DE2304146C2 - Abdeckscheibe für ein becherartiges Kondensatorgehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckscheibe für ein becherartiges Kondensatorgehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine solche Kondensatorabdeckscheibe ist beispielsweise aus der Druckschrift US 35 53 542 Al bekannt. Ähnliche Abdeckscheiben sind weiterhin aus den Druckschriften DE 12 95071 Bl und DE 6941 094Ul bekannt. Diese Abdeckscheiben dienen dem Überlastungsschutz des durch die Abdeckscheibe im Bechergehäuse eingeschlossenen elektrischen Kondensators. Bei Überlastung erwärmt sich der Kondensator, wodurch der Druck im Kondensatorgehäuse über einen kritischen Grenzwert ansteigt. Unter der Einwirkung dieses Druckes wird die Kernscheibe gegenüber der am Rand des Kondensatorgehäuses festgelegten äußeren Ringscheibe nach axial auswärts angehoben. Diese Axialverschiebung der Kernscheibe, die nicht nur relativ zur Ringscheibe, sondern auch relativ zum Kondensatorwickel erfolgt, wird in der verschiedensten Weise dazu benutzt, die elektrische Verbindung zwischen den äußeren Anschlüssen des Kondensators und dem Kondensatorwickel zu unterbrechen. Durch diese elektrische Unterbrechung, das sogenannte Abschalten des Kondensators, werden Kurzschlüsse im elektrischen System und ein Explodieren des hermetisch verschlossenen Kondensatorgehäuses durch Überhitzung verhindert. Der Außenanschlüsse für den Kondensator können dabei sowohl an der Kernscheibe als auch an der Ringscheibe befestigt sein.

Kennzeichnend für die bekannten Abdeckscheiben ist, daß sie einstückig hergestellt sind. Die äußere Ringscheibe, die Kernscheibe und ein beide Elemente der Abdeckscheibe verbindender Membranring bestehen aus ein und demselben Werkstoff, meist Merall oder Kunststoff. Die Beweglichkeit der Kernscheibe gegenüber der Ringscheibe ist durch eine Konfigurationsverformung des die beiden Scheiben miteinander verbindenden Membranringes ermöglicht Die bekannten Membranen sind zu diesem Zweck entweder als im Profil wellige tellerartige Membranringe oder als bistabile Tellerfedern ausgebildet Da einerseits die Abdeckscheibe aus einem forrr.stabilen widerstandsfähigen Werkstoff hergestellt sein muß, um die hei normalem Betrieb im Bechergehäuse auftretenden Drücke aushalten zu können, die Membran andererseits aber aus demselben Werkstoff gefertigt ist kann sich ίο das Material nicht gummielastisch dehnen. Der gesamte für die Kernscheibe axial benötigte Verschiebungsweg muß also so in der Membran vorgeformt sein, daß sie durch Strecken, Auffalten oder anderweitige Verformung ihrer Konfiguration den Verschiebungsweg zur Verfügung stellen kann. Dies bedingt daß meistens entweder die Ringscheibe oder die Kernscheibe einen nur relativ kleinen Durchmesser haben können, da die Membran einen erheblichen Flächenbedarf aufweist. Dies bewirkt gleichzeitig, daß ein relativ großer Bereich der Oberfläche der Abdeckscheibe viel zu dünn und instabil ausgebildet sein muß.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Membranen ist, da sie aus demselben Werkstoff wie der Abschlußdeckel bestehen, daß sie nicht dehnbar sind und eine hohe Zugfestigkeit aufweisen. Wenn der ordnungsgemäß abgeschaltete Kondensator durch äußere Einflüsse weiter erwärmt wird, reißen die aus Metall oder stabilem Kunststoff hergestellten Membranen nicht ohne weiteres auf, so daß die Explosion des Kondensators unter solchen Umständen nicht verhindert werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Abschlußscheiben ist es schließlich, daß die Kernscheibe und die diese umgebende Ringscheibe, wenn diese beispielsweise aus Aluminium bestehen, aufgrund ihrer einstückigen Ausbildung nicht elektrisch voneinander isoliert werden können.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abschlußscheibe der eingangs genannten Art für elektrische Kondensatoren mit becherartigem Gehäuse zu schaffen, wobei der Abschlußdeckel, bezogen auf die Fläche des Abschlußdeckels, eine nur minimale Schwächung aufweist, bei weiterem Druckanstieg trotz abgeschaltetem Kondensator ein ruhiges Abblasen statt eines Explodierens ermöglicht und die Kenischeibe und die Ringscheibe im Bedarfsfall auch elektrisch gegeneinander isoliert werden können.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Abdeckscheibe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Erfindung schafft also eine Abdeckscheibe für ein becherartiges Kondensatorgehäuse, bei der eine konzentrisch zweiteilige Scheibe aus formstabilem Werkstoff flächig fest zu einer einheitlichen Verbundstruktur mit einer durchgehenden gummieleastischen dehnbaren ebenen Membran verbunden ist. Als Werkstoff für die Scheibe kommen für diese Zwecke gebräuchliche verstärkte und unverstärkte Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen, oder Metalle, beispielsweise Aluminium, in Betracht. Als Werkstoff für die Membran kommen prinzipiell alle Werkstoffe in Betracht, die gummielastisch und dehnbar sind und zusätzlich die übliche zur Herstellung von Abdeckscheiben der genannten Art erforderliche Pcrmeationsfestigkeit aufweisen. Die Membran besteht also vorzugsweise aus Kautschukela-

