DE2350271A1

DE2350271A1 - Elektrischer kondensator mit einer auf ueberdruck ansprechenden abschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2350271A1
Application number: DE19732350271
Authority: DE
Inventors: Zdenek Dipl Ing Kysely
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-10-06
Filing date: 1973-10-06
Publication date: 1975-04-24
Also published as: SE7412485L; SE404456B; JPS5832484B2; IT1022514B; FR2246950A1; ATA799274A; FR2246950B1; AT360626B; GB1441507A; DE2350271B2; JPS5064761A

Description

R. 17 73

12.9-1975 Rs/Sz

Anlage zur
Patent-^tmdr
-Gebra^eli^sanrne ldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Elektrischer Kondensator mit einer auf Überdruck ansprechenden Abschaltvorrichtung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit einer Umhüllung, in dem ein Kondensatorelement und eine auf Überdruck ansprechende Abschaltvorrichtung angeordnet sind, bei der im Falle eines Überdruckes ein elektrischer Leiter unterbrochen

Bei bekannten Kondensatoren dieser Art erfolgt die Abschaltung dadurch, daß ein Stromkreis durch Ausnutzung einer Verformung des Gehäuses oder eines zusätzlichen Teiles unterbrochen wird, wie beispielsweise durch die Dehnung von Sicken infolge

509817/0456 "² "

Überdruckes in einem Metallgehäuse. Bei diesen bekannten Sicherheits-Abschaltvorrichtungen wird die Unterbrechung des Stromflusses also mittelbar durch Bauelemente bewirkt, deren Verformung mit einer beachtlichen Zeitverzögerung erfolgt. Es sind zusätzliche Bauteile und "konstruktive Maßnahmen erforderlich, v;elche das Kondensatorvolumen vergrößern und die Herstellung des Kondensators verteuern. Ferner besteht bei diesen bekannten Abschaltvorrichtungen die Gefahr, daß infolge der zeitlichen Verzögerung bis zum Ansprechen der Abschaltvorrichtung sich im Inneren des Kondensatorgehäuses ein derart hoher Druck aufgebaut hat, daß das Gehäuse trotz des Ansprechens der Abschaltvorrichtung noch so weit gedehnt wird, daß es platzt, wodurch erhebliche Folgeschäden entstehen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator mit einer Abschaltvorrichtung zu schaffen, Vielehe einfach und betriebssicher ausgebildet und von der Form und dem Material des Gehäuses unabhängig ist, und welche ferner eine sehr rasche irreversible Abschaltung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschaltvorrichtung durch eine Verformung des Kondensatorelenientes aufgrund inneren Überdruckes in dem Kondensatorelement selbst betätigbar ist. Die Unterbrechung des Stromflusses durch das Kondensatorelement erfolgt also unmittelbar durch Verformung des defekten oder überlasteten Kondensatorelementes, wodurch die zuvor beschriebenen Nachteile bei bekannten Abschaltvorrichtungen vermieden v/erden.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abschaltvorrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise so ausgeführt werden, daß das Kondensatorelement innerhalb eines Gehäuses derart angeordnet und/oder teilweise in eine fest Umhüllung . derart eingebettet ist, daß' eine definierte Zone an der Oberfläche des Kondensatorelemente.', entsteht, welche bei innerem Überdruck im Kondensatorelement zur Betätigung der Abschaltvorrichtung verformbar ist. Besonders gut

5 0 9817/0456'

eignen sich Kondensatoren, bei denen das eigentliche Kondensatorelement in Form eines Flachwickels oder mit einem geschichteten Dielektrikum ausgeführt ist, weil bei diesen Ausführungsformen eine günstige Verformungszone senkrecht zu den Flachseiten der gewickelten oder geschichteten Lagenoberflächen besteht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Abschaltvorrichtung aus einer spröden, im wesentlichen unelastischen, an der verformbaren Zone des Kondensatorelementc.3 anliegenden Isolierstoffplatte mit einer leitenden Metallauflage aus einer aufgedampften Metallschicht oder einer aufgeklebten Metallfolie besteht, welche beim Bruch .der Isolierstoffplatte unterbrochen wird. Hierbei ist es zweckmäßig, v/enn die Isolierstoffplatte zur Vermeidung praktisch jeder elastischen Verformung eine Kerbe oder Rille als Sollbruchstelle aufweist.

