DE2047477B2 - Verfahren zur Herstellung eines dünnen Polypropylenfilms und seine Verwendung in einem Kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Polypropylenfilms mit gleichmäßigen Struktureigenschaf'.en, der ein gleichmäßig darin dispergiertes Imprägniermittel aus halogeniertem Diphenyl, Ricinusöl oder Mineralöl enthält, sowie die Verwendung des solchermaßen hergestellten Polypropylenfilms als Dielektrikum in einem Kondensator.

Polypropylenfilme als Dielektrika für Kondensatoren haben sich für mit Flüssigkeit imprägnierte Leistungskondensatoren /u hervorragenden Dielektrika mit überlegenen Eigenschaften entwickelt. In der USA-Patentschrift 33 63 156 sind zahlreiche Ausführungsformeii von Kondensatoren beschrieben, bei denen Kombinationen aus Polypropylenfilmen mit einem flüssigen Imprägniermittel aus chloriertem Diphenyl verwendet werden. Auf diese Patentschrift wird im folgenden Bezug genommen.

Dieselbe beschreibt eine Imprägnierungsweise von Polypropylenfilmen zur Erreichung einer »praktisch vollständigen Imprägnierung«, wobei das flüssige Imprägniermittel durch die Molekülstruktur des Polypropylenfilms hindurchwandert oder diese durchdringt. In einem Rollenabschnitt eines Kondensators, der aus einem zusammengesetzten Gebilde gewickelt wird, das abwechselnd aus einer Elektrodenfolie und Filmstreifen besteht, ist die bekannte Imprägnierungsart sehr wichtig, weil das Imprägniermittel von der Kante der Rolle her in die mittleren Teile der Rolle eindringen muß. Polypropylenfilme neigen dazu, dicht aneinander und an den Elektrodenfolien zu haften, so daß es äußerst schwierig ist, eine praktisch vollständige Imprägnierung aller Fehlstellen, Zwischenräume und Räume innerhalb der Rolle sowie innerhalb der verwendeten Stoffe zu schaffen. Um eine praktisch vollständige Imprägnierung schneller durchzuführen, v/urden bisher Papierstreifen, die an den Filmstreifen in einer Rolle anlagen, verwendet, so daß das Papier eine Dochtwirkung ausüben kann, wobei das Imprägniermittel in die mittleren Teile der Rolle oder des Wickels weitergeleitet werden kann. Selbst mit dieser Dochtwirkung muß das Imprägniermittel gewöhnlich quer durch den Film

ίο geleitet werden, um innere Fehlstellen und Hohlräume sowie solche an den entgegengesetzten Seiten des Films zu erreichen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein Polypropylenfilm so ausgerichtet wird, daß er an einen Folienstreifen angrenzt und in Berührung damit steht Bei dieser Anordnung muß das flüssige Imprägniermittel quer durch den Film zu den Räumen zwischen dem Film und der Folie wandern.

Um eine praktisch vollständige Imprägnierung gleichmäßig durch die ganze Rolle oder den Wickel hindurch zu erhalten, geht die bekannte Lehre demzufolge dahin, daß Polypropylen und das chlorierte Diphenyl bei einer hohen Temperatur zusammengebracht und dort über eine ausreichende Zeitspanne belassen werden, bis eine praktisch vollständige Imprägnierung eingetreten ist Unter diesen Bedingungen kann sich der dünne Polypropylenfilm weitgehend auflösen oder in anderer Weise durch das Imprägniermittel abgebaut werden. Die Imprägnierdauer und die Imprägniertemperaturen und die Verwendung von Papier mit Dochtwirkung muß sorgfältig gesteuert werden, um eine praktisch vollständige Imprägnierung zu erreichen und die Stoffe unbeeinträchtigt zu lassen. Jede dabei nicht imprägnierte Fläche ist eine Quelle von nachteiligen Spitzenentladungen, selbst wenn diese Stellen später durch Altern imprägniert werden. Einige Flächen werden über eine erhebliche Zeitspanne wirksam vor der Imprägnierung blockiert, was auf ungleichmäßige Materialien, der Gegenwart von anderen Stoffen und andere Umgebungseinflüsse zurückzuführen ist.

Es wurden auch bereits andere Hilfsmittel für das Imprägnieren vorgeschlagen, wie das Anrauhen der Filmoberflächen und die Mitbenutzung von Benetzungsmitteln im Imprägniermittel. Diese und andere Hilfsmittel sind jedoch weniger wirksam, weil sie immer noch davon abhängen, daß das Imprägniermittel die entfernten und Schwierigkeiten verursachenden Stellen erreicht, die weit von der Rollenkante entfernt liegen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

w Verfahren zur Herstellung eines dünnen Polypropylenfilmes für die Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren zu schaffen, mit dem die vorerwähnten Imprägnierungsschwierigkeiten vermieden werden und der gleichmäßige Struktureigenschaften aufweist.