stomeren, dehnbaren Kunststoffen oder aus kombinierten Elastomer-Kunststoff-Werkstoff en. Insbesondere Vesteht die Membran vorzugsweise aus einem Elastomer, also einem speziell für den Einsatzzweck in an sich bekannter Weise formulierten Gummi. Wenn die Membran aus Gummi besteht, wird die Verbindung zwischen den formstabilen Scheibemeilen, also der Ringscheibe und der Kernscheibe einerseits und der Membran andererseits, vorzugsweise in der Weise hergestellt, daß diese Scheibenteile auf die Membran ^1CI anvulkanisiert werden. Dazu wird in gebräuchlicher Weise so verfahren, daß die Scheibenteile unter hohem Druck mit der unvernetzten Kautschukmischung oder mit der vorvernetzten Kautschukmischung flächig in Berührung gebracht werden und das Elastomer dann vernetzt bzw. vollständig vernetzt wird. Durch dieses Anvulkanisieren werden die Ringscheibe und die Kernscheibe fest mit der Membran zu einem einheitlichen Schichtenverbund, nämlich der fertigen Abdeckscheibe, verbunden. Die Verbindung der Kernscheibe und der Ringscheibe mit der Membran kann alternativ unter Verwendung von Haftvermittlern und/oder Klebstoffen oder anderen an sich gebräuchlichen Mitteln zur Herstellung fester flächenverbundstrukturen erfolgen. Die Verwendung von Haftvermittlern kann zusätzlich auch beim Aufvulkanisieren der Kernscheibe und der Ringscheibe auf die Membran in Betracht gezogen werden.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Kernscheibe und die Ringscheibe separate Teile sind, die bei der ^J0 Abdeckscheibe der Erfindung einander nicht berühren und durch einen ringförmigen Luftspalt völlig voneinander getrennt sind. Diese Luftspalt kann relativ schmal gehalten werden, so daß die Abdeckscheibe insgesamt nach außen eine relativ unverletzliche geschlossene Fläche darstellt. Bei Verwendung eines metallischen Werkstoffs für die Kernscheibe und die Ringscheibe ist zwischen beiden Scheibenteilen weiterhin durch den Ringspalt eine e'ektrische Isolation gegeben. Die Ringscheibe kann daher direkt als der eine Anschlußkontakt, die Kernscheibe als der andere Anschlußkontakt für den Kondensator verwendet werden.

Wesentlicher Vorteil der Abdeckscheibe nach der Erfindung ist jedoch, daß nicht wie bei den bekannten Abdeckscheiben ein und derselbe Werkstoff zwei ^⁵ entgegengesetzte Aufgaben erfüllen muß, nämlich einerseits die Abdeckscheibe druckfest und formstabil zu gestalten, andererseits ihre Beweglichkeit zu ermöglichen, sondern daß für diese zwei konträren Aufgaben zwei verschiedene Werkstoffe gewählt ³" werden, die jeder für sich die ihnen einzeln zugeteilten Aufgaben optimal erfüllen können. Der Kunststoff bzw. das Metall können so ausgewählt, geformt und bemessen werden, daß sie der Abdeckscheibe die erforderliche mechanische Festigkeit und Robustheit verleihen. Die Membran kann völlig unabhängig vom Werkstoff für die Kernscheibe und die Ringscheibe so hinsichtlich ihrer Werkstoffkenndaten und Abmessungen so gewählt werden, daß sie gerade die Elastizität aufweist, die benötigt wird, um den Kondensator bei ^6Ü einem vorgegebenen Grenzdruck abzuschalten. Dadurch, daß solche elastischen Werkstoffe wesentlich genauer einstellbar sind als die bekannten Tellerfedermembrarien, können die Abschaltdrücke sehr viel exakter eingehalten werden. ^b5

