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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wickelkondensatoren durch Umpressen
oder Umspritzen mit einer dicht umschließenden Isolierstoffumhüllung aus Kunststoff,
Harz od.dgl.
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Bekanntlich hat es sich bei einem überwiegenden Teil der bislang bekannten
Verfahren zum Umpressen oder Umspritzen der Wickelkondensatoren als vorteilhaft
erwiesen, diese erst nach ihrer Anordnung im Schutzgehäuse zu imprägnieren. Hierbei
tritt einmal das Problem auf, daß zur Schaffung eines einwandfreien Zutritts des
flüssigen Imprägniermittels, z. B. Imprägnieröles, zum Kondensatorkörper bzw. zur
Beseitigung von störenden Flüssigkeits- oder Lufteinschlüssen durch Vakuum- oder
Wärmebehandlung od. dgl. aus diesem eine oder mehrere Öffnungen in der Wand des
Schutzgehäuses und wenigstens teilweise im Kondensatorkörper geschaffen werden müssen.
Zum anderen können unter der Wirkung der zur Umhüllung des Wickelkondensators mit
Isolierstoff erforderlichen hohen Spritz- oder Preßdrücke Deformationen des Bauelements
auftreten, die gegebenenfalls zu einer schlechten Zentrierung des Kondensatorkörpers
im Schutzgehäuse führen. Schließlich sei noch erwähnt, daß die Ausbildung eines
Schutzgehäuses mit einer leicht verschließbaren Öffnung in der Massenfertigung gewisse
Schwierigkeiten, vor allem fertigungstechnischer Art bietet und sehr aufwendig ist.
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Zur Behebung dieser Nachteile ist es bereits bekanntgeworden, eine
Halte- bzw. Schutzvorrichtung vorzusehen, die sowohl den Preß- bzw. Spritzdruck
von dem Bauelement abhält als auch seine Verlagerung in der Form verhindern.
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Bei einer solchen Vorrichtung handelt es sich um einen Schutzkörper,
der um den zu umhüllenden Körper angebracht ist. Wie bereits erwähnt, soll dieser
Schutzkörper verhindern, daß der Druck der Isoliermasse beim Umspritzen oder Umpressen
nicht unmittelbar auf den zu umgebenden Körper, d. h. auf den Kondensatorwickel,
ausgeübt wird. Es liegt ohne weiteres auf der Hand, daß dieser Schutzkörper die
äußeren Abmessungen des Bauelementes vergrößert.
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Der eine Teil der Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den Wickelkondensator
unter Verzicht auf derartige Schutzmaßnahmen mit der Isolierstoffumhüllung zu umschließen,
d. h. die Umhüllungsmasse unmittelbar auf den Kondensatorwickel aufzubringen. Damit
wird aber der auf die Isoliermasse ausgeübte Druck unmittelbar auf das Bauelement
übertragen. Würde das Bauelement aus einem festen, kompakten Körper bestehen, so
würden sich dem keine Schwierigkeiten entgegenstellen. Nun hat aber der Wickelkondensator
normalerweise einen durch den Wickeldorn der Wickelmaschine bedingten Wikkelhohlraum.
Da der Wickelkörper selbst zwar fest ist, aber wiederum nicht so fest, daß er sich
bei äußerem Druck nicht doch nach dem Wickelhohlraum hin ausweitet, entsteht eine
höchst unerwünschte Deformation desselben.
