie vollkommen bedeckt ist. Anschließend wird die Glimmerpapierschicht mit einer geringen 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 Dom gelassene öffnung zu schließen, eine lose Wicklung bilden. Vorzugsweise wird eine Anzahl solcher gewickelter Kondensatoren in einer Stapelvorrichtung, mit weichen Abstandsstreifen bedeckt, angeordnet, z. B. mit Polytetrafluoräthylenharz zwischen aufeinanderfolgenden Kondensatoren, wobei jeder einzelne 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 einem Material hergestellt sein, an welchem die imprägnierende Masse nicht anhaftet. Die in dieser Weise lose gestapelten oder gehaltenen Kondensatoren werden in einem Konvektionsofen od. dgl. bei etwa 180° C während mindestens 8 Stunden getrocknet. Nach der Entfernung der Kondensatoren aus dem Ofen werden sie sofort in einen Imprägniertank eingebracht (welcher zunächst kein Imprägniermittel enthält) und bei 12,7 mm Quecksilbersäule maximalen absoluten Druckes getrocknet, bis die Kondensatoren eine Temperatur von 138 ± 5⁰¹C erreicht haben. Die Mindestdauer einer solchen Trocknung im Vakuum sollte 8 Stunden sein, und das Vakuum sollte ununterbrochen sein. Nach dem oben beschriebenen zweiten Trocknen im Vakuum werden die Kondensatoren noch in dem angegebenen Vakuum belassen und unter 38° C abgekühlt. Die Kondensatoren sind nun fertig für die Imprägnierung. Die Imprägniermasse, die gemäß der Erfindung verwendet wird, ist Triallylcyanuratharz, in welchem eine geringe, aber wirksame Menge eines Katalysators enthalten ist, welcher die Polymerisations-

geschwindigkeit vergrößert. In der bevorzugten Aus- diesem Wert 5 Minuten gehalten. Die Druckvorrich-

führungsform der Erfindung ist ein Triallylcyanurat- tang wird nun gesperrt, um den Druck von

harz verwendet, das folgende Eigenschaften hat: 0,9 kg/mm² auf dem Stapel aufrechtzuerhalten.

Die gesamte gesperrte Druckvorrichtung und der

Monomere Form: 5 _m ihr enthaltene Kondensatorstapel werden wieder-

1. Farbe APHA (über dem holt in ein Bad eines Reinigungsmittels getaucht, Schmelzpunkt) 125 maximal welches z. B. aus Methylenchlorid bestehen kann. Ein

(strohgelb) solches Eintauchen wird vorzugsweise schnell aus-

o c i,_m»i,™,„iH· οςο r ™;™™λ geführt, wie z. B. durch achtmaliges Eintauchen der

2. Schmelzpunkt 25 C minimal _{10 Form m dag Remigungsmittel inne}thalb 10 Sekunden.

3. Halogene, wie Chlor 0,8 ^e/o maximal Weder die Form noch die gestapelten Kondensa-

4. Viskosität bei 30° C 10 bis 20 cP ^{toren sollten in dem} Reinigungsmittel belassen wer

den. Überflüssiges Lösungsmittel wird nach dem letz-

5. Spezifisches Gewicht _ _ten Eintauchen dadurch entfernt, daß die Druckvorbei 30° C 1,116 bis 1,126 ₁₅ richtung und ihr Inhalt an der Luft getrocknet wer-

Polvmere Form· ^den· ^^e Verdampfung des Lösungsmittels von der

, „ , ,, , ' , · .,^n^ λ r · τ Vorrichtung und ihrem Inhalt kann durch Luftum-

6. Verlustfaktor be! 121° C .. 1,5 maximal wälzmittel, wie z. B. einen elektrischen Ventilator,

7. Dielektrizitätskonstante beschleunigt werden. Noch verbleibendes Reinigungsbei 121° C 4 bis 5,2 20 mittel wird von der Druckvorrichtung abgewischt*

und die Vorrichtung und ihr Inhalt werden dann in

Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator ist einen Trockenofen eingebracht, wo das Imprägnievorzugsweise Benzoylperoxyd, wobei 0,5 Gewichts- rungsharz ausgehärtet wird.

