DE2108988C3 - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren, die jeweils mindestens eine mit einem Imprägniermittel getränkte Papierlage und mindestens eine Lage eines unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden und/oder des Imprägniermittels quellenden Kunststoffs enthalten, bei desten Durchführung nach dem Wickeln die Kondensatorkörper einer Imprägnierung mit einem bei Imprägniertemperatur flüssigen Imprägniermittel sowie einer vorzugsweise unter Vakuum durchgeführten Wärmebehandlung ausgesetzt werden, wodurch Schrumpfungs-Itnd/oder Quellvorgänge in den Kunststolflagen bewirkt werden. Die Kondensalorbelegungen können dabei aus aufgedampften, ausbrennfähigen Metallschichten oder aus Metallfolien bestehen.

Es ist bekannt, bei derartigen Kondensatoren die Hohlräume im Papier und die Spalte zwischen den Patoier- und Kunsrstofflagcn nach dem Wickeln oder Schichten der Kondensatorelemente und nach vorheriger Trocknung und Entgasung mit einem Imprägniermittel auszufüllen, um die Durchschlagfestigkeit des Papiers zu erhöhen und elektrische Entladungen in Spalten und Hohlräumen der Kondensatorelemente zu verhindern.

Die Trocknung und Entgasung der Kondensatorelc-Inente wird im Vakuurt, (< lO-'Torr) vorgenommen bei Temperaturen von etwa 100 bis 135°C. Gase und Dämpfe treten dabei im wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Isolierstoffbänder und Kondensatorbelegungen aus den Kondensatorelemcnten aus, d. h. •uf dem gleichen Weg, auf welchem das Imprägniermittel in die Spalte und Hohlräume zwischen den Lagen der Kondensatorelemente eindringen muß.

Dieses Eindringen des Imprägniermittels kann dadurch erschwert oder gar verhindert werden, daß im Kondensatorelement vorhandene Kunststoffbander bei der auf 100 bis 135°C erhöhten Trockentemperatur in ihrer Längsrichtung schrumpfen, die Spalte /wischen den Kunststoff- und Papierlagen im Kondensatorclement dadurch verengt und sowohl der Austritt von Gasen und Dämpfen als auch das Eindringen des Imprägniermittels erschwert wird. Dazu kommt noch, daß bei Berührung der Kunststoffolie mit einem Imprägniermittel, das die Folie von ihrem Rand her zum Quellen bringt, eine weitere Verengung der Spalte an den Stirnflächen der Kondensatorelemente eintritt, die lange vor der Durchimprägnierung zu einem dichten Abschluß der Spalte und Zwischräume zwischen den Lagen der S Kondensatorelemente führen kann. Maßnahmen, die dies verhindern können, wie z. B. das Abkühlen der Kondensatorelemenie und des Imprägniermittels auf eine Temperatur, bei der die Quellung des Kunststoffs ausreichend langsam stattfindet, und das Schichten der

ίο Kondensatorbänder bei geringerem als 'iblichen Anpreßdruck, sind zeitraubend und kostspielig und nicht in jedem Fall anwendbar.

Aus der DT-PS 9 73 947 ist ein Verfahren zur Hcrstelllung elektrischer Wickelkondcnsatoren bekannt.

bei dem ein Isolierstoffband, welches beispielsweise aus Papier bestehen kann, vor der Weiterverarbeitung zum Kondensatorwickel durch eine Polyäthylenlösung gefübri wird. Hierbei enisiehi auf dem holiersioffbiind nach dem Verlassen der Lösung eine Polyäthylenschicht in kristalliner Phase, welche bei normalen Betriebstemperaturen ein festes Dielektrikum bildet. Eine Nachimprägnierung des Wickels nach dem Verlassen des Polyäthylenbades erfolgt nicht.

Aus der DT-OS 15 64 792 ist ein imprägnierter elektrischer Kondensator bekannt, dessen Dielektrikum wenigstens teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei Einwirkung des verwendeten Imprägniermittels anquillt. Der Kondensator wird bei einer Temperatur imprägniert, bei der die Quellung im Verhältnis zur Fließgeschwindigkeit des Imprägniermittels langsam verläuft. Hierdurch erreicht man, daß der Imprägniervorgang nicht sofort im Bereich der Wickelränder beim Quellen der Kunststoffolie gestoppt wird_; eine einwandfreie und vollständige Durchimprägnierung ist jedoch auch bei einem solchen Verfahren nicht immer gewährleistet.

Ferner ist aus der DT-OS 19 22 822 ein imprägnierter elektrischer Wickelkondensator bekannt, bei dem ebenso wie bei dem zuvor diskutierten Kondensator die eingewickelten Papierbänder zwischen kurzgeschlossenen Metallisierungen im feldfreien Raum liegen und als Dielektrikum neben dem Imprägniermittel nur Kunststoffolien wirken. Der gesamte Kondensatorkörper wird dabei nach dem Wickeln getempert und anschließend imprägniert. Durch die Temperung erreicht man einen gewissen Ausgleich der ursprünglich unterschiedlichen Luftspaltbreiten zwischen den verschiedenen Lagen und somit eine verbesserte Durchimprägnierung, wobei man jedoch wegen der elektrisch nicht belasteten Papierbänder einen größeren Wickeldurchmesser in Kauf nimmt.

