DE2352333A1

DE2352333A1 - Gewickelter elektrischer kondensator

Info

Publication number: DE2352333A1
Application number: DE19732352333
Authority: DE
Inventors: Colin Williams
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1972-10-18
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS4993857A; NL7314144A; IT1003148B; FR2204026B1; AU476062B2; AU6105773A; FR2204026A1; GB1401347A

Description

Mappe 23336 - Dr.K/hö
Case P.25873

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LTDi London/Großbritannien

Gewickelter elektrischer Kondensator

Priorität; 18.10.72 und 9·2.73 - Großbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf gewickelte elektrische Kondensatoren.

Ein gewickelter elektrischer Kondensator besitzt im allgemeinen ein paar elektrisch leitender Elektroden^ die durch einen dazwischen angeordneten isolierenden dielektrischen Abstandhalter auf Abstand gehalten werden_s wobei die Elektroden und der Abstandhalter die Form von länglichen Bahnen aufweisen₉ die gemeinsam unter Bildung einer Zusammenstellung

mit einer in wesentlichen zylindrischen Form gewickelt sind. Dieser Ausdruck umfasst nicht nur richtige kreisförmige Zylinder, sondern auch jede Struktur, die durch eine parallel zu sich selbst bewegte grade Linie erzeugt wird und mit ihren Enden irgendeine geschlossene Kurve beschreibt. Kondensatoren dieser Art wurden mit einer Schutzhülse umgeben, die dadurch gebildet wird, dass man einige Windungen eines Polyäthylenstreifens rund um den Kondensator -v/ickeIt und den Streifen an Ort und Stelle fest schrumpft, damit die Kondensatorwicklung g^pgen das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen aus der umgebenden Atmosphäre abgedichtet wird.

Ein Problem, das bei der Herstellung von gewickelten Kondensatoren angetroffen wird und das durch die Verwendung von Schutzhülsen der erwähnten Art nicht zufriedenstellend beseitigt wird, ist der Einschluss von Lufttaschen zwischen benachbarten Schichten der Kondensatorwicklung, was zur Folge hat, dass die elektrische Festigkeit des Kondensators merklich verringert wird, die Corona-Startspannung herabgesetzt wird, und der Kondensator zu einem vorzeitigen Zusammenbruch ' ■ und zu einer verkürzten Gebrauchslebensdauer neigt. Dips^ös Problem ist vermutlich zumindest im gewissen Ausmaß das Ergebnis der hohen Reibungskräfte und dpr fehlenden Gleitfähigkeit 'zwischen benachbarten Schichten der Wicklung« Man kann diesem Problem teilweise dadurch beikommen, dass man die Gleiteigenschaften der- Wicklungsmateriallen verbessert, beispielsweise durch äi? Einverleibung von

Gleitmitteln, v;ie z.B. teilchenförmigen Siliziumdioxid, oder durch Prägen ein oder mehrerer der Schichten. ■ Die Imprägnierung des Kondensators mit einem dielektrischen Fluid wird ebenfalls angewendet, um das Auftreten von Lufttaschen zu verhindern, aber es ist im allgemeinen erwünscht, den Kondensator einer thermischen Stabilisierungsbehandlung zu unterer fen, während der der Kondensator erhitzt wird, und zwar gewöhnlich unter Vakuum, um die eingeschlossene Luft zu entfernen.

Es wurde nunmehr eine verbesserte KondensatorZusammenstellung gefunden, welche die Entfernung von eingeschlossener Luft erleichtert.

So wird also gemäss der Erfindung ein gewickelter elektrischer Kondensator vorgeschlagen, der mindestens ein paar elektrisch leitender Elektroden, einen dazwischen angeordneten isolierenden dielektrischen Abstandhalter und eine gespannte Hülse aufweist, wobei die Elektroden und der Abstandhalter miteinander zur Bildung der Kondensatorwicklung gewickelt sind und wobei die gespannte Hülse die Wicklung umgibt. Der gewickelte elektrische Kondensator ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Abstandhalter aus'einem länglichen thermoplastischen Polymerfilmstreifen besteht, der (1) eine!., thermische Schrumpfung in Längsrichtung von 5»0 - 10'$ und (2) ein Verhältnis von thermischer Schrumpfung in der Längs»

richtung zu thermischer Schrumpfung im rechten Winkel hierzu von 1,7:1 bis Io:1 aufweist, und daß (b) die Hülse (1) sich über mindestens 75* der freien Oberfläche der Kondensatorwicklung erstreckt und (2) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens den l,02-fach°n des Abstandhalters aufweist, wobei die genannten thermischen Schrumpfungen wie vielter unten definiert bestimmt sind.

