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Verfahren zur Herstellung mehrerer Wickelkondensatoren in einem Wickelvorgang
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Wickelkondensatoren
in einem Wickelvorgang, bei dem sich überlappende Metallbeläge und diese voneinander
trennende, eine die gesamte Achsenlänge aller herzustellenden Kondensatoren entsprechende
Breite aufweisende Dielektrikumbänder gemeinsam aufgewickelt werden und der so erhaltene
Wickel längs wenigstens eines Querschnittes, an dem sich höchstens ein Metallbelag
befindet, in Einzelkondensatoren geteilt wird.
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Es ist bekannt, auf einem Wickeldorn gleichzeitig eine Anzahl gesonderter
Wickel aufzuwickeln. Dabei erhält man die Dielektrikumstreifen für diese Wickel,
indem man dem Wickeldorn zugeführte breite Dielektrikumbänder nahe an diesem Wickeldorn
in der Längsrichtung durchschneidet, so daß mit gesonderten Streifen gewickelt wird.
Obgleich bei diesem Verfahren die zur Herstellung einer Anzahl von Wickeln erforderliche
Zeit kürzer ist als bei Einzelherstellung der Wickel, hat dieses Verfahren den Nachteil,
daß die Spannung in den verschiedenen Streifen oft nicht dieselbe ist, wodurch die
Streifen schief gezogen werden können, während außerdem die einzelnen Wickel verschieden
straff angelegt werden. Der Spannungsunterschied kann auf in der Breitenrichtung
des ursprünglichen breiten Dielektrikumbandes auftretende Stärkeunterschiede und
auch auf kleine Stärkeunterschiede der Beläge für die verschiedenen Wickel zurückzuführen
sein.
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Es ist ferner bekannt, eine mit mehreren Längsmetallisierungen versehene
breite Trägerfolie zu einem Kondensatorwickel aufzuwickeln, der dann längs der metallfrei
gelassenen Streifen der Folienoberfläche in mehrere Endwickel zerschnitten, insbesondere
zersägt wird. Hierbei tritt jedoch bei Verwendung einer Säge ein Verschmieren der
Teilungsfläche durch die dabei entstehenden Metallspäne auf. Bei Verwendung eines
Messers kann dieses sich leicht beim Schneiden festklemmen.
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Diese Nachteile werden bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art
gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die aufzuwickelnden Bänder und ein gegebenenfalls
an den Stellen der späteren Teilungsquerschnitte vorhandener Metallbelag unmittelbar
vor dem gemeinsamen Wickeln 'entlang einer jedem Teilungsquerschnitt des Wickels
entsprechenden, in Längsrichtung der Bänder laufenden Linie mechanisch geschwächt
werden und die Teilung des erhaltenen Wickels nach dessen Imprägnierung mit einem
sich verfestigenden Imprägniermittel und nach Verfestigung des Imprägniermittels
durch Brechung des Wickels an den Teilungsquerschnitten erfolgt. Durch die vor dem
Brechen erfolgte Imprägnierung wird erreicht, daß auch beim Wickeln mit großem Durchmesser,
zu deren Brechen also ein relativ großer Kraftaufwand notwendig ist, eine unerwünschte
Verformung nicht auftritt.
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Die Dielektrikumbänder können aus Kunststoff, z. B. Polyester oder
vorgerecktem Polystyrol, oder aus einem Material mit Faserstuktur, wie z. B. Papier,
bestehen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung können die Beläge derart in den
Wickel aufgenommen werden, daß beim späteren Durchbrechen des Wickels die erhaltenen
gesonderten Kondensatorwickel zwei je an einer Stirnfläche zugängliche Beläge haben,
so daß die Stromzuführungen für die Beläge auf bekannte Weise an diesen Stirnflächen
angebracht werden können. Die Beläge werden dazu derart in den Wickel aufgenommen,
daß an der Stelle eines geschwächten Querschnittes ein sich beiderseits desselben
erstrekkender Belag vorhanden ist.
