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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Wickelkondensator
mit auf den Dielektrikumsfolien aufgebrachten regenerierfähig dünnen Belegungen
und mit mitverwickelten Einlaff ' en in den kapazitiv nicht wirksamen Randzonen.
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Bei Wickelkondensatoren aus dielektrischen Bändern mit regenerierfähig
dünnen Belegungen, welche z. B. im Hochvakuum aufgedampft sind, tritt bei einem
elektrischen Durchschlag bei geeigneter Wahl des Dielektrikums und der Belä-e durch
Wegbrennen des Metallbelags um den Durchschlagskanal herum Selbstheilung ein. Es
gibt Dielektrika, bei denen dank ihres chemischen Aufbaus dieser Selbstheilprozeß
sicher funktioniert, z. B. bei den Cellulosederivaten. Andererseits gibt es Stoffe,
z. B. thermoplastische Hochpolymere wie z. B. Polystyrol, Polycarbonat, Polyäthylenterephthalat
oder Polypropylen, bei denen der Selbstheilvorgang vom Druck abhängt, der zwischen
zwei aufeinanderliegenden Folienlagen herrscht. Hoher Druck führt bei regenerierenden
Kondensatoren, insbesondere mit Dielektrika aus thermoplastischen Hochpolymeren,
dazu, daß die beim Durchschlagsvorgang sich bildenden Gase stark komprimiert werden,
wodurch die Umgebung um die Durchschlagsstelle herum sehr heiß wird und unter Umständen
der Schmelzpunkt des dielektrischen Materials erreicht wird. Dies führt zu Folgedurchschlägen
und weiterer Aufheizung. Es entstehen leitende Zerfallprodukte, die zu einem nicht
mehr ausheilfähigen Kurzschluß des Kondensators führen. Da allein durch den Wickelvorgang
schon bei sehr mäßigem Wickelzug durch überlagerung der von den einzelnen Windungen
nach innen ausgeübten Drücke im Wickelinnern ein Druck von einigen hundert kp/cm2
entstehen kann, ergibt sich für die Herstellung von regenerierenden Kondensatoren,
insbesondere mit Dielektrika aus thermoplastischen Hochpolymeren, ein Problem, das
zwar durch übergang auf flache Kondensatorbauformen teilweise umgangen werden kann,
für Rundwickel aber ungelöst ist.
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Eine flache Kondensatorbauform ist in der deutschen Auslegeschrift
1 165 754 beschrieben. In einem derartigen Kondensator ist im flachen Teil
die Regenerierfähigkeit wesentlich besser als in einem einfachen Rundwickelkondensator;
es besteht jedoch grundsätzlich ein Unterschied in der Regenerierfähigkeit des flachen
und des -ekrümmten Teiles desselben flachen Kondensators. Diese Schwankung der Regenerierfähigkeit
stört insbesondere bei Kondensatoren für hohe Spannungen.
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Aus der französischen Patentschrift 855 196 ist es bekannt,
zur verbesserten Stirnkontaktierung in den stirnseitigen Randbereichen des Wickelkörpers
Metallfolien mitzuverwickeln. Aus der deutschen Auslegeschrift 1138 477 ist
es bekannt, eine Kapillarkondensation zwischen den kapazitiv wirksamen Wickellagen
infolge verstärkter Feuchteeinwirkung von außen durch in die Randzonen eingelegte
schmale Bänder und dünne Fäden zu verhindern. Bei diesen bekannten Kondensatoren
wirken die Einlagen in den stirnseitigen Randzonen der Wickelkörper nicht als Abstätzung
für die Dielektrikumsfolien, sondern diese liegen im kapazitiv wirksamen Bereich
fest aufeinander, um dort Luftzwischenräume zu verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wickelkondensator mit
regenerierfähig dünnen Belegungen zu zeigen, bei dem im Wickelinnern ein die Regenerierfähigkeit
des Kondensators nicht beeinträchtigender Druck herrscht.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einem eingangs geschilderten Kondensator
dadurch erreicht, daß die Dielektrikumsfolien durch Einlagen gegeneinander derart
abgestützt sind., daß sich zwischen den Wickellagen im kapazitiv wirksamen Bereich
Luftspalte befinden.
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Es werden beim Wickeln zwischen die Dielektrikumsbahnen mindestens
zwei schmale Stützbahnen aus möclichst dünnem Material so mitverwickelt, daß sie
außerhalb des kapazitiv wirksamen Bereiches des Kondensators liegen. Die Dielektrikumsbahnen
besitzen eine solche Steifigkeit, daß sie sich im Bereich außerhalb der Stützbahnen
nicht einschnüren, sondern im kapazitiven Bereich zwischen den Dielektrikumslagen
Luftspalte, unter Umständen von der Dicke der Stützbahnen, entstehen. Zwischen den
einzelnen kapazitiv wirksamen Lagen herrscht somit unabhängig vom Wickelzucy praktisch
kein überdruck. Die Wickellagen liegen im kapazitiv wirksamen Bereich locker aufeinander
und im Wickelkörper herrscht eine homogene Druckverteilung, da der gesamte Wickelzug
von den mitverwickelten Stützbahnen abgefangen wird. Bei Verwendung von Dielektrikumsfolien
aus Kunststoff, z. B. aus Polyäthylenterephthalat oder Polycarbonaten, ist bei einer
Dicke von etwa 20 gin aufwärts eine ausreichende Steiflgkeit gewährleistet. Die
Dielektrikumsfolien schnüren sich dann zwischen den Stützbahnen nicht nennenswert
ein. Da schon Luftspalte von etwa 1 tim Dicke und unter Umständen darunter
das Regenerierverhalten verbessern, würden prinzipiell Stützbahnen dieser Dicke
den gewünschten Zweck erreichen; die Dicke der Stützbahnen ist nach unten durch
ihre technische Herstell- und Verarbeitbarkeit begrenzt; solche Grenzen sind zur
Zeit für Kunststoffolien etwa 2 utm, für Metallfolien etwa
4
... 6 gin. Falls die Einlagen mit einer der Belegungen in Berührung kommen,
können sie aus Kunststoff oder Metall sein. Falls die Einlagen im belagsfreien Rand
liegen, müssen sie aus Kunststoff bzw. einem Isoliermaterial sein. Bestehen die
Einlagen aus Kunststoff, dann wählt man am besten den Dielektrikums-Stoff.