T) Tie Erfindung beruht dabei auf der Feststellung, daß durch das gleichmäßige vorherige Einbringen von etwas Imprägniermittel in das Filmmaterial die Stellen, die zu Schwierigkeiten führen, teilweise oder ganz vorimprägniert werden können oder daß ein Weg für das Imprägniermittel oder eine Umgebung die das Eindringen des Imprägniermittels erleichtert, geschaffen werden können, damit der Durchtritt des Imprägniermittels in die Rolle oder den Wickel erleichtert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Polypropylenfilmes mit gleichmäßigen Struktureigenschaften, der gleichmäßig darin dispergiertes Imprägniermittel aus halogeniertem Diphenyl, Ricinusöl oder Mineralöl

enthält zur Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) das Imprägniermittel zum Polypropylen, das in Pulverform voriiegt, zugibt,

b) die Stoffe bis zum Erhalt eines gleichmäßigen Gemisches rührt und

c) aus dem Gemisch den dünnen Film in üblicher Weise herstellt.

Das Imprägniermittel, das vorzugsweise Trichlordiphenyl ist, tsnn dem Polypropylenfilm in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% einverleibt sein, der dann im Kondensator noch weiter imprägniert werden kann.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Hochspannungs-Wechselstrom-Leistungskondensator mit mehreren Kondensator-Rollenabschnitten,

Fig.2 einen Wickel- oder Rollenabschnitt für einen Kondensator, der abwechselnd aus Streifen einer Folie und von vorimprägniertem Polypropylenfilm besteht

Fig.3 einen modifizierten Kondensator unter Verwendung einer einzigen Rolle der in F i g. 2 erläuterten Art und

F i g. 4 einen Ballast-Kondensator, der eine Abänderung des Kondensators gemäß F i g. 3 darstellt.

Eine bevorzugte Kondensatorart, auf die s ch die Erfindung bezieht, ist in F i g. 1 erläutert. Gemäß F i g. 1 kann der Kondensator 10 als Hochspannungs-Wechsel- jo strom-Leistungskondensator bezeichnet werden, insbesondere als ein Kondensator zur Korrektion des Leistungsfaktors. Der Kondensator 10 besteht aus einem geeigneten Gehäuse 11 mit einem damit dicht verbundenen Deckel 12. Der Kondensatordeckel 12 ist mit durchgeführten Isolatoren 13 und 14 versehen, die die Anschlüsse 15 und 16 gegen den Deckel isolieren. Die Anschlüsse 15 und 16 schaffen eine elektrische Verbindung (nicht dargestellt) zu den Abgriffstreifen 17 und 18 der Rollenabschnitte 19 im Gehäuse 11. Die Rollenabschnitte 19 sind anhand der F i g. 2 näher erläutert.

In Fig.2 ist ein übliches Beispiel eines Wickel- oder Rollenabschnitts 19 zur Verwendung in einem Kondensator mit Imprägnierung dargestellt. Ein Rollenab- 4 j schnitt 19 besteht gewöhnlich abwechselnd aus Streifen 20 und 21 aus einer Metallfolie und einem Dielektrikum 22 und 23. Gemäß einer bevorzugten Ausfüh; ungsform der Erfindung sind die Streifen 22 und 23 Polypropylenfilme mit gewöhnlich weniger als 0,025 mm Dicke und die Folienstreifen 20 und 21 bestehen aus Aluminium. Angrenzend an die Folienstreifen sind an geeigneten Stellen in der Rolle Abgriffstreifen 17 und 18 angebracht, die als elektrische Anschlüsse für die Folienstreifen der Elektrode dienen und in geeigneter Weise mit den Anschlüssen 15 und 16 verbunden sind. Die bezeichneten Streifen sind ziemlich dicht kreisförmig gewickelt und danach zur dargestellten Konfiguration abgeflacht.