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Bedingt durch den Verzicht auf den vorgenannten Schutzkörper stellt
sich daher der andere Teil der Aufgabe, die schwache Stelle des Kondensatorwickels,
die zur Deformation beiträgt, d. h. den entstandenen Wickelhohlraum, durch zusätzliche
Maßnahmen zu beseitigen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten
Art sieht die Erfindung vor, daß während des Umhüllungsvorganges, bzw. auch noch
nach diesem, wenigstens ein Teil des axialen Wickelhohlraumes durch einen vollen
bzw. rohrförmigen, den im Wickelhohlraum entstehenden Preßdruck aufnehmenden Körper
ausgefüllt wird, daß der druckfeste Körper selbst oder eine rohrförmige Verlängerung
wenigstens an einer Seite weiter aus dem Kondensatorkörper herausragt als die Umhüllung
dick ist und als Zentriereinrichtung in der Preß- oder Spritzform dient, und daß
nach Herstellung der Umhüllung durch den rohrförmigen, druckfesten Körper bzw. seine
herausragende Verlängerung oder nach seiner Entfernung durch den dadurch entstehenden
Hohlraum eine Trocknung und Imprägnierung des Kondensatorwickels vorgenommen wird,
wonach die verbleibende Öffnung verschlossen wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der aus dem Wickelkörper
herausragende Teil des druckfesten Körpers von einem hohlzylindrischen Organ
auf
einer Länge von wenigstens Umhüllungsschichtstärke umgeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei der druckfeste Körper
als ein hohlzylindrisches und aus Metall bestehendes Organ ausgebildet, das mit
einem tellerförmigen Ansatz an der Stirnseite des Kondensatorkörpers anliegend,
zweckmäßigerweise durch Verlötung mit den herausstehenden Belegungsrändern vor dem
Umhüllungsvorgang verbunden, z. B. eingepreßt wird.
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Sofern der druckfeste Körper, wie beispielsweise im vorgenannten Fall,
im axialen Wickelkörper des Hohlraumes verbleiben soll, ist das hohlzylindrische
Organ zur Entlüftung und Entfeuchtung des bereits mit einer Isolierstoffumhüllung
versehenen Kondensatorkörpers zweckmäßigerweise an den im Innern des Kondensators
liegenden Teilen mit Löchern versehen. Bei über den Kondensatorkörper herausragenden
metallischen Teilen des druckfesten Körpers empfiehlt es sich, dabei den stirnseitigen
Verschluß des axialen Wickelhohlraumes durch Verlöten, zweckmäßigerweise unter gleichzeitiger
Anbringung von Stromanschlußvorrichtungen, vorzunehmen.
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Insbesondere für die Massenfertigung hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn eine Mehrfachform und im Falle nachträglich zu entfernender druckfester
Körper eine gemeinsame Haltevorrichtung für diese vorgesehen wird, an welcher sie
im Abstand der einzelnen Kondensatorkörper befestigt sind.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele eines nach der Erfindung
hergestellten Kondensators dargestellt: Darin zeigen die F i g. 1 bis 3 - im Längsschnitt
und teilweise abgebrochen - eine Ausführungsform des Kondensators und die F i g.
4 bis 11 weitere, ebenfalls im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiele sowie
Einzelteile des Kondensators.
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Eine teilweise im Schnitt, teils in schaubildlicher Ansicht dargestellte
Mehrfachform, bzw. eine gemeinsame Haltevorrichtung für die druckfesten Körper zeigen
die F i g. 12 bis 15.
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Bei den in den F i g. 1 bis 3 gezeigten sowie allen übrigen Ausführungsbeispielen
ist der Kondensatorwicke130 in üblicher Weise auf einen Wickeldorn aufgewickelt
und daher mit einem zentralen und sich axial erstreckenden Wickelhohlraum 50 versehen.