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Die gemäß der Erfindung erwünschten Lufträume zwischen den kapazitiv
wirksamen Wickellagen gewährleisten ein einwandfreies Regenerieren des Kondensators.
Die Luft kann, falls im Dielektrikum für den Regeneriervorgang zu wenig Sauerstoff
vorhanden ist, als zusätzlicher Sauerstoffspender wirken. Weiterhin können die Wickelhohlräume
des kapazitiv wirksamen Wickelbereiches mit einem Imprägniermittel angefüllt sein,
das ebenfalls als Sauerstoffspender wirkt. Es ergibt sich dann gleichzeitig eine
erhöhte Kapazität des Kondensators.
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In den Figuren sollen an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung
und deren Vorteile erläutert werden. Die Figuren zeigen Schnitte durch einige Wickellagen
elektrischer Kondensatoren.
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In der F i g. 1 sind auf je zwei Dielektrikumslagen
1
und l' bzw. 2 und 2' Metallbeläge 3 und 3' bzw. 4 und
4' gleicher Polarität aufgebracht. Auf den Dielektrikumsbahnen ist an jeweils einer
Kante ein belagsfreier Streifen der Breite r ausgespart. Außerdem sind die Dielektrikumslagen
mit Metallbelägen unterschiedlicher Polarität ee2eneinander um die Strecke v versetzt,
wodurch dij spätere Kontaktierung z. B. durch stirnseitig aufgespritzte Metallschichten,
er-C g
leichtert wird. Zwischen den Dielektrikumsla-en 1
und 2 bzw.
l' und 2' können sich noch weitere nichtmetallisierte Dielektrikumslagen
befinden, die in der Figur nicht dargestellt sind. Die Stützbahnen 5, 5',
6,
6' bzw. 7, 7', 8, 8', deren Breite kleiner als r ist und
welche im Bereich der bela-sfreien Streifen liegen, nehmen den -esamten Wickeldruck
bzw. Wickelzug auf, da die verwendeten Dielektrikumstolien 1, l'
bzw. 2, 2'
so viel Steifigkeit besitzen, daß sie sich im Bereich außerhalb der Stätzfolien
nicht einschnüren. Die Erfindung erweist sich deshalb besonders für Kondensatoren
mit höheren Spannungen als geeignet, bei denen verhältnismäßig dicke Dielektrikumsfolien
verwendet werden müssen und bei denen aus Gründen der überschlagssicherheit unmetallisierte
Randstreifen mit einer Breite von einigen Millimetern in der Regel vorhanden sind.
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F i g. 2 zeigt einen Aufbau, bei dem die beiden Dielektrikumsbahnen
1, l' und 2, 2' nicht gegeneinander versetzt sind. Der für eine sichere Kontaktierung
durch stirnseitig aufgebrachte Metallschichten notwendige Spalt wird dadurch gewonnen,
daß die Stützbahnen 5, 5', 6, 6' und 7, 7', 8, 8' nicht mit
den stirnseitigen Kanten der Dielektrikumsbahnen abschließen, sondern um die Strecke
v nach innen gerückt sind. Die Stützbahnen liegen im Bereich des metallfreien Randes
bzw. im kapazitiv nicht wirksamen Wickelteil. Die Stützbahnen 5 und
5' gehören zur gleichen Stützfolienbahn. Ebenso gehören die Stützbahnen
6 und 6', 7 und 7', 8 und 8' zu je einer Stützfolienbahn.
Bei den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Anordnungen werden vier Stützfolienbahnen
verwendet. Es läßt sich aber auch mit zwei Stützfolienbahnen ein weitgehend druckfreier
Wickel erzielen. Es entfallen dann in den F i g. 1. und 2 entweder die Stützbahnen
5, 5' oder 6, 6' und auf der anderen Seite entweder
7, 7' oder 8, 8'. Die Stützbahnen 5, 5'
und
8 ' 8' im Bereich des belagsfreien Randes müssen aus isolierendem Material
bestehen. Bei Verwendung von metallischen Stützbahnen 6, 6' und
7, 7' können diese aleichzeiti- als Kontaktierun-selemente für die Metallbeläge
3, 3' und 4, 4' dienen. Man erspart sich dann das zusätzliche Aufbrin-en
von stirnseitigen Metallschichten.
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Man kann die metallischen Stützbahnen 6, 6' bzw.
7, 7' auch an den Stirnseiten des Kondensators überstehen lassen, wie dies
in F i g. 3 angedeutet ist, und daran die Anschlußdrähte anlöten oder anschweißen.
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Schließlich können die Stützbahnen auch bei elektrischen Kondensatoren
mit innerer Reihenschaltung angewendet werden, wie dies F i g. 4 zeigt. Hier können,
wenn sehr breite Dielektrikumsbahnen verwendet werden, außer den Stützbahnen
5, 5' und 7, 7',
die an den Stirnseiten des Kondensators verlaufen,
auch in den innen verlaufenden nicht kapazitiven Zonen weitere Stützbahnen
9, 9' mitverwickelt werden.