Die Imprägnierung des Kondensators 10 findet gewöhnlich mit Hilfe von einem oder von mehreren kleinen Löchern fm Deckel 12 statt, die anschließend durch Verlötung abgedichtet werden. Während des Imprägnierens ist der Kondensator 10 gewöhnlich in einem flüssigen Imprägniermittel eingetaucht, das das <,-, Gehäuse 11 ausf'illt und die Rollenabschnitte 19 im Gehäuse imprägniert. Gewöhnlich werden ebenfalls bestimmte Verfahrensschritte des vorherigen Evakuierens, die Anwendung hoher Temperaturen und andere Verfahrensschritte angewendet

Einer der hautptsächlichen Verarbeitungsnachteile bei imprägnierten Kondensatoren, insbesondere Kondensatoren mit Rollenabschnitten, besteht in der Schwierigkeit, eine vollständige Imprägnierung zu erreichen. Um beispielsweise einen Hochspannungs-Leistungsfaktor-Korrektionskondensator für Wechselstrom für oberhalb etwa 600 V herzustellen, sollte die vollständige Imprägnierung das Füllen von Lufträumen oder Hohlstellen zwischen den Elektroden umfassen, ganz gleich, ob diese Hohlstellen und Zwischenräume zwischen angrenzenden Streifen des Dielektrikums, zwischen den Streifen aus Dielektrikum und Elektroden oder innerhalb der dielektrischen Stoffe auftreten.

Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung der imprägnierten Popypropylenfilme gemäß der Erfindung besteht darin, die gewünschte Menge Imprägniermittel wie Trichlordiphenyl, vorzugsweise in flüssiger Form, unmittelbar zu einer vorgegebenen Menge Polypropylen-Kunststoff zuzufügen. Anschließend wird durch geeignetes Rühren ein Gemisch dieser Stoffe hergestellt Andere Verfahren, Polypropylen-Kunststolf der Behandlung mit flüssigem Trichlordiphenyl auszusetzen, können ebenfalls verwendet werden, z. B. eine Sprühbeschichtung des Kunststoffs oder die Zugabe von Trichlordiphenyl während des Verfahrens, durch das der Kunststoff hergestellt wird.

Eine weitere Verfahrensweise besteht darin, die gewünschte Menge von flüssigem Trichlordiphenyl dem vorliegenden Polypropylen zuzufügen und das Gemisch mit einem Haushaltsmischer zu rühren. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das erhaltene Pulver sich trocken anfühlt, frei fließt und praktisch frei von statischer elektrischer Aufladung ist.

Zum Unterschied von den meisten bisherigen Verfahren der Zugabe von Lösungsmitteln oder Weichmachern zu Kunststoffen ergibt die Kombination von Trichlordiphenyl und Polypropylen keine klebrige Masse oder koagulierte Klumpen. Das Pulver, das aus einem Gemisch von Polypropylen der lichten Siebmaschenweite 0,149 mm und Trichlordiphenyl in einer Menge von 14 Gew.-% erhalten wird, stellt ein ausreichend frei fließendes Pulver dar, daß es aus einem Glasbecher ohne erheblichen Rest ausgegossen werden kann. Die Eigenschaft des freien Fließens kommt einem trockenen Pulver zu und nicht einem nassen Gemisch.

Ein besonderes Beispiel für die Herstellung von vorimprägniertem Polypropylen ist das folgende. Polypropylen in gemahlener Flockenform in Form eines Pulvers der lichten Siebmaschengröße 0,149 mm und flüssiges Trichlordiphenyl wurden zusammen im Verhältnis von 100 g Pulver und 14 g Trichlordiphenyl vermischt. Dieses Gemisch wurde in einen Haushaltsmischer für Nahrungsmittel gegeben und etwa etwa 30 see gerührt oder vermischt. Das Gemisch stellte ein sehr sauberes frei fließendes staubfreies Pulver dar. Dieses Pulver wurde in einer hydraulischen Presse nach Carver zu Folien von 0,45 mm Dicke unter Verwendung von auf etwa 210°C erhitzten Platten bei einer Vorerhitzung von 100 see gepreßt. Das Material (129 cm²) wurde etwa 50 see auf einen Druck von etwa 700 bar gebracht und anschließend mit Wasser abgeschreckt und aus der Presse entfernt. Der erhaltene Film war gleichmäßig, trocken und blasenfrei.

Andere Filme wurden aus dem genannten Gemisch sowie ähnlichen Puivergemischen unter Verwendung eines Filmextruders hergestellt. Alle Filme wurden

dielektischen Versuchen unterworfen. Der erfindungsgemäß hergestellte Film zeigte eine Erhöhung der dielektrischen Festigkeit gegenüber einer Vergleichsprobe ohne Gehalt von Trichlordiphenyl.