Als elektrische Anschlußelemente dienen beispielsweise Anschlußklemmen oder an ihren
einen Enden spiralförmig gewundene Drähte 34, die über ihre spiralförmig gestalteten
Enden mit den stirnseitig am Wickelkörper 30 herausragenden Rändern der metallischen
Belegungen verlötet oder in sonstiger geeigneter Weise verbunden sind. Des weiteren
sind aus der Isoherstoffumhüllung 31 herausragende metallische Teile vorgesehen,
wie z. B. die in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Hülsen 33. Die Hülsen 33 sind dabei
an ihren einen Stirnenden mit einem Ringflansch versehen und über diesen mit den
aus dem Wickelkörper 30 herausragenden Rändern der metallischen Belegungen elektrisch
leitend verbunden, z. B. verlötet, und dienen damit der elektrischen Kontaktierung
des Wickelkörpers. Ferner kann über die Hülse die bei der Vakuum- oder Wärmebehandlung
des Kondensatorkörpers in den Wickelholraum 50 austretende Luft oder Feuchtigkeit
entweichen und auf dem umgekehrten Weg Imprägnierungsmittel während der nachfolgenden
Imprägnierstufe zum Kondensatorkörper gelangen. Die Gestalt der Hülse 33 ist dabei
unerheblich, solange sie nur den drei genannten Forderungen genügt. Der Zusammenbau
des Wickelkondensators sowie die Umpressung oder Umspritzung des Wickelkörpers mit
einer Isolierstoffumhüllung geschieht in folgender Weise: Zunächst wird der Kondensatorwickel
30 mit seinem Wickelhohlraum 50 auf einen druckfesten und als Voll- oder Hohlstab
ausgebildeten sowie gegebenenfalls mit Löchern 45 (F i g. 7) versehenen Körper 32
aufgeschoben. Der in den Wickelhohlraum 50 eingeführte Körper 32 kann dabei aus
den Stirnseiten des Wickelkörpers 30 oder gegebenenfalls nur aus einer dieser Seiten
aus dem Wickelkörper 30 herausragen (s. F i g. 4, 5 bzw. 1).
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Damit ist eine Zentriervorrichtung für die auf diesen Körper aufgeschobenen
und mit den entsprechenden Rändern der metallischen Belegungen elektrisch leitend
verbundenen Hülsen 33 gegeben. Es muß dabei lediglich sichergestellt sein, daß zwischen
der auf den stabförmigen Körper 32 aufgeschobenen und bis zum Anschlag an die Stirnfläche
des Wickelkörpers herangeschobenen Hülse 33 und dem stabförmigen Körper 32 ein nur
geringes Spiel vorhanden ist. Nachdem die Hülse bzw. Hülsen und gegebenenfalls Anschlußdrähte
34 (s. F i g. 1 bzw. 4) mit den entsprechenden Rändern der metallischen Belegungen
elektrisch leitend verbunden sind, wird der Wickelkörper in eine geeignete Form
gebracht und durch Umspritzen oder Umpressen mit einer Isolierstoffumhüllung 31
versehen, die den Wickelkörper dicht umschließt. Als Isolierstoff kann dabei Kunststoff,
Harz od. dgl. vorgesehen sein. Üblicherweise werden hierfür die verschiedenen Formaldehydharze,
aber auch Arten von Polyvinylharzen, Acrylatharzen sowie verschiedene Gummis u.
dgl. verwendet.
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Während dieses Spritz- oder Preßvorganges dient der druckfeste Körper
32 als stützendes Bauglied, das Deformationen des an sich nachgiebigen Kondensatorkörpers
30 sowie Verlagerungen desselben in der Form verhindert. Der Voll- bzw. Hohlstab
32 verhindert darüber hinaus den Verschluß des axialen Wickelhohlraumes 50 und bietet
dadurch die Gewähr, daß nach Abschluß des Spritz- oder Preßvorganges ein Zutritt
für das Imprägnierungsmittel zum Wickelkörper verbleibt. Dies gilt gleichermaßen
für die stirnseitig am Kondensatorkörper 30 angeordneten Hülsen 33.
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Auch bietet der Voll- oder Hohlstab 32 eine Stütze für die Hülse 33,
die gewährleistet, daß die geschaffene elektrische Verbindung zwischen der Hülse
und den metallischen Belegungen des Kondensators durch den unter Umständen hohen
Spritz- oder Preßdruck nicht zerstört werden kann.
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Nach der Entfernung des druckfesten Körpers 32 (s. F i g. 2) und anschließender
Entlüftung sowie Entfeuchtung sowie Imprägnierung über den axialen Wickelhohlraum
50 wird die Mündung 35 der Hülse 33 geschlossen. Dies kann beispielsweise in der
in F i g. 3 gezeigten Art durch Verschluß der Hülse mittels eines Stöpsels. wie
z. B. eines Tropfen Lötmittels erfolgen.