Der Einbau des Kondensatorelementes mit der Abschaltvorrichtung in das Gehäuse des Kondensators erfolgt mit Vorteil derart, daß die Abschaltvorrichtung unter Zwischenlage eines elastischen Materials durch eine feste Vergußmasse mit dem Kondensatorelement verbunden ist. Durch diese Einbauart wird gewährleistet, daß ausreichend Platz für die Verformung des Kondensatorelementes im Bereich der vorherbestimmten Zone besteht,· so daß die IsoiM^rstoffplatte mit ihrer Metallauflage in jedem Störungsfall bi.<- · ::n Bruch verformbar ist.

V/eitere Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden I3eüchreibung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Isolierstoffplatte mit Metallauflage und Sollbruchstelle,

Fig. 2 einen Flachwickel mit montierter Abschaltvorrichtung,

Fig. 5 die Auswölbung eines Kondensatorelementes auf seiner freien Flachseite,

509817/0456

Fig. k ein in einem Becher vergossenes Kondensatorelement entsprechend Fig. 2 mit einer Einlage aus elastischem Material im Bereich der Abschaltvorrichtung, und

Fig. 5 einen abgeschalteten elektrischen Kondensator entsprechend Fig. 4.

In P¹Ig. 1 ist mit 10 eine Isolierstoffplatte bezeichnet, mit einer schematisch dargestellten, streifenförmigen Metallauflage 11, deren eines Ende mit einem Kondensatoranschluß und deren anderes Ende mit einem Belag des Kondensators verbunden wird. Bei 12 ist eine Sollbruchstelle in der aus sprödem Material bestehenden Isolierstoffplatte 10 angedeutet, Vielehe eine elastische Verformung der Isolierstoff platte praktisch vollständig ausschließt.

Fig. 2 zeigt ein in Form eines Flachwickels ausgeführtes Kondensatorelement Ij5 mit drei Anschlußdrähten 14, 15, und 16. Die Anschlußdrähte lh und 16 bilden einen sogenannten vorbeigeschleiften Anschluß, der Anschlußdraht 15 ist bei einer Lötstelle 17 mit der Metallauflage auf der Isolierstoffplatte 10 verbunden. Die Metallauflao;e besteht aus einer aufgeklebten Metallfolie; statt dessen könnte jedoch auch eine Metallschicht als Metallauflage 11 auf die Isolierstoffplatte 10 aufgedampft sein. Bei dieser letztgenannten Aueführung ist schon bei sehr geringen Deformationen der Metallauf lage eine Unterbrechung des Strompfades gewährleistet. Die Anschlußdrähte l4, 15 und 16 sind an ihren freien Enden in Aussparungen 18 einer Halteplatte I9 eingefügt.

Fig« 5 zeigt die Aufwölbung eines Kondensatorelementes Ij5 auf seiner freien Flachseite 20 senkrecht zu den gewickelten Lagen'oberflachen des als Flachwickel ausgeführten Kondensatorelementes I5. Diese Abbildung könnte jedoch ebenso gut ein Kondensatorelernent mit einem geschichteten Dielektrikum darstellen, bei dem die Verformung ebenfalls an seiner freien Seitenfläche senkrecht zu den geschichteten Lagenoborflachen erfolgt.

— 5 509817/0456

Die bei innerem Überdruck entstehenden Kräfte sind durch Pfeile 21, 22, 2J und 24 angedeutet. Das Kondensatorelement ist jedoch innerhalb eines Gehäuses 25 mit seinen beiden Stirnflächen 26 und 27 und mit seiner linken Plachseite 28 derart in eine feste Kunststoff-Umhüllung 29 innerhalb des Gehäuses eingebettet, daß nur an der Plachseite 20 eine definierte Zone an der Oberfläche des Kondensatorelementes 15 entsteht, Vielehe bei innerem Überdruck im Kondensatorelement 15 zur Betätigung der Abschaltvorrichtung aus der

11 Isolierstoffplatte 10 und der Metallauflage/verformbar ist. Wenn das Gehäuse 25 hinreichend starr und stabil ausgebildet ist, so kann die Umhüllung 29 an den beiden Stirnflächen 26, 27 und an der linken Plachseite 28 auch entfallen. In diesem Fall, v/o das Gehäuse jedoch entweder aus Isolierstoff bestehen oder gegenüber dem Kondensatorelement IJ anderweitig isoliert sein müßte, würde allein das Gehäuse die Verformungskräfte auf drei Seiten auffangen und an der Plachseite 20 verbliebe wiederum eine definierte, verforrnbare Zone der Gesamtoberfläche des Kondensatorelementes 13 zur Betätigung der Abschaltvorrichtung 10, 11 bei innerem Überdruck im Kondensatorelement I3.