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Die sich überlappenden Metallbeläge können bei dem Verfahren nach
der Erfindung aus auf den Dielektrikumbändern angebrachten dünnen Metallschichten
oder aus gesonderten Metallfolien bestehen. Erstreckt sich eine solche gesonderte
Metallfolie in dem Wickel beiderseits eines Schnittes, in dem das Dielektrikum geschwächt
ist, so muß die Metallfolie auch an dieser Stelle vor dem Wickelvorgang geschwächt
werden, da sonst der Wickel an der betreffenden
Stelle nicht oder
nur durch Ausübung einer großen Kraft durchbrochen werden kann. Eine solche linienförmige
Schwächung der Metallfolie kann auf ähnliche Weise wie bei den Dielektrikumbändern
erhalten werden. Die Kondensatorwickel, die nach dem Durchbrechen des Wickels von
den beiden Endstükken gebildet werden, können dadurch mit Elektrodenanschlüssen
versehen werden, daß beim Wickeln des Wickels über dessen Stirnflächen vorstehende
Elektrodenanschlußstreifen mitgewickelt werden. Sollen Kondensatoren hergestellt
werden, bei denen die Beläge vollkommen durch das Dielektrikum eingeschlossen sind,
so daß lediglich solche über die Stirnfläche vorstehenden Elektrodenanschlußstreifen
für die Stromzufuhr an die Beläge benutzt werden können, ist es zweckmäßig, Dielektrikumbänder
mit einer der doppelten Achsenlänge des gewünschten Kondensators gleichen Breite
zu wickeln, welche Bänder dabei längs je einer Linie parallel zu ihrer Längsrichtung
geschwächt werden. Die Beläge werden derart angeordnet, daß sie in beiden später
durch Brechen des Wickels zu bildenden Teilen unabhängig von den Belägen in dem
anderen Teil sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
ergibt sich die Schwächung der Dielektrikumbänder durch einen der gewünschten Linie
der Schwächung folgenden Einschnitt mit einer Tiefe, die geringer ist als die Stärke
des Bandes, wozu die Bänder jeweils zwischen einem Rad mit einem Schneidrand und
einer nicht profilierten Rolle hindurchgeführt werden, die derart angeordnet sind,
daß der Minimalabstand zwischen dem Schneidrand und der Rollenoberfläche geringer
ist als die Bandstärke.
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Wenn die Dielektrikumbänder aus einem Material mit Faserstruktur bestehen,
kann die Schwächung der Dielektrikumbänder dadurch erhalten werden, daßdie Faserstruktur
durch Recken des Bandmaterials örtlich beschädigt wird, wozu mindestens ein Band
zwischen einem Rad und einer Rolle hindurchgeführt wird, wobei der Rand des Rades
das Material des Bandes oder der Bänder in eine umlaufende Nut der Rolle-hineindrückt.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
ergeben sich die Schwächung der Dielektrikumbänder und die Schwächung etwaiger im
Bereich des Teilungsquerschnittes liegender Metallfolien durch Durchlochung dieser
Bänder und Folien. In diesem Fall wird die Durchlochung vorzugsweise dadurch angebracht,
daß die Dielektrikumbänder und die Metallfolien gemeinsam unter Zugspannung über
eine der Anzahl von Schwächungslinien entsprechende Anzahl von gezahnten Durchlochungsrädern
geführt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die einige
Ausführungsbeispiele darstellten. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische
Seitenansicht einer Wikkelvorrichtung zum Wickeln eines später in zwei Teile zu
brechenden Wickels; F i g. 2 zeigt eine Ansicht eines Wickels in Richtung A der
F i g. 1, wobei die verschiedenen, gleichzeitig dem Wickel zugeführten Folien auf
verschiedenen Pegeln weggenommen sind; F i g: 3 zeigt eine Unteransicht in Richtung
B einer Schneidvorrichtung bei der Vorrichtung nach F i g.1, mit welcher Schneiävorrichtung
ein Dielektrikumband längs einer Linie- geschwächt wird; F i g. 4 zeigt einen Längsschnitt
längs der Linie IV-IV der Schneidvorrichtung nach F i g. 3.
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F i g. 5 zeigt einen ähnlichen Längsschnitt einer anderen Vorrichtung
zur örtlichen Schwächung eines Dielektrikumbandes längs einer Linie; F i g. 6 zeigt
eine Ansicht eines entstehenden Wikkels, wobei die Beläge in Form von Metallschichten
auf verschiedenen aufzuwickelnden Dielektrikumbändern angebracht sind, in der Weise,
daß die Teilung des fertiggestellten Wickels Kondensatoren mit auf den Stirnflächen
zugänglichen Belägen ergibt; F i g. 7 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung,
mittels deren der Wickel nach F i g. 6 gewickelt wird. Bei den Beispielen des Verfahrens
nach der Erfindung, das in den F i g. 1 bis 4 veranschaulicht ist, wird auf einen
Dorn 1 ein Wickel 2 aufgewickelt, indem auf diesen Dorn Dielektrikumbänder
3 und 4
und Metallfolien 5, 6, 7 und 8 aufgewickelt werden.