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Abgesehen von den bereits geschilderten Vorteilen bietet das erfindungsgemäße
Verfahren auch noch die Gewähr für die Erzeugung einheitlicher Kondensatoren und
für eine wesentliche Einschränkung - wenn nicht sogar ein Gegenstandsloswerden -zwischenzeitlicher
Prüfungen der Kondensatoren während ihrer Herstellung.
Auch wird
bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren der Nachteil vermieden, daß die bislang
- bedingt durch die hohen Spritz- oder Preßdrücke - auftretenden Verzerrungen oder
Knickungen des Kondensatorkörpers 30 zu Dickenschwankungen der Isolierstoffumhüllung
führen können.
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Die bei der Umhüllung des Kondensatorkörpers mit Isolierstoff auftretenden
Verhältnisse seien an Hand der F i g. 12 bis 14 näher erläutert.
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Die in F i g. 12 bis 14 dargestellte Anordnung besteht im wesentlichen
aus einem unteren Formteil 60 und einem oberen Formteil oder Druckelement 61. Das
untere Formteil 60 ist dabei mit einer Mulde 66 versehen, von der Schlitze 68, 70
ausgehen. Diese Schlitze sind derart gestaltet, daß sie die Anschlußelemente 34
bzw. das in den F i g. 1 bis 3 gezeigte freie Ende des voll- oder hohlstabförmig
ausgebildeten druckfesten Körpers 32 aufnehmen können. Hierdurch wird nicht nur
ein Zerdrücken oder Verzerren dieser Elemente bei Anpassung des Druckelements 61
an das Formteil 60 verhindert, sondern auch gleichzeitig sichergestellt, daß der
Kondensatorkörper in der Mulde 66 mittig gehalten wird, so daß sich dieser .bei
dem anfänglich ausgeübten Druck in der Form nicht verschieben kann. Das Druckelement
61 ist des weiteren mit einer Mulde 67 versehen. Bei einer Anordnung gemäß F i g.
12 wird zunächst der Kondensatorkörper 64 samt den vorgeformten Isolierstoffteilen
62, 62' in die Mulde 66 eingelegt. Das Druckelement 61 wird hierauf gesenkt und
bewirkt durch Druck und entsprechende Wärme, daß die vorgeformten Isolierstoffteile
62 und 62' den Kondensatorkörper 64 dicht umschließen. Sofern der im Vorhergehenden
beschriebene druckfeste Körper 32 fehlt, treten die bereits aufgezeigten Nachteile
der Verzerrung, Knickung und Verflachung des Kondensatorkörpers ein, wodurch die
räumlichen Abstände zwischen der Oberfläche des Kondensatorkörpers und den Mulden
67 und 66 in unerwünschter Weise verändert werden. Dies läßt sich in hohem Maße
durch den stabförmigen Körper verhindern.
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Selbstverständlich können die eingangs aufgeführten Verfahrensschritte
variiert werden. Das in F i g. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist besonders für
jene Fälle geeignet, bei welchen der Kondensatorkörper von seinen beiden Stirnenden
her imprägniert werden soll oder die Umhüllung mit Isolierstoffen in einer Form
erfolgt, die z. B. gemäß der in F i g. 13 gezeigten Anordnung größere Schlitze 68,
70 aufweist und damit stärkere und steifere Anschlußelemente erfordert. Der Kondensatorkörper
wird im Anschluß an den Umhüllungs- und Imprägniervorgang mit den in F i g. 3 gezeigten
Stromanschlußelementen 36 versehen.
