DE1539637A1

DE1539637A1 - Elektrische Kondensatorenanordnung

Info

Publication number: DE1539637A1
Application number: DE19661539637
Authority: DE
Inventors: Springgate William F; Kalstein Abraham G; William Isherwood Jun
Original assignee: Aerovox Corp
Current assignee: Aerovox Corp
Priority date: 1965-03-31
Filing date: 1966-03-30
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB1095079A

Description

Belleville Avenue, Hew" Bedford, Massachusetts, USA

Unser Zeioheni A 1305

Elektrische Kondensatoranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kondensatoren zur Verwendung "bei Wechsel- oder Gleichstrom und befasst sich insbesondere mit elektrischen Kondensatortypen, die einen Kondensatorteil mit Schichten aus Elektroden und Abstandshaltern aus Papier aufweisen, welche sich in einem versiegelten Behälter befinden und mit einer dielektrischen Flüssigkeit getränkt sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei hier erwähnt, dass bei einer normalen elektrischen Kondensatoranordnung, die sich beispielsweise aus einem aufgewickelten Kondensatorteil aus dünnen, zwischen Streifen von Elektroden aus Aluminiumfolie liegenden papierstreifen zusammensetzt, eine halogenierte, aromatische Verbindung und

insbesondere

Rei/Kei

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insbesondere chloriertes Biphenyl eine hochwirksame dielektrische flüssigkeit darstellt, die als tränkendes Agenz verwendet wird, und dass diese halogenierten, aromatischen Stoffe in einen Kondensatorbehälter oder -becher gefüllt sind, so dass sie das dünne Papier, das als Abstandshalter zwischen den Streifen der Aiuminiumfiiie dient, durchtränken.

Bei einer Zusammensetzung aus chloriertem Biphenyl und Zellulose sind durch die geringe Ionisation des chlorierten Biphenyls immer kleine Mengen von Wasser und Ohlorionen vorhanden.

Wenn ein elektrisches Feld vorhanden ist, wie es in elektrischen Kondensatoren, und zwar am stärksten im Kondensatorteil der Kondensatoranordnung besteht, dann lässt sich das chlorierte Biphenylmolekül besonders leicht kracken und gibt zusätzliche Ohlorionen ab, die Säuren bilden, welche wiederum mit dem chlorierten Biphenyl so reagieren, dass zusätzliche Ohlorionen frei werden.

Die ohlorionen bilden zusammen mit dem vorhandenen Wasser Salzsäure, die die Zellulosefasern des Papiers angreift, wodurch die Isolation durchbricht und sich zwischen den Polienschichten ein Lichtbogen ausbildet. Diese Salzsäure greift auch andere Arten dielektrischer Abstandshalter 909839/0681

halter zwischen den Elektroden an, wobei dieselben nachteiligen Wirkungen auftreten«

Bei der Zerlegung von Zellulose wird Wasser frei, wodurch • sich die Ionisation verstärkt und sich mehr Salzsäure und organische Säuren bilden. Diese autokatalytische Wirkung erhöht die Verunreinigungen im Kondensator, woraufhin sich Betriebsstörungen ergeben.

lolglich wird der Kondensator eine kürzere Lebensdauer zeigen als er sie aufweist, wenn die Bildung von Chlorionen verhindert werden könnte.

Um nun das Problem, das durch den Abbau des chlorierten Biphenylmoleküls auftritt, zu lösen, wird der Papierstreifen oder der Abstandshalter zwischen den Elektroden des Kondensatorteiles, bevor er bzw. es in den Kondensatorteil eingebaut wird, mit einem Zusatz, wie z.B. Aluminiumoxyd, der als Stabilisierungsmittel dient, imprägniert, um Wassermoleküle und andere ionische Verunreinigungen, die von den Abbauprodukten des dielek .-trischen Systems des Kondensators stammen, unbeweglich zu machen. Weil sich nun diese zugesetzten Stoffe in dem Teil des Kondensators befinden, in dem das elektrische ield am grössten ist, wird die Bindung zwischen dem Aluminiumoxyd und den Reaktionsprodukten der dielek-

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trischen Flüssigkeit, z.B. den Hydroxylionen und den öhlorionen geschwächt, und es tritt demzufolge ein weiterer Abbau auf.