Die in diesem Fall aus Papier bestehenden Dielektrikumbänder 3 und 4, die gegebenenfalls
je aus mehr als einer Schicht bestehen können, haben eine gleiche Breite und sind
je in der Mitte längs einer sich in der Längsrichtung des Bandes erstreckenden Linie
9 derart geschwächt, daß die Teile des Bandes beiderseits dieser Linie noch deutlich
zusammenhängen. Die Metallfolien 5 und 7 liegen einander gegenüber auf einer
Seite der Linie 9 und werden durch die Dielektrikumbänder 3 und 4 voneinander getrennt.
Die Breite dieser Metallfolien ist weniger als die halbe Breite der Dielektrikumbänder
3 und 4, und die Folien werden derart dem Wickel 2 zugeführt, daß die Längsränder
der Metallfolien einen gewissen Abstand einerseits von dem Längsrand der Dielektrikumbänder
3 und 4 und andererseits von der Linie 9 der Schwächung dieser Bänder
beibehalten. Die Metallfolien 6 und 8 werden auf entsprechende Weise
zugeführt und in die andere Hälfte des Wickels 2 aufgenommen. Beim Wickeln werden
auf den Metallfolien 5 und 7 Anschlußstreifen 11 angebracht, die je
einen elektrischen Kontakt mit einer anderen dieser Metallfolien herstellen und
beim weiteren Wickeln über die Stirnfläche 12 des Wickels 2 vorstehen.
Auf ähnliche Weise werden für die Metallfolien 6 und 8 Anschlußstreifen 13 mitgewickelt,
die über die andere Stirnfläche 14 des Wickels 2 vorstehen.
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Nachdem im Wickel eine hinreichende Länge Metallfolie aufgewickelt
worden ist, um zwischen den Metallfolien 5 und 7 und auch zwischen den Metallfolien
6 und 8 die gewünschte Kapazität zu erzielen, werden diese Metallfolien unmittelbar
nahe dem Wickel, z. B. an der Stelle S, durchgeschnitten, worauf noch einige Windungen
des Dielektrikums um den Wickel 2 gewickelt werden, worauf auch die Dielektrikumbänder
3 und 4 durchgeschnitten und deren Enden an dem Wickel festgeklebt werden.
Die Schwächung längs der Linie 9 jedes der Dielektrikumbänder 3 und 4 ergibt sich,
indem jedes dieser Bänder von einer nicht dargestellten Vorratsrolle zwischen einem
sich drehenden Messerrad 15 und einer glatten Rolle 16 hindurchgeführt wird.
Der Rand des Messerrades 15 bildet ein Messer mit einem verhältnismäßig großen Spitzwinkel,
und dieses Rad ist derart angeordnet, daß der geringste Abstand zwischen diesem
Messer und der glatten Oberfläche der Rolle 16 weniger beträgt als die Stärke der
zwischen diesen hindurchgeführten Dielektrikumbänder 3 und 4 (F i g. 4). Beim Hindurchführen
eines solchen Bandes zwischen der Rolle 16 und dem Messerrad 15, wobei die Mitte
des
Bandes an der Stelle dieses sich drehenden Messerrades liegt, wird das Band längs
der Linie 9 eingeschnitten, aber nicht ganz durchgeschnitten. Das Dielektrikum wird
somit wohl erheblich geschwächt, da der Einschnitt durch das Rad 15 z. B. bis zu
zwei Drittel der Bandstärke betragen kann, aber der Zusammenhang zwischen den Teilen
beiderseits der Linie 9 der Schwächung geht nicht verloren. Auf diese Weise wird
gesichert, daß die Teile des Wikkels 2 beiderseits des Querschnittes, der durch
die geschwächten Stellen 9 gebildet wird, auf entsprechende gleichmäßige Weise aufgewickelt
werden.
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Nachdem der Wickel 2 auf vorstehend geschilderte Weise gewickelt worden
ist, wird er, nachdem er von dem Dorn 1 entfernt und geplättet worden ist, mit einem
Imprägniermittel imprägniert, das nach der Imprägnierung fest wird. Ein solches
Imprägniermittel ist z. B. mikrokristallinisches Wachs. Das Imprägniermittel kann
auch aus einem warmhärtenden Kunstharz, z. B. einem Äthoxylinharz, bestehen. Nachdem
das Imprägniermittel fest geworden ist, wird der Wikkel2 durchgebrochen, wodurch
zwei gesonderte Kondensatorwickel entstehen, einer mit den Belägen 5 und 7, der
andere mit den Belägen 6 und B. Das Durchbrechen des Wickels 2 ist durch die dem
Wikkelvorgang vorhergehende Schwächung der Dielektrikumbänder 3 und 4 längs der
Linie 9 ermöglicht, wodurch der Wickel in der Mitte erheblich geschwächt worden
ist. Die Imprägnierung des Wickels mit einem durch die Dielektrikumbänder infolge
ihrer Faserstruktur leicht aufgenommenen festen Imprägniermittel hat dem Wickel
die beim Durchbrechen gewünschte Steifheit erteilt.