Ein weiterer Vorteil der Abdeckscheibe nach der Erfindung liegt schließlich darin, daß bei weiterem Druckanstieg im geschlossenen Kondensatorgehäuse trotz richtiger elektrischer Abschaltung eine Explosion des Kondensatorgehäuses ausgeschlossen ist Durch ihre Fähigkeit, sich zu dehnen, kann die Membran nach der Erfindung nicht nur wie die bekannten Membranen begrenzt sondern prinzipiell unbegrenzt dem Innendruck nachgeben. Wenn bei dieser Dehnung der Membran die Reißfestigkeit des Werkstoffs der Membran überschritten wird, reißt die Membran ohne weiteres definiert auf, so daß an der Rißstelle in der Membran ein relativ weiches Abblasen des Kondensators ermöglicht wird. Eine Explosion des Kondensatorgehäuses, beispielsweise ein Abreißen der Abdeckscheibe insgesamt vom Gehäuserand, ist ausgeschlossen. Die Abdeckscheibe nach der Erfindung wirkt daher in ihrer Ausbildung gleichzeitig als eine von der elektrischen Leistungsbeaufschlagung unabhängige Überdrucksicherung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran mit ihrem Außenrand zusätzlich formschlüssig in der Ringscheibe verankert. Diese Verankerung erfolgt in der Weise, daß der Rand der Membran eine angeformte Ringwulst trägt, die profilkomplementär in eine auf der anliegenden Seite der Ringscheibe ausgebildete Ringnut eingreift. Durch diese Verankerung kann die Abdeckscheibe auch für relativ hohe Abschaltdrücke, beispielsweise im Bereich von 10 bar oder darüber, ausgelegt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß durch den bei hohem Innendruck im Kondensatorgehäuse auf die Membran zentral nach axial auswärts gerichteten Druck ein Abreißen der Membran von der Ringscheibe und damit ein unbeabsichtigtes Undichtwerden des Kondensators erfolgt. Dabei kann der an der Membran angeformte periphere Wulstring in Verbindung mit der in der Ringscheibe ausgebildeten Ringnut, in der dieser Wulstring liegt, idealerweise gleichzeitig zur Abdichtung der Abdeckscheibe gegenüber dem Rand des Bechergehäuses dienen. Der in diesen Wulstring und in die Deckelnut eingepreßte Rand des Bechergehäuses trägt weiterhin zur Verankerung der Membran bei. Gleichzeitig erübrigt sich ein zusätzliches zur Verfügungstellen eines zusätzlichen Dichtungsringes oder anderen Dichtmaterials zum permeationsfesten Verschluß des Bechergehäuses.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Abdeckscheibe im Axialschnitt in Verbindung mit einem Bechergehäuse und

Fig.2 die in Fig. 1 gezeigte Scheibe in Draufsicht von oben.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Abdeckscheibe für das Bechergehäuse eines elektrischen Kondensators besteht aus einer Ringscheibe 1 aus Kunststoff, einer Kernscheibe 2 aus Kunststoff und einer Membran 4 aus Gummi. Die Kernscheibe 2 und die Ringscheibe 1 sind flächig fest mit der Gummimembran verbunden. Die Ringscheibe 1 und die Kernscheibe 2 sind dabei durch einen Ringspalt 3 voneinander getrennt. Die Kernscheibe 2 ist dadurch elastisch axial in Richtung des Pfeiles 10 (Fig. 1) gegen die Ringscheibe 1 verschiebbar, obwohl die drei Elemente 1, 2,4 der Abdeckscheibe einen festen Verbund bilden.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind in der Kernscheibe 2 Bohrungen 6 zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse ausgebildet. Entsprechend kleinere Öffnungen zum hermetischen

Abdichten der Durchführungen sind in der Membran 4 koaxial zu den Bohrungen 6 in der Kernscheibe 2 ausgebildet. Diese Art der Durchführungen sind gebräuchlich und nicht Gegenstand der Erfindung.

Statt in der in den Figuren gezeigten Ausbildung der Durchführungen an der Kenischeibe können die Durchführungen selbstverständlich beispielsweise auch in der Ringscheibe angeordnet sein, so wie dies aus der Druckschrift US 35 53 542 AI bekannt ist. Schließlich brauchen auch weder die Ringscheibe noch die Kernscheibe Bohrungen für elektrische Durchführungen enthalten, wenn diese Scheiben beispielsweise aus Aluminium bestehen und direkt als Kontaktflächen zur Herstellung der Außenanschlüsse dienen.

Die Ringscheibe 1 und die Kernscheibe 2 sind auf die aus Gummi bestehende Membran 4 aufvulkanisiert.