teile dieses Katalysators auf 100 Gewichtsteile des Die Trocknung wird in einem temperaturgeregelten

Triallylcyanuratharzes kommen. Das Triallylcyanu- 25 Ofen ausgeführt, der anfänglich auf 93'° C gemäß ratharz ist nichtlösend. dem folgenden Kreislauf erhitzt wird:

Nachdem der Katalysator mit dem TriaUylcyanurat . _. , _T . ,^ , ... _T , _1x ,

gemischt worden ist und während die Kondensatoren, ^L £^ie Vorrichtung und ihr Inhalt werden zuerst

welche wie oben beschrieben getrocknet worden sind, 5?Λ?Λν ^ ^{Temperato V}°ⁿ

unter Vakuum gehalten werden, wird der Imprägnie- 30 ^^{5 ±} ³ ^ genalten.

rungstank allmählich mit dem oben beschriebenen, 2. Die Ofentemperatur wird kontinuierlich erhöht

den Katalysator enthaltenden Imprägnierharz gefüllt. mit einer Geschwindigkeit von H⁰C pro

Während dieser Imprägnierungsstufe darf der Druck Stunde auf eine Temperatur von 215 + 5° C.

in dem Imprägniertank während der Eingabe des Im- Diese Periode dauert etwa 11 Standen,

prägnierungsmittels nicht über 12,5 mm Quecksilber- 35 3 _{Der Ofen} ^_τά _{mr 2 Stunden auf der} T_emperasäule absoluten Druckes hinausgehen, und die Masse _{tur von} 215 + 50 q gehalten

muß auf einer Temperatur von 27 bis 32° C während ~~

des Prozesses gehalten werden. Nachdem der Im- Während aller Perioden 1, 2 und 3 soll der auf die

prägnierungstank mit der Masse bis zu einer solchen Kondensatoren durch die Druckvorrichtung aus-Höhe gefüllt worden ist, daß alle Kondensatoren be- 40 geübte Druck auf mindestens 0,7 kg/mm² gehalten deckt sind, wird der Tank unter dem genannten werden.

Vakuum für 1 Stande belassen. Das Vakuum wird Anschließend an die Trocknungsperiode 3 werden

dann langsam auf den Raumdruck reduziert, und die die Druckvorrichtung und ihr Inhalt aus dem Ofen Teile können sich währen 60 Minuten vollsaugen. herausgenommen und auf die Raumtemperatur ab-Der Tank wird dann sehr langsam einem Luftdruck 45 gekühlt. Darauf werden die Kondensatoren aus der von 3,5 bis 4,2 kg/cm² unterworfen, der auf den Tank Stapel- und Druckvorrichtung herausgenommen und während 45 Minuten einwirkt. Der Druck wird dann voneinander getrennt, wobei dafür gesorgt wird, daß langsam auf Atmosphärendruck reduziert, worauf der die Kondensatoren nicht beschädigt werden. Imprägnierungstank auf einen maximalen absoluten Im Anschluß an diese Trennung der Kondensa-

Druck von 6,3 mm Quecksilbersäule evakuiert und 5o toren und die Reinigung der freien Enden der Andas Vakuum für 20 Minuten aufrechterhalten wird. Schlüsse 16 und 17 mit einem geeigneten Lösungs-Das Vakuum wird darauf langsam auf den Raum- mittel werden die Kondensatoren einzeln auf ihre druck reduziert, worauf die Kammer einem Luft- Kapazität, Verlustwinkel, Überschlagsspannung und druck von 3,5 bis 4,2 kg/cm² unterworfen und unter Isolationswiderstand geprüft. Die in dieser Weise herdiesem Druck für mindestens 20 Minuten gehalten 55 gestellten Kondensatoren haben normalerweise eine wird. Der Druck in dem Tank wird nun langsam auf dünne Schicht aus ausgehärtetem Imprägnierungsden Raumdruck reduziert. Die imprägnierten Kon- mittel 20 auf ihrer äußeren Oberfläche, welche sie densatoren werden anschließend aus dem Tank her- wasserdicht macht. Zur Erzielung bester Ergebnisse ausgenommen, können 2 Minuten abtropfen und solten die Kondensatoren jedoch in ein wasserdichwerden dann in erne Druckvorrichtung eingebracht. ⁶° tes Gehäuse oder eine Umhüllung eingebracht wer-Die imprägnierten Kondensatoren, vorzugsweise den, und zwar sowohl während der Lagerung als auch zu mehreren gestapelt, werden einem Federdruck un- während des Gebrauchs.