Die Menge von Trichlordiphenyl, die zum Polypropy- ^r> lenpulver zugefügt wird, ist erheblich niedriger als die Menge, die zum Lösen des gesamten Pulvers neigen würde. Ein wichtigerer Faktor ist jedoch der, daß das Trichlordiphenyl bei mäßiger Temperatur oder Raumtemperatur zugesetzt wird, wobei die Löslichkeit von Polypropylen in Trichlordiphenyl relativ niedrig ist. Versuche haben gezeigt, daß die Verschlechterung des Films beim Erhitzen bei dem vorimprägnierten Film zu vernachlässigen ist und in manchen Fällen ein Vorerhitzen des Films einen günstigen Einfluß hat. 1■■>

Der erfindungsgemäß hergestellte Polypropylenfilm kann mit Hilfe einer Reihe von Filmherstellungsvorrichtungen, von Preßvorrichtungen, Extrudiervorrichtungen bis zu Filmschlauch-Blasvorrichtungen hergestellt werden. Es ist erwünscht, eine geeignete Lüftung vorzusehen, wenn erhöhte Temperaturen bei diesen Vorrichtungen verwendet werden, um Trichlordiphenyldämpfe zu entfernen, die sich bilden können.

Diese Vorrichtungen und verwandte Verfahren dienen zur Bildung eines vorimprägnierten Filmblatts mit hervorragender Strukturbeschaffenheit und elektrischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften erleichtern die Handhabung und das Aufwickeln von Streifen, die zur Verwendung in Kondensatoren geeignet sind. Es wird bevorzugt, wenn der erfindungsgemäß hergestellte imprägnierte Film biaxial orientiert ist und vorzugsweise wird er in biaxial orientierter Form eingesetzt.

Der erfindungsgemäß hergestellte Film kann in Kondensatoren ohne weitere Imprägnierung verwendet werden und kann in Form von einer oder zwei oder n mehr Folien eingesetzt werden. Wenn der Film eine maximale Menge Trichlordiphenyl enthält, wird das anschließende Erhitzen auf erhöhte Temperaturen nahe oder oberhalb der Arbeitstemperaturen des Kondensators in gewissem Umfang Trichlodiphenyl freisetzen, wodurch die Fehlstellen oder Hohlräume zwischen den Streifen der Rolle weiter imprägniert werden.

Es wurde gefunden, daß es wünschenswert ist, einige Arten von Kondensatoren, die mit dem erfindungsgemäß hergestellten Polypropylenfilm hergestellt sind, weiter gemäß in geeigneter Weise modifizierte Imprägnierverfahren zu imprägnieren, die bereits bei nicht-imprägnierten Filmen angewendet worden sind. Zum Beispiel wird der Rollenabschnitt 19 des Kondensators gemäß F i g. 2 in dem Gehäuse 11 gemäß F i g. 1 in üblicher Weise eingebracht wobei ein Fülloch offen bleibt Gemäß dem bekannten Verfahren wird die Kondensatoreinheit 10 bei erhöhter Temperatur evakuiert. Wenn das vorimprägnierte Polypropylen gemäß der Erfindung verwendet wird und Papier mit dem üblichen Wasserdampfgehalt potentiel! abwesend ist, kann die Dauer der Evakuierung und die Temperatur erheblich vermindert werden oder ganz unterbleiben. Trichlordiphenyl wird dann in das Gehäuse 11 vorzugsweise durch Eintauchen des Gehäuses in f>o Trichlordiphenyl bei etwa 60 bis 8O⁰C eingebracht Das heiße Trichlordiphcnyl schreitet schnell durch die Rollen im Gehäuse fort und schafft praktisch eine vollständige Imprägnierung. Das Vorimprägnieren ermöglicht das sonst große Volumen Trichlordiphenyl auf einem Minimum zu halten, weil weniger Trichlordiphenyl von jedem Gehäuse absorbiert wird.

Die Gegenwart von Trichlordiphenyl im Polypropylen wirkt mit dem heißen Trichlordiphenyl derari zusammen, daß der Durchgang des Trichlordiphenyl! durch die Rolle beschleunigt wird. Insbesondere wire angenommen, daß die Gegenwart von Trichlordipheny! im Polypropylen bestimmte vorgebildete und verträgliche Wege im Polypropylen schafft, denen das flüssige Imprägniermittel leicht folgen kann. Dementsprechenc sind lange Tränkzeiten bei erhöhten Temperaturer nicht erforderlich.