Der äußere Rand der Membran 4 weist eine verstärkte Ringwulst 5 auf, die in eine profilkomplementäre Ringnut einvulkanisierl ist, die in der Ringscheibe 1 ausgebildet ist. Diese Maßnahme dient der festeren radialen Verankerung der Membran 4 an der Ringscheibe 1, kann aber in der in Fig. 1 gezeigten Weise gleichzeitig dem Abdichten der Abdeckscheibe gegenüber dem Bechergehäuse 8 dienen. Das in der Fig. I gezeigte Kondensatorbechergehäuse 8 besteht aus Kunststoff und weist an seinem oberen Rand einen Außenflansch 9 auf. Das Bechergehäuse steht am Innenrand des Flansches 9 unter Bildung eines Ringsteges 7 zylindrisch über. Der Durchmesser des Ringsteges 7 des Bechergehäuses 8 ist gleich dem Durchmesser der an der Membran 4 angeformten Ringwulst 5 und gleich dem Durchmesser der in der Unterseite der aus Kunststoff bestehenden Ringscheibe 1 ausgebildeten Ringnut. Beim Aufpressen der Abdeckscheibe 1—5 auf den oberen Rand oder Ringsteg 7 des Bechergehäuses 8 wird also der Ringsteg 7 in die Ringwulst 5 aus dem gummielastischen Membranmaterial und in die Ringnut in die Scheibe 1 eingepreßt.

Dadurch wird ein hermetisches Abdichten des Inneren des Kondensatorgehäuses 8 erzielt.

Bei dem in Fig. I gezeigten Ausführungsbeispiel der Abdeckscheibe bestehen sowohl die Ringscheibe I als ί auch das Bechergehäuse 8 aus Kunststoff, so daß die geringfügig über die Ringwulst 5 radial hinausstehende Ringscheibe 1 zum Verschließen des Bechergehäuses mit dem Flansch 9 verschweißt werden kann. Andere Verschlußtechniker, insbesondere wenn das Beehergehäuse aus Aluminium besteht, stehen dem Fachmann selbstverständlich zur Verfugung.

Wenn in dem mit der Abdeckscheibe nach der Erfindung bestimmungsgemäß verschlossenen Kondensatorgehäuse ein Überdruck entsteht, wird die Kernscheibe 2 in Richtung des Pfeiles 10 (Fig. 1) unter elastischer Dehnung der Membran 4 nach axial auswärts angehoben. Durch dieses Anheben der Kernscheibe kann in an sich gebräuchlicher Weise eine Abreißsicherung oder ein anderer Mechanismus zum Abschalten des Kondensators betätigt werden. Bei weiter steigendem Druck im inneren des Kondensators, beispielsweise durch äußere Wärmeeinwirkung oder im Inneren des Kondensators einsetzende chemische Zersetzungsprozesse wird die Membran 4 so lange weitergedehnt, bis

-ϊ entweder die Durchführungen undicht werden oder die Membran im Bereich des Ringspaltes 3 so dünn wird, daß sie einzureißen beginnt. Dies führt zu einem relativ weichen Abblasen des Kondensators, also zu einem nicht explosionsartig verlaufenden Druckausgleich.

αϊ Die Grenzdrücke, bei denen das elektrische Abschalten des Kondensators, bzw. das Einreißen der Membran nach Art eines Überdruckventils ausgelöst werden sollen, lassen sich vom Kautschukfachmann ohne jede Schwierigkeit recht genau einstellen durch eine entsprechende Formulierung der zur Herstellung der Gummimembran 4 verwendeten Gummimischung und durch eine entsprechende Bemessung insbesondere der Stärke und der lokalen Dehnbarkeit der Membran 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Abdeckscheibe für ein becherartiges Kondensatorgehäuse, wobei die Abdeckscheibe aus einer äußeren Ringscheibe und einer inneren Kernscheibe besteht, die beide so durch eine nachgiebige Membran miteinander verbunden sind, daß die Kernscheibe gegenüber der bei bestimmungsgemäßer Verwendung mit dem Gehäuserand fest verbundenen äußeren Ringscheibe axial unter Verformung der Membran beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernscheibe (2) und die Ringscheibe (1) separate Teile sind, die durch einen Ringspalt (3) voneinander getrennt fest mit einer durchgehenden und gummielastisch dehnbaren flachen Membran (4) verbunden sind.

2. Abdeckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einem Elastomer besteht, auf das die Kernscheibe (2) und die Ringscheibe (1) aufvulkanisiert sind.

3. Abdeckscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand der Membran (4) als verstärkter Ringwulst (5) ausgebildet ist, der in eine komplementäre Ringnut in der Ringscheibe (I) eingreift, wobei der Ringwulst (5) zugleich als Dichtmittel für den Rand (7) des Kondensatorgehäuses (8) dient.