Wenn ein Papierabstandshalter zwischen benachbarten Folienelektroden mit dem Zusatz imprägniert ist, wäre es unwirtschaftlich, das Papier dicker zu machen als es zur Beherrschung der Spannungsbeanspruchung erforderlich ist. Man kann diesem Papier nicht mehr als etwa 10 Gewichtsprozent Zusätze zufügen, da sonst die. mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Papiers verschlechtert werden. Da sich dadurch ein kleinerer Grewichtsprozentsatz von zugefügtem Stoff in dem Papierabstandshalter zwischen den Elektroden und folglich im elektrischen Feld des Kondensators befindet, wird durch den Zusatz, wie oben angedeutet wurde, der Abbau der dielektrischen, Flüssigkeit nicht sehr wirkungsvoll verhindert.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kondensator mit den beschriebenen Merkmalen zu schaffen, und insbesondere einen flüssigkeitsgetränkten Kondensator,zu schaffen, der wesentlich überlegene Eigenschaften und längere .lebensdauer hat, der in kleineren Abmessungen und von besserer Qualität hergestellt werden kann, und der höhere Spannungsbetriebsdaten bei höherer Arbeite-

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temperatur aufweist als herkömmlich verfügbare Kondensatoren desselben Typs.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Kondensator und insbesondere einen Kondensator zu schaffen, der mit chloriertem Biphenyl· getränkt ist, der wesentlich kleiner ist, und der mit wesentlich niedrigeren Kosten hergestellt werden kann, der zu geringerem Preis -verkäuflich ist, und der wegen seiner kleinen'Abmessungen bei besserer ivaumausnutzung einfach in Blitzlichtgehäusen eingebaut werden kann.

Gebiss der allgemeinen Ausführungsform der ülrfitidun^; ist e_ne iLotidensatoranordnung vorgesehen, die einen Behälter aufweist, in dera sien ein Kondensatoren befindet. Der Kondensatorteil· besteht aus nebeneinanderliegenden Schichten von Älefctrodenfollen und l.'olierfolierx und entsprechend einer bevorzugten /iusfüiii-'ungs-form gem.'.ss der Erfindung ist der Kondensatorteil· aus Streifen von dünnem Papier und JJ¹OUe aufgewickeit.

Der J3ehU.lter ist mit einem imprägniärungsmittel· gefüllt, voraugsweise mit halogeniertem Biphenyl·, das sowohl·'die Lsoiierenden lolieti oder Streifen des Kondensatorteiis trankt, als auch das xnnere des Behälters ausfüllt-..'in dem Behälter befindet sich in innigem Kontakt mit dem

flüssigen

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flüssigen Imprägnierungsmittel und vor allem ausserhalb .des elektrischen Feldes des Kondensatorteiles ein Papierstück, ■welches ein Blatt, eine Einlage, eine Scheibe oder etwas ähnliches sein kann. Dieses Papierstück ist mit einem Zusatz beladen, der als Stabilisierungsmittel dient, so dass die Abgabe und Bildung von ionisierbaren Produkten von dem chlorierten Biphenyl und den Papierabstandshaltern verhindert wird, welche die Iso.liereigenschaften der !.apierabstandshalter zwischen den Elektroden verschlechtern könnten, woraufhin der Kondensator durchschlagen würde.

Insbesondere besteht der Zusatz aus aktivierten-Hydroxiden; Oxyden oder hydratisierten Oxyden von Magnesium, Silizium, Titan, Bentonit, i'uller Erde, und Aluminiumsilikaten und dient dazu, Wassermoleküle und andere ionische Verunreinigungen, die von den Zerfallsprodukten des dielektrischen Systems des Kondensators herrühren, unbeweglich zu machen.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Pig.1 einen vertikalen teilweise geschnittenen Seitenaufriss einer Ausführungsform der Kondensatoranorduung,

Pig.2 eine Ansicht längs der Linie 2-2 der Pig.'l,

Fi5.

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Fig.3 einen Vertikalschnitt einer anderen Form der Kondensatoranordnung, und

-Fig.4 einen Vertikalschnitt einer -weiteren Form der Kondensatoranordnung. ■

In Fig.1 und 2 ist eine ioridensatorariordnung A dargestellt, die einen hetallbecher B enthält, der eine Öffnung 0 aufweist. In dem Becher B "befindet sich ein auf bekannte Weise aufgewickelter Kondensatorteil 1o aus ineinander gewickelten Papier- und Metallfolienstreifen.