Bekannte Imprägnierverfahren, bei denen Polypropy len und Trichlordiphenyl verwendet werden, verursachen, wie gefunden wurde, ein erhebliches Quellen des Polypropylens. Dieses Quellen verursacht unerwünschte örtlich begrenzte Druckanstiege, begrenzt das Imprägnieren und behindert in macher Hinsicht die gleichmäßige Imprägnierung. Es wurde gefunden, daß der vorimprägnierte Film gemäß der Erfindung auch vorgequollen wird und beim weiteren Imprägnieren kein erhebliches Quellen mehr stattfindet. Man würde jedoch erwarten, daß beim weiteren Imprägnieren, je nach der Menge des vorher einverleibten Trichlordiphenyls und der noch einzuverleibenden Menge eir gewisses proportionales Quellen stattfinden könnte.

Ein Hauptvorteil des Vorimprägnierens wird erhalten, wenn die Kondensatorrollen gemäß F i g. 1 langgestreckt sind, d. h. länger als etwa 30,5 cm in axialer Richtung sind, und in einen Hochspannungs-Wechsel strom-Leistungskondensator eingebracht werden, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist Das Imprägnieren einer langen enggewickelten Rolle ohne Papier mit Dochtwirkung ist schwierig. Beim vorimprägnierten Film mil nachfolgender Flüssigkeitsimprägnierung dringt das Trichlordiphenyl in die Mittelteile der Rolle in sehr kurzer Zeit ein.

Die Gleichmäßigkeit der Imprägnierung oder Verteilung des Trichlordiphenyls in Polypropylen ist ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung. Das Mischen oder Rühren wird leicht geregelt wie dies bei den meisten Mischverfahren der Fall ist so daß die Gleichmäßigkeit des Gemisches sichergestellt ist Hierdurch wird Trichlordiphenyl in dem Film an denjenigen Steilen einverleibt, an denen es unmittelbar benötigt wird, insbesondere wenn keine weitere Flü*sigkeitsimprägnierung des Films angewendet wird Es kann jedoch sein, daß die Flüssigkeitsimprägnierung nicht sofort in alle Stellen eindringt. In diesem Fall werden diese Stellen durch die Vorimprägnierung behandelt und verhindern frühzeitiges Versagen oder bringen dies auf ein Minimum. Es ist zu erwarten, daß diese kritischen Stellen durch das flüssige Imprägniermittel beim üblichen Altern weiterhin imprägniert werden.

Bei machen Kondensatoren kann das Wickelverfahren einige störende Hohlräume zwischen den Streifen belassen, und diese Hohlräume müssen gefüllt werden, insbesondere wenn der Kondensator mit Wechselstrom betrieben wird. In diesem Fall kann ein Blatt mit Dochtwirkung verwendet werden, um das Imprägniermittel axial in die Rolle unter Ausfüllung dieser Hohlräume einzusaugen, etwa im gleichen Sinn wie vergleichbare Bogen mit Dochtwirkung, die in der letztgenannten Patentschrift verwendet werden. Diese Hohlräume können auch nach dem üblichen Imprägnierverfahren gefüllt werden, wobei weiteres flüssiges Imprägniermittel in Berührung mit der Rollenkante gebracht wird. Das Vorimprägnieren schafft einen unmittelbaren und schnellen Weg für das Einströmen des zusätzlichen Imprägniermittels in diese Hohlräume.

Der Gesamtvorteil des Vorimprägnierens besteht darin, daß ein weiteres Imprägnieren des Films an sich nicht erforderlich ist und selbst ein Durchgang in Querrichtung durch den Film nicht erforderlich zu sein braucht. In jedem Fall werden diese beiden Durchgangsarten stark durch die Gegenwart von Trichlordiphenyl im Film erleichtert.

Ein weiterer Vorteil des Vorimprägnierens bezieht sich auf die wirksame Anwendung sehr hoher Temperaturen zur Mithilfe beim Imprägnieren oder bei der gleichmäßigen Verteilung. In der praktischen Durchführungsform der Erfindung wird beim Bilden des Films im allgemeinen der Kunststoff extrudiert, wenn die Extrudertemperatur zwischen 170 bis 250⁰C liegt. Diese hohe Temperatur ist für ein Imprägnieren vorteilhaft und liegt viel höher als die zum Imprägnieren des Films nahe dem Maximum liegenden Temperaturen.

Das Imprägniermittel wird im Polypropylen gleichmäßig dispergiert oder durch Dispergieren imprägniert in praktisch kontinuierlicher Weise und nicht in diskontinuierlicher Weise. Zum Beispiel gibt es /iur wenige, wenn überhaupt welche, diskrete Flächen im Film, die nicht das Imprägniermittel enthalten.