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Die beim Durchbrechen des Wickels 2 erhaltenen gesonderten Kondensatorwickel
werden auf übliche Weise weiter zu betriebsfertigen Kondensatoren behandelt, z.
B., in dem sie mit einer Isolierhülle versehen und die Anschlußdrähte mit den Stromzuführungsstreifen
11 bzw. 13 verbunden werden.
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Die Schwächung längs der Linie 9 der Papierbänder 3 und 5 kann nicht
nur mittels eines Messerrades 16, sondern auch mittels eines Rades erhalten werden,
das mit einer Nut in einer Rolle zusammenwirkt, über welche ein oder beide Dilektrikumbänder
geführt wird (werden). Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Rades mit einer Rolle
ist in F i g. 5 veranschaulicht. Die Rolle 50 ist an der Stelle des Rades 53 mit
einer Nut 55 versehen, während der Rand des Rades 53 abgerundet ist. Die zwischen
dem Rand 53 und der Rolle 50 hindurchgeführten Papierbänder 3 und 4 werden örtlich
durch den Rand des Rades 53 in die Nut 55 eingedrückt, wodurch an dieser Stelle
die Fasern der Bänder losgezogen werden. Das Maß des Losziehens ist naturgemäß abhängig
von der Stärke der Papierbänder und von dem Eingriff des Randes des Rades 53 in
die Nut 55.
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Das örtliche Ausrecken der Dielektrikumbännder mit Beschädigung der
Faserstruktur zum Erzielen der gewünschten Schwächung ist lediglich zweckmäßig,
wenn die Dielektrikumbänder tatsächlich eine Faserstruktur haben, was in dem geschilderten
Beispiel der Fall ist.
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Der Wickel 2 kann jedoch auch mit Dielektrikumbändern aus Kunststoff
gewickelt werden, in welchem Fall die Schwächung durch Einschneiden jedes Bandes
für sich mit einer Messerradanordnung ähnlich der nach F i g. 3 und 4 bewerkstelligt
werden kann. Mit Rücksicht auf die kritische Einstellung einer solchen Messerradanordnung
ist es oft vorteilhafter, auch wenn Papier als Dielektrikum benutzt wird, die Schwächung
der Dielektrikumbänder durch Durchlochung herbeizuführen, was bei dem an Hand der
F i g. 6 und 7 zu beschreibenden Ausführungsbeispiel der Fall ist.
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Bei dem in den F i g. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
ein Wickel 60 aus Dielektrikumbändern 61 bis 64 hergestellt, von denen die
Bänder 61 und 63 mit einem z. B. durch Aufdampfung erhaltenen Metallbelag versehen
sind. Die Dielektrikumbänder werden unmittelbar vor dem Wikkeln gemeinsam längs
dreier sich in der Längsrichtung der Bänder erstreckender Linien 65, 66 und 67 auf
weiter unten zu beschreibende Weise perforiert, so daß längs dieser Linien die Bänder
erheblich geschwächt werden, ohne daß der Zusammenhang der Teile beiderseits dieser
Linien verlorengeht.
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Das Dielektrikumband 63 ist mit drei Parallelbahnen bildenden Metallschichten
68, 69 70 versehen, von denen die erste und die letzte eine Breite haben, die geringer
ist als die Breite des Teiles des Dielektrikumbandes zwischen einem seiner Längsränder
und der nächstliegenden Schwächungslinie 65 bzw. 67, wobei diese Metallschichten
sich bis zu einem Rand des Bandes 63 erstrecken. Die verbleibende mittlere Metallschicht
69 ist breiter und erstreckt sich beiderseits der Schwächungslinie 66 bis in einen
gewissen Abstand von den Schwächungslinien 65 und 66.
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Das Dielektrikumband 61 ist mit zwei Metallbahnen 71 und 72 versehen,
von denen die erste sich beiderseits der Schwächungslinie 65 und die andere beiderseits
der Schwächungslinie 67 in diesem Dielektrikumband erstreckt. Die Metallbahnen 71
und 72 haben jedoch eine kleinere Breite als die halbe Länge des Wickels 60, so
daß die Längsräder dieser Metallbahnen in einem gewissen Abstand von der Schwächungslinie
66 und von den Längsrändern des Dielektrikumbandes bleiben.