Pig. 4 zeigt ein im Gehäuse 25 in einer Kunststoffumhüllung 29 eingebettetes Kondensatorelement \~5, in der die Abschaltvorrichtung aus der Isolierstoffplatte 10 mit Metallauflage 11 unter Zwischenlage eines elastischen. Materials 30 eingebettet ist. Die Abschaltvorrichtung ist also/durch eine feste Vergußmasse mit dem Kondensatorelement I3 verbunden. Als elastisches Material kann ein beliebiger Schaumstoff mit geschlossenen Poren dienen, in den die Kunststoffmasse der Umhüllung 29 beim Eingießen oder Fanspritzen nicht eindringt, weil andernfalls die elastischen Eigenschaften des Schaumstoffes mindestens teilweise verloren gingen.

Die Abschaltvorrichtung besteht wiederum, wie insbesondere anhand von Fig. 2 erläutert, aus einer spröden, im wesentlichen unelastischen Isolierstoffplatte 10, welche dicht an der verformbaren Zone an der Plachseite 20 des Kondensatorelementes I3 anliegt. Das Kondensatorelement ist an allen Seiten außer im Bereich des elastischen

509817/0456

Materials 30 von der Kunststoff umhüllung 29 umgeben und somit gegen äußere Einflüsse, insbesondere durch Feuchtigkeit, gut geschützt. Mechanische Einflüsse_ werden sowohl durch das Gehäuse 25 wie auch durch die Umhüllung 29 von dem Kondensatorelement 15 ferngehalten. Das. elastische Material -JO wird zusammen mit der Isolierstoffplatte 10 mit Metallauflage 11 zweckmäßigerweise in einem gesonderten Arbeitsgang vor der Endmontage auf das Kondensatorelement aufgebracht. Im übrigen sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet.

Fig. 5 zeigt einen elektrischen Kondensator entsprechend Fig. H, jedoch nach dem Abschaltvorgang. Beim Entstehen des inneren Überdruckes im Kondensatorelernent 15 konnte sich dieses ausschließ] Loh in Pachtung seiner Flachseite 20 verformen, da die beiden Stirnflächen 26 und 27 sowie die linke Flachseite 28 durch die Kunststoff umhüllung 29 in ihrer Lage und ihrer Form fixiert sind. Die Isolierstoffplatte 10 ist durch das Ausweichen des Kondensatorelcmentes IJ in den Bereich des elastischen Materials JO im Bereich der Sollbruchstelle 12 gebrochen und hat die Metallauflage 10 und damit die elektrische Verbindung von der unteren Stirnfläche 27 des Flachwickels zum Anschlußdraht 15 unterbrochen. Kit Ausnahme des Abschaltbereiches entspricht die Darstellung in Fig. derjenigen in Fig. 4, weshalb die restlichen Einzelheiten nicht nochmals beschrieben zu werden brauchen.

Entsprechend dem zuvor Gesagten betrifft die Erfindung einen elektrischen Kondensator, insbesondere eine Abschaltvorrichtung für einen elektrischen Kondensator, die in eine fest· äußere Umhüllung eingebaute Kondensatorelemente von einer außen angeschlossenen, in den Abbildungen nicht dargestellten Spannungsquelle irreversibel abtrennt, wenn sich die Oberfläche des Kondensatorelementes infolge eines Defektes im Element oder einer elektrischen, thermischen Überlastung vergrößert, so daß eine Beschädigung des Gehäuses und eventuelle Folgeschäden verhindert v/erden. Die Erfindung gestattet eine nahezu beliebige Formgebung und Stoffauswahl für das Gehäuse des Kondensators, insbesondere können