Der londensatorteil 10 ist von U-förniigen JBapiereinlagen 11, 11^f umgeben, deren Seitenteile entlang den Enden und Seiten des Kondensatorteils 10 verlaufen» Am Boden des Bechers befindet sich eine Isolierscheibe 12.

Mit dem KondenBatorteil 10 sind Anschlussklemmen 13 verbunden, die durch eine Isolierscheibe 14 hindurchgehen, und die mit den unteren Enden der Endanschlü3se 16 durch Iiötung auf der Deckplatte 17 des Kondensators befestigt sind. Die Deckplatte 17 ist auf bekannte Weise in der Öffnung des Bechers A befestigt.

In dem Ausfijhrungsbeispiel nach Fig.3 ist ein Metallbehälter oder-becher 20 geneigt, der eine untere Wand 21 aufweist.

. · Der

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— ο —

Der auf bekannte Weise aufgewickelte Kondensatorteil 22 ist mit U-förmigen Papiereinlagen umgeben, die bei 23 und 24 angedeutet sind, und es können auch, wenn es erforderlich ist, zusätzliche Diclitungsstreifen 25 vorgesehen sein. Die Seitenteile der !anlagen 23 und 24 können, wie es bei 26 und 27 angedeutet ist, umgelegt sein, so dass sie im Kaum 28 im obersten Teil des Bechex^s 20 einige Windungen bilden.

Die Zuleitungen 29 des Kondensatorteiles 22 sind mit dem unteren ilnde von Metallanschlussstäben oder Kontaktbolzen

30 verbunden. Diese Kontaktbolzen gehen durch die Deckplatte

31 und die Isolierscheiben 32, 33 hindurch, so dass sie eine elektrische Verbindung mit dem Kondensatorteil bilden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Pig.4 ist noch eine weitere Kondensatorform dargestellt, die e.aien zylindrischen Behälter oder Becher 40 mit umgebogenen landen 41 und 42 aufweist. Ein zentrisch angeordneter Metallstab 0 ist von einer Papierhülse 44 umgeben und ist durch den Kern eines inbekannter Weise aufgewickelten Kondensatorteiles 45 hindurchgesteckt. '

Hülsen 46 und 47 umgeben den £tab 43 dort, wo er durch die obere und untere Verschlusskappe 48 una 49 jeweils

hindurch

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hindurch, verläuft. Diese Terschlusskappen sind an den Enden.des Bechers durch die umgebogenen Enden 41, 42 ■befestigt.

Über die beiden Enden des aufgewickelten Kondensatorteiles 45 passt jeweils eine Papierkappe 50 bzw. 54. Die Kappe 5ü hält beispielsweise eine Papierbeilagscheibe 51 in ihrer Lage. Ausserdem ist am unteren Ende des Kondensatorteils in dem Becher eine Isolierscheibe 53 vorgesehen.Es können ferner geeignete Befestigungsflansche 52, die an dem Becher angelötet sind, vorhanden sein.

Die in Fig.1 bis 4 dargestellten Kondensatoren werden dadurch in bekannter Weise fertiggestellt, dass sie mit einer dielektrischen Flüssigkeit, wie z.B.' chloriertem Biphenyl, in bekannter Weise gefüllt werden.

Gr.iuiass der Erfindung können gewisse basisciie Zusätze dicht neben dem aufgewickelten londensatorteil, aber ausserhalb seines eigentlichen elektrischen Feldes eingefügt werden, z.B. dort, wo das elektrische PeId weniger als 200 Volt/mil beträgt, und wodurch man die bestenErgebnisse erhielt, wie z.B. in den Einlagen 11, 11' und, den Scneiben 12 und 14 nacn Fig.1, den Einlagen 23, 24 , den Dichtungsstreifen 25, den windungen 26, 27 nach Figo »dar Hülse 44 uuü. den Kappen 5u, 54, der Boilagsdieibe 51 uua der Isolierscheibe 53 nach

Fig. 4

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Pig.4, wobei alle diese"Teile vorzugsweise aus Papier bestehen. .