terworfen, welcher während einer Zeit von 2 Minuten Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung

von 0 auf 0,35 kg/mm² anwächst, wonach der Druck wurde so ein neuartiger elektrischer Kondensator in auf dem Wert von 0,35 kg/mm² während weiterer 65 Form einer festen und dichten Masse geschaffen, 5 Minuten aufrechterhalten wird. Unmittelbar nach welcher vollständig frei von inneren Lunkern oder diesen 5 Minuten wird der Druck auf den Stapel von Luftblasen ist und in welchem die Schichten frei von Kondensatoren auf 0,9 kg/mm² vergrößert und auf schädlichen inneren Spannungen sind. Diese Konden-

satoren können höheren Temperaturen und höheren Spannungen widerstehen als die bisher bekannten Kondensatoren vergleichbarer Größe, vergleichbaren Gewichts, vergleichbarer Kapazität und mit gleichem Temperaturgang. Im Vergleich mit ähnlichen bekannten Ausführungen weisen die neuen Kondensatoren geringere elektrische Verluste auf, besitzen einen besseren Verlustwinkel und zeigen geringere Koronaerscheinungen.

An Stelle der in dem Beispiel erwähnten Isolationsstreifen aus Glimmerpapier können Streifen aus einem anderen Material mit hoher Temperaturbeständigkeit und passenden Eigenschaften verwendet werden, wie z. B. verglastes Papier. Der verwendete Katalysator kann Dicumylperoxyd oder ein anderes passendes organisches Peroxyd sein, und die Menge des verwendeten Katalysators pro 100 Gewichtsteile des Triallylcyanurats kann sich ändern von 0,1 bis zu 2 Teilen des Katalysators. Die verwendete Menge des Katalysators hängt im wesentlichen ao ab von der Geschwindigkeit, mit welcher die Polymerisation des Harzes bewirkt werden soll.

Claims

Patentanspruch:

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 wird, worauf der Wickel nur von zwei gegenüberliegenden Seiten durch gegeneinanderbewegte und in ihrer Bewegung ausschließlich durch den Wickel selbst begrenzte ebene Flächen bei fließfähig bleibender Isoliermasse unter Druck gesetzt wird und der aufgebrachte Druck ausreichend hoch ist, um den Wickel zusammenzudrücken und abzuflachen und um überschüssige Masse auszutreiben und benachbarte Schichten in unmittelbare Berührung zu bringen, worauf der Wickel zur Aushärtung der Isoliermasse unter Aufrechterhaltung eines starken Druckes gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermasse Triallylcyanurat verwendet wird, das auf 100 Gewichtsteile 0,1 bis 2 Gewichtsteile eines organischen Per^ oxyds, beispielsweise Benzolperoxyd oder Dicumylperoxyd, enthält, und daß das Brennen zunächst 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 95° C erfolgt, worauf die Temperatur stetig fortschreitend in einem Zeitraum von etwa 11 Stunden auf etwa 215° C erhöht und auf diesem Wert etwa 2 Stunden lang gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 718 330, 800 014;
»Deutsche Elektrotechnik«, 10 (1956)/11, S. 428

bis 431;

H. Römpp, »Chemie-Lexikon«, 4. Auflage,

1958, Spalte 4489.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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