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Das in F i g. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von
jenem der F i g. 1 bis 3 lediglich dadurch, daß keine Hülse 33 vorgesehen ist und
die Anschlußelemente 37, 37' seitlich versetzt zur Längsmittelachse des Wickelkörpers
angeordnet sind. Im übrigen entsprechen diese Anschlußelemente dem in F i g. 1 und
2 gezeigten Anschlußelement 34 und sind in gleicher Weise mit den herausragenden
Rändern der metallischen Belegungen des Wickelkörpers elektrisch leitend verbunden.
Sofern bei dieser Ausführungsform beim Umpressen oder Umspritzen des Wickelkörpers
30 Deformationen desselben zu befürchten sind, kann man vor dem eigentlichen Umhüllvorgang
eine auf den druckfesten Körper 32 aufgeschobene und mit ihrer einen Stirnseite
an der Stirnseite des Wickelkörpers 30 anliegende flanschlose Hülse vorsehen. Die
Hülse gestattet dann in einfacher Weise die Entnahme des Körpers 32 aus dem Wickel
und kann beispielsweise aus Papier od. dgl. sein. Wesentlich ist hierbei lediglich,
daß sich die Hülse nicht mit dem Körper 32 verbindet oder an diesem hängenbleibt.
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Falls die Verwendung eines druckfesten Körpers, wie er beispielsweise
in den F i g. 1, 4 und 5 gezeigt ist, nicht wünschenswert, erscheint, kann auch
der in F i g. 6 gezeigte und nur einen Teil des axialen Wickelhohlraumes 50 ausfüllende
Körper verwendet werden.
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Der druckfeste Körper besteht dabei aus einer Hülse 40, 42,
die mit einer etwa mittig angeordneten Ringschulter 41 versehen ist. Der nur einen
Teil des Wickelhohlraumes ausfüllende Hülsenteil 42 kann ebenfalls eine innere
Stütze gegen den Spritz- oder Preßdruck bilden und gewährleistet die Zufuhr des
Imprägnierungsmittels zum Wickelkörper. Soll sich der in den Wickelhohlraum 50 erstreckende
Teil des druckfesten Körpers über die gesamte Länge des Hohlraumes erstrecken, so
wird dieser Teil 44 zweckmäßigerweise mit Schlitzen oder Löchern 45 versehen. Hierdurch
wird für den späteren Imprägnierungsvorgang ein einwandfreier Fluß des Imprägniermittels
zum Kondensatorwickel 30 geschaffen. Bei der in F i g. 7 gezeigten Ausführungsform
eines derartigen druckfesten Körpers besteht die Ringschulter 80 und der Hülsenteil
43 aus Metall, so daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesem Teil und
den metallischen Belegungen des Kondensatorwickels 30 geschaffen werden kann. Der
im Wickelhohlraum 50 angeordnete Teil 44 besteht aus elektrisch nichtleitendem Material,
wie z. B. Harz. Hierdurch wird ein elektrischer Kurzschluß der metallischen Elemente
des Kondensators unterbunden. Falls es erforderlich ist, kann z. B. beim Umhüllen
des Wickelkörpers mit Isolierstoff das offene Ende des druckfesten Körpers verschlossen
und nach dem Umhüllvorgang durch Bohren od. dgl. wieder geöffnet werden. Dies dürfte
bei nachträglicher Imprägnierung erforderlich sein. Auch kann, wie beispielsweise
in F i g. 6 gezeigt, ein abziehbares hohlzylindrisches Organ 39 satt über das herausragende
Ende 40 des Körpers 40, 41, 42 geschoben werden. Zweckmäßigerweise wird dabei der
Außendurchmesser des Organs 39 bereits so bemessen, daß es für den Spritz- oder
Preßvorgang bereits als Zentriervorrichtung dient.
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Unter gewissen Voraussetzungen bietet die in den F i g. 8, 9 und 10
gezeigte Ausführungsform gemäß der Erfindung erhebliche Vorteile. Der röhrenförmige,
druckfeste Körper dient bereits während des Wickelvorganges als Wickeldorn und verbleibt
auch während des Umpressens oder Umspritzens als Stützelement im Kondensatorwickel
und kann bei entsprechender Gestaltung auch für die anschließende Imprägnierung
herangezogen werden. Eine passende Ausführung eines solchen röhrenförmigen Körpers
stellt die in F i g. 8 und 9 gezeigte Röhre 46 bzw. 51 aus Kunststoff dar.