In der Ftoffgruppe, die die befriedigendsten Ergebnisse liefert, befinden sich. Hydroxyde und Oxyde von Magnesium, Silizium, Titan, Bentonit, Fuller irde und Aluminium-Silikate, die relativ frei von Ve^rurirei^ti;i-g^u-ⁿgsn sein jollten. Diese otoffe werden dem Papier in so fein verteilter J?orm zugeführt, dass das "Papier, vorzugsweise Kraftpapier, sowohl damit imprägniert als auch an der Oberfläche mit einem Überzug des fein verteilten Stoffes versehen wird.

Stoff

Kraftpapier Aluminiumoxyd

Beispiel	I	Gewichtsteile
		40 60
Beispiel	Il	40 60

Kraftpapier duller Erde

Neben der Verwendung eines einzigen Zusatzes können auch Mischungen davon verwendet werden.

Beispiel III 9 0 9 8 3 9/0681 BAD original

'Beispiel III Stoff · G-ewichtsteile

Aluminiumoxyd . 40

Bentonit 60

Die in Beispiel III angegebene Mischung wurde dann folgendermassen verwendet:

' Beispiel IV

Kraftpapier 40

Mischung aus Aluminiumoxyd und
Bentonit in den in Beispiel IiI
angegebenen Verhältnissen 60

Für die Ausführung der Erfindung ist es sehr wichtig, dass der Zusatz so feinteilig ist, dass er durch ein 100-Mesh-Sieb hindurchgeht.Es ist wünschenswert, dass der fein verteilte stabilisierende Stoff während der Papierherstellung in das Kraftpapier eingelagert wird.

♦ . ■ ■ ■

Da die mit dem Zusatz imprägnierten Einlagen, Isollersciieiben und Unterlegscheiben der JSrfindung im wesentlichen allein als 'Träger für den Zusatz und nicht für das Haupt-J..elektr.-kuui verwendet werden sollen, wie die Papierabstands-

halter

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halter zwischen den Elektroden, kann das Papier grossere Mengen τ von Zusätzen enthalten, und eine beliebige passende Dicke

Der Kondensator gemäss der Erfindung , bei dem sich das neuartige mit einem Zusatz imprägnierte Papier dort befindet, wo das elektrische Feld kleiner als 200 VoIt/mil ist, und in innigem Kontakt mit der dielektrischen Flüssigkeit steht, wobei der Zusatz über eine relativ grosse Fläche verteilt ist, hält die V/er te aller Komponenten des dielektrischen Systems des Kondensators in den richtigen Grenzen, selbst wenn er bei hoher Temperatur oder hoher Spannungsbfeanspruchting betrieben wird.

Obwohl das Papier vorzugsweise so zusammengesetzt wird, wie es oben angegeben ist, lässt sich das VerläLtnis des zugefügten Stoffes in Abhängigkeit von der Menge und der Art der verwendeten dielektrischen Flüssigkeit ändern, wobei die Zusätze 10 bis 70 Gewichtsteile bilden und der Rest des Papier ist. - ■

Obwohl die dielektrische Flüssigkeit, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, aus chloriertem Biphenyl besteht, können natürlich auch andere dielektrische Flüssigkeiten, wie z.B. Mineralöl, Rizinusöl und Silikonöl verwendet werden. Ausserdera kann natürlich anstelle eines Papierabstandshalters zwischen den Elektrodenfolien der ~ ' Abstandshalter

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Abstandshalter aus Kunststoffilm bestehen, und fernerhin könnten der Abstandshalter und die Elektrode verbunden werden, dadurch dass ein metallisierter Kunststoffilm oder ein metallisiertes Papier "verwendet werden.

In allen fällen verhindert der zusätzliche Stoff die Bildung von schädlichen Ionen.