Die Vorteile der Erfindung werden auch bei anderen Kondensatoren erhalten, einschließlich größerer Kondensatoren mit mehreren Rollenabschnitten. Als Beispiel werden Niederspannungs-Wechselstrom-Kondensatoren, Kondensatoren für Induktionsheizung und auch Gleichstromkondensatoren genannt. Bei Gleichstromkondensatoren, bei denen eine Spitzenentladung kein besonders ernstes Problem darstellt, kann die Verwendung eines vorimprägnierten Films ohne weitere Imprägnierung oder unter Verwendung einer nur mäßigen Menge von weiterer Imprägnierungsflüssigkeit, Imprägnierungsdauer und Imprägnierungstemperatur ausreichen.

Andere kleinere Kondensatoren sind vorzüglich für die Durchführung der Erfindung geeignet, weil eine zusätzliche Imprägnierung fortfallen kann. Diese Kondensatoren werden im allgemeinen als kleine Industriekondensatoren bezeichnet und einige Arten hiervon werden als Motorlaufkondensatoren, Kondensatoren für Klimaanlagen und Ballastkondensatoren bezeichnet.

Eine Ausführungsform dieser Kondensatoren ist in F i g. 3 dargestellt. Der Kondensator 24 gemäß F i g. 3 besteht aus einer Dose oder einem Gehäuse 25, das eine einzelne Rolle 19 beherbergt, die gewöhnlich in der abgeflachten Form gemäß den F i g. 1 und 2 vorliegt. Ein Decke) 26 ist auf das Gehäuse 25 aufgewalzt, der Anschlüsse 27 und 28 aufweist. Diese Anschlüsse sind vom Deckel mit Hilfe von Isolierringen 29 und 30 isoliert und mit elektrischen Anschlüssen an die Anschlußstreifen 17 und 18 gemäß Fig. 1 und 2 versehen. Der Deckel 26 besitzt gewöhnlich eine Öffnung 31 zum Imprägnieren, die nach dem Imprägnieren durch Löten abgedichtet wird.

Ein weiteres Beispiel eines kleineren Kondensators unter Verwendung einer einzigen Rolle 19 ist in F i g. 14 dargestellt Der in F i g. 4 dargestellte Kondensator 32 wird gewöhnlich als Ballast-Kondensator bezeichnet und hat die allgemeine Form des Kondensators 24 gemäß Fig.3 Der Kondensator 32 besteht aus einem Gehäuse 33, in welchem sich die Rolle 19 befindet, und einen Deckel 34, der auf das Gehäuse 33 aufgeschweißt ist. Der Deckel 34 besitzt nach oben stehende Stutzen 35,36 und 37, durch die Führungen 38,39 und 40 geführt sind (für eine doppelte Kondensatorrolle) für den elektrischen Anschluß an den Rollenabschnitt 19. Ober die Führungen 38, 39 und 40 und in die Stutzen 35, 36 und 37 sind Hülsen aus Silicongummi 41, 42 und 43 geführt. Der Kondensator wird durch die lockere Struktur aus den Hülsen, den Führungen und den Stutzen imprägniert und anschließend werden die Stutzen um die Hülsen zur Abdichtung zusammengedrückt. Weitere Konstruktionseinzelheiten für einen derartigen Kondensator sind der USA-Patentschrift 33 89 311 zu entnehmen.

in Jeder der Kondensatoren gemäß Fig.3 und 4 kann einen RoHer.abschnitt 19 mit einem oder mehreren Streifen aus Polypropylen darin besitzen. Diese Streifen sind weniger als 0,025 mm dick und Mehrfachstreifen können weniger als etwa 0,0125 mm dick sein.

Gewöhnlich ist der Rollenabschnitt 19 relativ kurz in A.xialrichtung und die Imprägnierung ist daher weniger schwierig. Bei einem vorimprägnierten Filmstreifen ist eine weitere Imprägnierung entweder nicht erforderlich oder wird bei diesen kurzen Rollen stark erleichtert.

Bei der Ausführung der Erfindung kann eine Reihe halogenierter aromatischer flüssiger Kohlenwasserstoffe verwendet werden, jedoch wird vorzugsweise ein chloriertes flüssiges Diphenyl als Imprägniermittel verwendet. Geeignete Beispiele von chlorierten Diphenylverbindungen sind handelsüblich unter Bezeichnungen wie Pyranol 1499 (General Electric Company) und Aroclor 1242 (Monsanto), die hauptsächlich aus Trichlordiphenyl bestehen, bekannt. In Kombination mit chloriertem Diphenyl werden noch günstigere Ergeb-

JO nisse erhalten, wenn das Kunststoffmaterial hauptsächlich Polypropylen ist. Jedoch können auch andere Kunststoffe mit Polypropylen als Gemisch oder als Mehrfachmischung oder als Copolymerisat verwendet werden.