- 7 -509817/0 456

Gehäuse aus duroplastischem Kunststoff verwendet werden, deren Verwendung zusammen mit den bekannten Abschaltvorrichtungen wegen der. fehlenden Verformbarkeit eines duroplastischen Kunststoffes ohne Beschädigung des Gehäuses nicht möglich war. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines elektrischen Kondensators mit einer Abschaltvorrichtung erreicht man eine sehr betriebssichere und wirtschaftliche Bauweise, da die Unterbrechung des durch das Kondensatorelemcnt fließenden elektrischen Stromes unmittelbar -urch mechanische Kinwirkung des Elementes selbst auf die Abschaltvorrichtung herbeigeführt wird. Bei einer infolge eines Materialfehlers, einer elektrischen oder thermischen Überlastung oder durch Alterung beginnenden Zerstörung des Dielektrikums im Inneren des Kondensatorelei-ientes wird sich dieses verformen, wenn nur dafür gesorgt ist, daß der Austritt der gasförmigen Zersetzungsprodukte in ausreichendem Maße verhindert wird und daß der Zerstörungsvorgang des Kondensatorelementes rascher verläuft als Gase aus dem"Kondensator austreten können. Bei dieser Verformung des Kondensatorelementes wird mindestens eine Wickelabmessung vergrößert, was zur Betätigung einer Abschaltvorrichtung ausgenutzt werden kann, wenn durch, geeignete Gestaltung und geeigneten Einbau des Kondensatorelementes der Ort, an dein diese Vergrößerung auftritt, vorausbestimmbar ist. Diese Bedingung ist vor "allem bei Kondensatoreienienten in Form von Plachwickeln und geschichteten Dielektrika besonders leicht erfüllbar, bei doncn auf den Flachseiten in -Richtung senkrecht zu den gewikkelten oder"geschichteten Lagenoberflächen der geringste Widerstand· gegen eine Auswölbung besteht. Daher treten besonders an diesen Flachsciten im·Zerstörungsfall des Kondensatorelementes Kräfte auf, die die Abschaltvorrichtung rasch-und sicher betätigen können.

509817/0456

Claims

Robert Bosch GmbH R. ' ^{7 7 3}

Stuttgart

Ansprüche

( 1.)Elektrischer Kondensator mit einer Umhüülung, in der ein Kondensatorelement und eine auf Überdruck ansprechende Abschaltvorrichtung angeordnet sind, bei der im Falle eines Überdruckes

ein elektrischer Leiter unterbrochen wird,, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (10, 11) durch eine Verformung des Kondensatorelernentes (15) aufgrund inneren Überdruckes in dem Kondensatorelement (13) selbst betätigbar ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß das Kondensatorelement (13) inner ha Ib. sines Gehäuses (25) derart angeordnet und/oder teilweise in eine feste Umhüllung (29)

derart eingebettet ist, daß eine definierte Zone (20) an der Oberfläche des Kondensatorelementes (13) entsteht, welche bei innerem Überdruck im Kondensatorelement zur Betätigung der Abschaltvorrichtung (10, 11) verformbar ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorelement (13) als Flachwickel ausgeführt ist und daß die Verformung an dessen einer Flachseite (20) senkrecht zu den gewickelten Lagenoberflächen erfolgt.

509817/0456

•fr ·

K. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat ore leine nt mit einem geschichteten Dielektrikum ausgeführt ist und daß die Verformung an dessen einer Flachseite (20) senkrecht zu den geschichteten Lagenoberflächen erfolgt.

5· Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung aus einer spröden, im wesentlichen unelastischen, an der verformbaren Zone des Kondensatorelementes (13) anliegenden Isolierstoffplatte (lo) mit einer leitenden Metallauflage (11) besteht, welche beim Bruch der Isolierstoffplatte (1O) unterbrochen wird.

6. Kondensator nach Anspruch 5.» dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflage (11) aus einer aufgedampften Metallschicht besteht.

7. Kondensator nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflage (11) aus einer aufgeklebten Metallfolie besteht.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 5 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffplatte (10) eine Sollbruchstelle (12) aufweist.

- 10 -

5 0 9817/0456

9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (10, 11) unter Zwischenlage eines elastischen Materials (3>0) durch eine feste Vergußmasse mit dem Kondensatorelement (IJ)) verbunden ist.

10. Kondensator nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß als
elastisches Material (j50) ein Schaumstoff mit geschlossenen
Poren dienb. /

509817/0456

AA

Leerse ite