Da Abwandlungen in den Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne von den Merkmalen der Patentansprüche abzuweichen, soll die Erfindung nicht durch die obige Beschreibung begrenzt sein. -

Pat e ntans prüche

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Claims

Patentansprüche

1.) Elektrische Kondensatoranordnung mit einem Behälter und einem darin befindliehen·Kondensatorteil, mit mehreren Schichten aus Isolier- und Elektrodenmaterial, mit an die Elektroden angeschlossene Anschlussklemmen und einer Abschlusskappe, an der die Anschlüsse- befestigt und mit den Zuleitungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Papierstück dort in dem Behälter befindet, wo das elektrische leid des Kondensators weniger als 200 Volt/mil beträgt, dass der Kondensatorteil und das P->pierstüek mit einer dielektrischen flüssigkeit getränkt sind und dass das Papierstück mit einem Stabilisierungsmittel . für die dielektrische Flüssigkeit imprägniert isti welche die aus den Zerfallsprodukten der dielektrischen Flüssigkeit und des Papiers stammenden ionischen Verunreinigungen unbeweglich macht.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

das Papier aus anfänglich porösem, zusammengepresstem Kraftpapier besteht.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicane't, dass das anfänglich poröse zusammengepresste Kraftpapier mit einem feinteiligen Stoff und zwar einem H,ydroxyd, Oxyd oder einem Silikat der jiirdmetalle imprägniert ist.

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4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feinteilige Stoff aus einem Oxyd, Hydroxyd oder Silikat von Magnesium, Aluminium, Silizium oder Titanoxyd besteht.

■5. Kondensator nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische flüssigkeit aus chloriertem Biphenyl, Mineralöl , Rizinusöl und Silikonöl besteht.

6. Kondensator nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet,

dass der Kondensatorteil so aufgewickelt ist, dass Schichten aus Isoliermaterial und Elektrodenmaterial aufeinander folgen.

7. Kondensator nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schichten aus Streifen von Papier und Metallfolie bestehen.

8. Kondensator nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Schichten aus metallisierten Streifen aus Kunststoffilm bestehen.

3. Kondenaator nach den Ansprücnen 1-6, dadurch gekennzeichnet, uass die aufeinanderfolgenden Schichten aus metallisierten Papierstreifen bestehen.

10.

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10. Kondensator nach. Anspruch. 1-9, dadurch, gekennzeichnet, dass der Kondensatorteil .im -wesentlichen rechteckförmige Gestalt "besitzt, und dass das Papierstück aus zwei U-förmigen Einlagen "besteht, von denen jede !Teile besitzt, die an den Seiten und am Ende des Kondensatorteiles verlaufen.

11. Kondensator nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Papierstück zwischen dem oberen Ende des Kondensatorteils und der Abschlusskappe des Behälters · befindet.

12. Kondensator nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile wenigstens einer dieser U-fÖrmigen Einlagen zu Windungen geformt sind, die sich zwischen dem oberen Ende des Kondensatorte les und dex¹ Abschlusskappe befinden.

13. Kondensator nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter- zylindrisch ist, dass der ilondensatorteil zylindrisch ist, und dass je eine becherförmige Papierkappe, die mit dein Stabilisierungsmittel imprägniert ist, die beiden Enden des zylindrischen KondenaatorteJ.Is umgibt.

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14. Kondensator nach.Anspruch 1-9» und 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine mit dem Stabilisierungsmittel imprägnierte Papierseheibe zwischen dem unteren Ende des Kondensatorteils und dem "benachbarten Ende des Behälters "befindet.

15. Kondensator nach Anspruch 1-9, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dassder Londensatorteil eine zentrische B_ohrung aufweist, dass sich eine mit dem Stabilisierungsmittel imprägnierte Papierhülse in der zentrischen Bohrung befindet, und dass ein Metallstab durch de Papierhülse und den Kondensator hindurchragt.

16. Kondensator nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Papierstück "von 10 bis zu '/'0 G-ewichtsteilen aus Papier und derRest aus dem Gewicht des Zusatzstoffes besteht.

17. Kondennator nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass das ;:'apierstück aus etwa vierzig Gewi.chtsteilen ^apier und etwa sechzig G-ewichtste.len Aluminiurnoxyd besteht.

18. Kondensator nacti Anspruch 1-1G, dadurcii gekennzeichnet, dass das r'apierstücfc aus etwa Yieraxg. G-ew.'.ciitsteilen x^Japier und efewa sechzig G-ewiciitsteilen ffullei* irde besteht.

19.

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19. Kondensator nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass das Papierstück aus etwa vierzig Gewiehtsteilen Papier und etwa sechzig Gewichtsteilen eines Zusatzes "besteht.

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