Die Erfindung ist auch auf andere Kondensatorarten und Ausführungsformen von Kondensatoren anwendbar. Zum Beispiel kann Polypropylen wirksam bei Gleichstromkondensatoren verwendet werden und andere Kondensatoranwendungen mit unterschiedlichen Imprägniermitteln können verwendet werden. Beispiele solcher Imprägniermittel sind Mineralöl und Rizinusöl. Diese Stoffe sind gewöhnlich nicht Äquivalente bezüglich ihrer Wechselwirkungen mit Polypropylen oder hinsichtlich der unterschiedlichen Anwendun-

gen.

Einer der Vorteile der Vorimprägnierung von Polypropylen mit einem chlorierten Diphenyl besteht darin, daß das Quellen des Polypropylens erreicht wird, bevor das Wickeln der Rolle stattfindet. Mineralöl ist in

so gewissem Ausmaß ein Lösungsmittel für Polypropylen und verursacht, wie gefunden wurde, ein Quellen des Polypropylens. Mineralöl wurde zu Polypropylen-Kunststoff gemäß der Erfindung zugefügt Ein aus diesem Kunststoff hergestellter Film hält das vorher einverleibte Mineralöl wirksam zurück, ist damit verträglich und gut handhabbar.

Rizinusöl ist gewöhnlich kein Lösungsmittel für Polypropylen und das Imprägnieren von Polypropylen mit Rizinusöl ist schwierig. Zu diesem Imprägnieren wird gewöhnlich erhöhte Temperatur und eine längere Imprägnierdauer benötigt, um die gewünschte vollständige Imprägnierung zu erreichen. Wenn höhere Temperaturen zur Imprägnierung zur Verminderung der benötigten Zeit verwendet werden, z.B. etwa 200⁰C, wird die Stabilität des Polypropylens beeinträchtigt, wie dies auch bezüglich der Stabilität der Kombination nach dem Imprägnieren der Fall sein kann. Gemäß der Praxis der Erfindung kann Rizinusöl

zu Polypropylen bei Raumtemperatur zugesetzt werden und der erhaltene Film zeigt hervorragende Filmeigenschaften für Kondensatoren ohne bestimmte nachteilige elektrische oder physikalische Wirkungen. Das Extrudieren des Films aus dem Kunststoff bei einer Extrudertemperatur zwischen etwa 170 und 25O⁰C ergibt eine Art von Hochtemperaturimprägnierung während der Filmbildung. Dieses Verfahren findet bei einer höheren Temperatur statt, wie sie bei dem Film als solchen verwendet werden könnte. Sowohl Mineralöl wie Rizinusöl können in denselben allgemeinen Mengen zugesetzt werden, wie dies bei dem chlorierten Diphenyl genannt wurde. Gemische von Imprägniermitteln mit anderen Imprägniermitteln, Verdünnungsmitteln usw. können auch angewendet werden. Die Erfindung ist am besten anwendbar, wenn die Imprägniermittel in erster Linie die beschriebenen Mittel sind, z. B. vorwiegend chloriertes Diphenyl, vorwiegend Rizinusöl und vorwiegend Mineralöl.

Die Erfindung ist in erster Linie auf Dielektrika für Kondensatoren gerichtet, wobei eine große Sorgfalt bei der Auswahl der Stoffe beachtet werden muß, die in das elektrische Feld gebracht werden, und für den Verwendungszweck. Bei einem Hochspannungs-Wechselstrom-Kondensator, z. B. einen Leistungsfaktor-Korrektionskondensator, der oberhalb etwa 600 V arbeitet, kann das Dielektrikum aus Polypropylen einer elektrischen Belastung von etwa 1200V je 25 μηι Dicke bei einer Temperatur von etwa 80 bis 100° C ausgesetzt werden.

Kondensatoren für relativ niedrige Spannungen, wie Motorlauf-Kondensatoren, haben gewöhnlich Belastungen des Polypropylens von wenigstens etwa 750 V je 25 μηι Dicke. Die Zugabe eines chlorierten Diphenyls zu dieser Umgebung bildet schwerwiegende Beschränkungen hinsichtlich anderer Zusätze, die verwendet werden kennten, weil deren Folgen nicht bekannt sind. Bei anderen Umgebungen, z. B. als Kabelisolierung oder Isolierungen im allgemeinen, sind die Arbeitsgrundsätze nicht vergleichbar, die Belastungen sind minimal und der Leistungsfaktor ist von geringer Bedeutung gegenüber der Arbeitsweise eines Kondensators. Folglich wird der für Kondensatoren bestimmte Film gemäß der Erfindung als hochbelastbarer Film für das Arbeiten unter hohen Belastungen über die Lebensdauer oberhalb etwa 750 V je 25 μπι Dicke definiert, der eine sehr kleine Dicke von etwa 0,025 mm oder darunter hat Dieser Film ist frei von Zusätzen, die diese und andere üblichere Kondensatorqualifikationen nachteilig beeinflussen würden.