Ein anderer Weg, die Schwierigkeiten beim Imprägnieren von schrumpf- und quellfähige Kunststoffbander und imprägnierte Papierbänder enthaltenden Kondensatorelementen zu vermeiden, besteht nach einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, daß gemäß der Erfindung vor dem Wickeln der Kondensatorkörper das Papier in Form von lose aufgewickelten Bändern mit einem bei Raumtemperatur festen Mittel vorimprägniert wird. Diese Vorimprägnicrung kann an metallisierten oder metallfreien Papierbändern vorgenommen werden. Mit relativ geringem Mehrautwand erreicht man auf diese Weise eine einwandfreie Durchimprägnierung des gesamten Wickels und somit eine hohe Spannungsfestigkeit und hohe Betriebssicherheit des Kondensators.

Das Schichten oder Wickeln von Kondensatorelementen aus vorimprägnierten Papier- und quellfähigen

Kunststoffbändern erfoigt dann mit möglichst hohem Anpreßdruck. Dadurch wird das Ausfüllen von im Innern der Kondensatorelemente noch vorhandener Hohlräume durch überschüssiges Imprägniermittel aus dem vorimprägnierten Papier und durch gequollene Kunststoffolie begünstigt. Nach dem Schichten oder Wickeln werden die Kondensatorelemente noch im Vakuum erwärmt, um noch vorhandene Gaseinschlüsse vor dem Abschließen der Spalte und Hohlräume abzuziehen und bei Verwendung quellbarer Folien die Quellung durchzuführen. Wird zum Vorimprägnieren des Papiers ein bei Raumtemperatur festes Imprägniermittel (Hartwachs) verwendet, so kann es zweckmäßig sein, die geschichteten oder gewickelten Kondensatorelemente noch mit einem bei Raumtemperatur flüssigen Imprägniermittel (Mineralöl) im Vakuum nachzuimprägnieren und die Erwärmung der Kondensatorelemente erst nach der Nachimprägnierung vorzunehmen. Für die Temperung der fertig imprägnierten Kondensatorelemente ist eine über ihrer späteren Betriebstemperatur liegende Temperatur angebracht.

Vergleichsversuche wurden mit 60 mm breiten Kondensatorwickeln durchgeführt, die aus zwei 8 μ dicken, mit Zink bedampften Papierbändern und zwischen den Papierbändern liegenden 6 μ dicken Polypropylenbändem gewickelt waren und einen Durchmesser von 30 mm hatten.

Derartige Kondensatorwickel wurden in hergebrachter Weise und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hartwachs (Tropfpunkt 95°C) imprägniert und mit einer Vaseline (Tropfpunkt 52°C) nachimprägniert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden die metallisierten Papierbänder zuerst einzeln auf Rollen gewickelt, in bekannter Weise getrocknet und bei 115°C mit Hartwachs imprägniert. Nach ihrer Abkühlung wurden die vorimprägnierten Papierbänder auf einer gebräuchlichen Kondensatorwickelmaschine zusammen mit Polypropylenbändern zu Kondensatorwickeln verarbeitet i;nd auf ihre Stirnflächen Kontaktbrücken nach dem Schoopschen Metallspritzverfahren aufgespritzt. Nach dem Aufspritzen der Kondensatorbrücken wurde ein Teil der Kondensatorwikkel bei 105⁰C 24 Stunden lang im Vakuum und ein anderer Teil 15 Stunden in Umluft getempert.

Eine andere Gruppe von Kondensatorwickeln wurde aus gleichartigen metallisierten, aber nicht vorimprägnierten Papierbändern und Polypropylenbändern hergestellt und nach bekannten Verfahren getrocknet und mit den gleichen Imprägniermitteln imprägniert. Die Imprägnierung dieser Kondensatorwickel mit Hartwach!; (Tropfpunkt 95°C) wurde /.. B. nach 24«,tündiger Trocknung und Entgasung der Wickel im Vakuum (< lO-'Torr) bei 115°C durchgeführt und die Nachimprägnierung mit Vaseline bei 70"C.

Bei der Messung der Spannungsfestigkeit (das ist diejenige Spannung, bei welcher selbstheilende Durchschläge in den Kondensatorwickeln auftreten) der beiden verschieden behandelten Gruppen von Kondensatorwickeln ergab sich, daß die Spannungsfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus vorimprägnierten metallisierten Papierbändern und Polypropylenbändern hergestellten Kondensatorwickel mehr als üoppelt so groß ist wie die Spannungsfestigkeit der unter Verwendung von nicht vorimprägnierten Papierbändein hergestellten Kondensatorwickel.

Eine nach der Messung durchgeführte Untersuchung der Kondensatorwickel zeigte, daß die konventionell behandelten Kondensatorwickel lediglich im Bereich ihrer Stirnflächen bis zu etwa 20% ihres Volumens durchimprägniert waren und daher im Inneren eine grolk Zahl von Durchschlägen aufwiesen, während bei den Kondensatorwickeln mit vorimpragnierten Papierbändern nur eine geringe Anzahl von über die g.m/e Wickelbreite gleichmäßig verteilten Durchschlagen festzustellen war.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wikkelkondensatoren, die jeweils mindestens eine mit einem Imprägniermittel getränkte Papierlage und mindestens eine Lage eines unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden und/oder unter Einwirkung des Imprägniermittels quellenden Kunststoffs enthalten, bei dessen Durchführung nach dem Wickeln die Kondensatorkörper einer Imprägnierung mit einem bei Imprägniertemperatur flüssigen Imprägniermittel sowie einer vorzugsweise unter Vakuum durchgeführten Wärmebehandlung ausgesetzt werden, wodurch Schrumpfungs- und/oder Quellvorgänge in den Kunststofflagen bewirkt werden, d a durch gekennzeichnet, daß vor dem Wikkein der Kondensatorkörper das Papier in Form von lose aufgewickelten Bändern mit einem bei Raumtemperatur festen Mittel vorimprägniert wird.