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Der Körper ist dabei mit Löchern versehen, die sich über dessen gesamten
mittleren Bereich erstrekken. Im Bereich seiner Enden ist der Körper ungelockt.
In geeignetem Abstand von seinen Stirnflächen, z. B. bei 52, wird der röhrenförmige
Körper markiert und in seiner Wandstärke geschwächt.
Elektrische
Verbindungselemente 53 und 54 sind dabei mit der Hülse fest verbunden, d. h. beispielsweise
an Punkten innerhalb der Markierungen 52 befestigt. Der röhrenförmige Körper dient
dabei als Wickeldorn für den Kondensator, der in der bereits beschriebenen Weise
mit einer Isolierstoffumhüllung 31 umgeben wird. Wie auf der linken Seite der F
i g. 10 gezeigt, können die nach abgeschlossener Umhüllung des Wickelkörpers mit
Isolierstoff über die Oberfläche des Isolierstoffes hinausragenden Enden des Rohres
an ihren geschwächten Stellen abgebrochen und kann dasselbe nach beendeter Imprägnierung
verschlossen werden. Sofern hierbei die in F i g. 8 gezeigte Ausführungsform verwendet
werden soll, müssen z. B. die in F i g. 5 dargestellten Anschlußelemente 37, 37'
zur elektrischen Kontaktierung herangezogen werden. Bei dem röhrenförmigen Körper
gemäß F i g. 8 bedeutet 46 wieder eine Kunststoffröhre, 47 die Einkerbungen und
48 die Löcher.
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Gegebenenfalls kann der als Wickeldorn und Stützelement dienende Körper
auch die in F i g. 11 gezeigte Form aufweisen. Die gelochte Röhre 57 hat dabei eine
Länge, die derjenigen des Wickelkörpers 30 entspricht und ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel bei 85 verschlossen. Die Hülse 56 ist dabei wiederum mit den
an der Stirnseite des Wickelkörpers herausragenden Rändern der metallischen Belegungen
elektrisch leitend verbunden. Der Verschluß 85 kann nach beendetem Preß- oder Spritzvorgang
zum Zweck der Imprägnierung abgezogen werden. Falls ein gesonderter Verschluß für
die Hülse vorgesehen ist, kann beispielsweise, wie bei. dem in F i g. 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel gezeigt, eine Hülse 39 auf das freie Ende der Hülse 56 aufgeschoben
werden.
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Insbesondere bei der Massenfertigung von Kondensatoren bietet das
erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile. So können beispielsweise bei den
in den F i g. 1 bis 3 sowie 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen mehrere druckfeste
Körper, z. B. Stahlstifte 84, in einem gemeinsamen Rahmen 83 an-Qeordnet und die
Montage der auf diese Stifte aufzuschiebenden Wickelkörper erheblich vereinfacht
werden.
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Auch der Umpreßvorgang läßt sich weniger aufwendig gestalten, wenn,
wie in F i g. 15 gezeigt, eine mit in entsprechend gleichem Abstand Formmulden 81
und Zentrierschlitze 82 aufweisende Form 85 benutzt wird. Dabei werden zunächst
in die Mulden 81 vorgeformte Isolierstoffteile, z. B. aus Harz, eingelegt und danach
wird der Rahmen 83 samt Kondensatorwickel in die Form 86 eingesetzt. In gleicher
Weise läßt sich verfahren, wenn ein Kondensator gemäß F i g. 10 oder 11 mit einer
Isolierstoffumhüllung umpreßt werden soll. Die Stifte 84 dienen dabei nur als tragende
Teile und sind so bemessen, daß sie durch das z. B. in F i g. 10 gezeigte und im
Wickelkörper verbleibende Rohr 55 hindurchgeschoben werden können.