Ein weiterer ausgeprägter Vorteil des vorimprägnierten Films gemäß der Erfindung ist der, daß er die Zugabe bestimmter Epoxide unmittelbar in den Film erleichtert. Die Verwendung von Epoxiden in Kondensatoren als Stabilisatoren ist in der USA-Patentschrift 32 42 402 näher beschrieben. Gemäß dieser Patentschrift wird Epoxid zum Trichlordiphenyl zugefügt und löst sich darin und das Trichlordiphenyl wird danach zur Imprägnierung von Kondensatoren verwendet. Für die erfindungsgemäßen Zwecke wird Trichlordiphenyl mit darin gelöstem Epoxid zu feinverteiltem Polypropylen zur Vorimprägnierung in gleicher Weise verwendet, wie

ίο es für Trichlordiphenyl allein beschrieben wurde. Nach diesem Verfahren wird Epoxid in die Filmstruktur gleichmäßig eingeführt und ist in solchen Stellen vorhanden, die dieses Mittel dann verlangen, wenn diese Stellen während der frühen Stufen des Testens oder des Betriebs kritisch werden können. Zum Beispiel erfordert dieses Verfahren nicht, daß das Epoxid durch einen Rollenabschnitt eines Kondensators durch das flüssige Imprägniermittel während des Imprägnieren durchgeführt wird. Da Stellen vorliegen können, die nicht sofort durch das Imprägnierverfahren erreicht werden, können kritische Stellen verbleiben, die ein Versagen des Kondensators verursachen, wenn ein Epoxid nicht in anderer Weise vorhanden ist.
Die Menge des zugesetzten Epoxides kann in einem weiten Konzentrationsbereich schwanken, je nach dem gewünschten Ergebnis, beginnend mit kleineren, aber wichtigen Mengen, die einen meßbaren Unterschied durch die Gegenwart des Epoxids anzeigen. Geeignete Beispiele bevorzugter Epoxide sind l-Epoxyäthyl-3,4-epoxycyclohexan (Unox Epoxide 206), Dipenten-dioxid (Epoxide 269), Dicyclodiepoxycarboxylate, wie 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-S^-epoxy-cyclohexancarboxylat (Unox 221) und S^-Epoxy-e-methylcyclohexylmethyl-S^-epoxy-ö-methylcyclohexancarboxylat (Unox Epoxide 201). Die genannten Stoffe sind näher in den USA-Patentschriften 32 42 401,32 42 402,33 62 908 und 31 70 986 beschrieben. Andere Epoxide sind Diglycidyläther von Bisphenol A (DER 332), Phenoxypropylenoxid mit der Gruppe

— CH CH-

und epoxydiertes Leinöl (Epoxyl-9-5).

Zum Beispiel wird ein geeignetes Epoxid, wie Unox 206, zum Polypropylen in der gewünschten Konzentration zugeführt, die gewöhnlich zwischen etwa 0,001 bis 10 Gew.-°/o Epoxid beträgt Wechselnde Mengen von

so 0,1 bis etwa 1,0% Unox 206 haben gute Ergebnisse bei Kondensatoren gezeigt Andere Epoxide können in Mengen zugesetzt werden, die eine äquivalente Zahl von Epoxidgruppen bereitstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Polypropylenfilms mit gleichmäßigen Struktureigenschaften, der ein gleichmäßig darin dispergiertes Imprägniermittel aus halogeniertem Diphenyl, Ricinusöl oder Mineralöl enthält, zur Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das Imprägniermittel zum Polypropylen, das in Pulverform vorliegt, zugibt,

b) die Stoffe bis zum Erhalt eines gleichmäßigen Gemisches rührt und

c) aus dem Gemisch den dünnen Film in üblicher Weise herstellt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das halogenierte Diphenyl Trichlordiphenyl ist

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Trichlordiphenyl 1 bis 20 Gew.-% des Films beträgt

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trichlordiphenyl eine Menge von 0,10 bis 10 Gew.-% eines Epoxids als Stabilisator enthält.

5. Verwendung eines Polypropylen-Films, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in einem Kondensator, der mit einem flüssigen Dielektrikum imprägniert wird.