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Die linke Hälfte des Belags 71 bildet mit dem Belag 68 einen Kondensator
und auf ähnliche Weise die rechte Hälfte des Belags 71 mit der linken Hälfte des
Belags 69, die linke Hälfte des Belags 72 mit der rechten Hälfte des Belags 69 und
die rechte Hälfte des Belags 72 mit dem Belag 70. Die beiden Beläge
eines solchen Kondensators sind durch Streifen von je zwei Dielektrikumbändern,
d. h. 61 und 62 bzw. 63
und 64, voneinander getrennt. Die Anwendung
von Doppelstreifen ist an sich üblich, da auf diese Weise Kurzschlüsse, z. B. infolge
leitender Teilchen und Poren in dem Dielektrikumband, weitestgehend vermieden werden.
Es ist jedoch grundsätzlich möglich, zwischen sich überlappenden Belägen lediglich
eine einzige Dielektrikumschicht anzuwenden, die gleichzeitig Träger eines der Beläge
ist, wobei somit die Bänder 62 und 64 weggelassen werden.
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Die Schwächungen längs der Linien 65, 66 und 67 der zum Wickel 60
aufzuwickelnden Bänder 61 bis 64 werden, wie dies aus F i g. 7 ersichtlich ist,
dadurch erzielt, daß diese Bänder gemeinsam über eine Rolle 75 geführt werden, die
für jede Schwächungslinie mit einem Kranz scharfer Zähne 76 versehen ist. Die Bänder
werden dermaßen straff um die Rolle 75 gezogen, daß die Zähne 76 durch alle aufeinanderliegenden
Bänder hineingedrückt werden. Es entstehen somit Reihen von Durchlochungen 77 (F
i g. 6), welche die Linien 65, 66 und 67 bilden.
Nachdem der Wickel
60 gewickelt worden ist, wird er mit einem festen Imprägniermittel imprägniert.
Darauf wird der Wickel, nachdem er von dem Wikkeldorn entfernt worden ist, in vier
Stücke a, b, c
und d (Fig.6) gebrochen, wobei die Bruchflächen sich mit den
Querschnitten des Wickels decken, wo die Schwächungslinien 65, 66 und 67 liegen.
Auf diese Weise erhält man vier Kondensatorwickel, bei denen je ein Belag sich bis
zur einen und der andere Belag sich bis zu der anderen Stirnfläche erstreckt. Diese
Stirnflächen werden auf bekannte Weise, z. B. durch Schoopieren, mit einer Metallschicht
und darauf mit einem Stromzuführungsdraht versehen. Darauf können die Kondensatoren
mit einer isolierenden, feuchtigkeitsabstoßenden Hülle, z. B. aus einem warmhärtenden
Kunstharz, versehen werden.
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Bei dem in F i g. 6 dargestellten Beispiel werden die Dielektrikumbänder
längs dreier zum Längsrand paralleler Linien geschwächt; es ist ersichtlich, daß
man bei Anwendung breiterer Dielektrikumbänder mehr Schwächungslinien benutzen und
somit eine größere Anzahl von Kondensatorwickeln in einem einmaligen Vorgang wickeln
kann. Die Schwächungslinien brauchen nicht stets denselben gegenseitigen Abstand
zu haben. Indem diese Abstände verschieden gewählt werden, kann man gleichzeitig
Kondensatorwickel mit verschiedenen Kapazitäten herstellen.
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Statt der auf den Dielektrikumbändern angebrachten Metallschichten
kann man bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 gesonderte Metallfolien mit den
Dielektrikumbändem 61 bis 64 aufwickeln, welche Metallfolien die gleichen Abmessungen
haben und dieselbe Stelle in dem Wickel 60 einnehmen wie die Metallbelänge 68 bis
72. Um den dadurch erhaltenen Wickel brechen zu können, ist es notwendig, die Metallfolien,
welche die Metallbeläge 69, 71 und 72 ersetzt haben, längs der Linien 65, 66 und
67 stark zu schwächen. Dies läßt sich dadurch erzielen, daß diese Metallfolien gemeinsam
mit den Bändern 61 bis 64 durchlocht und dabei die Zähne 76 der Rolle 75 nahe aneinandergebracht
werden, so daß die Durchlochungen längs einer Schwächungslinie nahe aneinander liegen.
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Naturgemäß kann der verbleibende Zusammenhang der Teile der Metallfolien
beiderseits einer Durchlochungslinie die Anzahl von Windungen im Wickel 60 beschränken,
um diesen Wickel noch teilen zu können.