Wenn von der "Längsschrumpfung" der Hülse gesprochen wird, dann betrifft dieser Ausdruck die thermische Schrumpfung in Umfangsrichtung rund um die Mantelfläche des Kondensators, für d^n Fall, dass eine Hülse in Form einer zylindrischen Hülle rund um die Kondensatorwicklung gezogen ist, wie auch die thermische Schrumpfung entlang der Länge eines kontinuierlichen Materialfilms oder Materialstreifens, der als Hülse in Form sich überlappender Wicklungen aufgebracht ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten elektrischen Kondensators, welches dadurch ausgeführt wird, dass man gemeinsam mindestens ein paar elektrisch leitender Elektroden mit einem dazwischen angeordneten dielektrischen Abstandshalter wickelt, wobei die Elektroden und der Abstandshalter gemeinsam die Kondensatorwicklung darstellen ₉ die Wicklung in eine ther-

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mische, schrumpfbar? Hülse einbringt und'hierauf die mit einer Hülse versehene..Wicklung thermisch wie weiter unten definiert stabilisiert. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daft

(a) der Abstandshalter aus einem ländlichen thermoplastischen Polymerfilmstreifen besteht, der (1) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von 5,0 - 10 % und· (2) ein Verhältnis von thermischer Schrumpfung in der Längsrichtung zur thermischen Schrumpfung im rechten Winkel hierzu von 1,7:1 bis 10:1 auf vielst, und daß

(b) die Hülse (1) sich über mindestens 75% der freien Oberfläche der Kondensatorwicklung erstreckt und (2) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens dem 1,02-fachen des Abstandshalters aufweist, v/obei die genannten thermischen Schrumpfungen wie weiter unten definiert ' bestimmt sind.

Die thermische Stabilisierung der gewickelten Kondensatorzusammenstellung umfasst eine Erhitzung der Zusammenstellung auf eine Temperatur, bei der restliche Feuchtigkeit und okkludierte Luft aus der Zusammenstellung ausgetrieben werden. Die Stabilisierungstemperatur richtet sich nach dem dielektrischen Material und nach der gewünschten Länge des Stabilisierungszykluses. Sie

ο liegt aber gewöhnlich im Bereich von 100 - l4ö C. Bei

-6-

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Temperaturen ist d.ie Stabilisierungszeit übernässip; lang, und aus"ⁿrd°n kann dl«³ n°v;iinsch"i:p thermische rchrump.fur.g nicht erreicht werden, während bei höheren T^mporatur^n eine Z^rsptzunn und/oder e'.np übprmässige Ouprschrunpfunn cips dielektrischen Abstandhal-ters stattfinden kann. Die StabilisierunrntPnperatur wird deshalb so ausgewählt, daP dif n^v/ünscht^n Druckkräfte innerhalb ^inpr zv;pckTia3G-!2;"n Zeit g-^f ^r>n diplPktrischpn Abstandshalter ohn^a Schaden der elektrischen Eigenschaften von letzteren aunneüht v;ez°den. Es ist erv.nlnscht, dass die rtabiÜGierun^ ir. '-ι^νΛ^τ als 10 Htunden, vorzup;sv,^iQisp innerhalb 5 stunden, zu Ende ist. Für einen Kondensator. nit einen dieipktrisch«n Abstandshalter aus einem Polypropylenfiln lie^pj^ sweckm'insir;p Sta.bilisierun^stemperaturen im Bereich von Io5 bis 125⁰C Die Stabilisierung kann gpp;ebenenfalls unter verminderten Druck, beir.p1 eisweise bei 0,01 mm Kp; bis 1 mn Up;, ausgeführt werden. Die Längsschrur.pfunr¹; des aus einem dielektrischen Film bestehenden Abctandshalters \iird an einem Filmstreifen mit etwa Io mm Breite und 30 mm Länr;e gemessen, der aus einer Filmrolle herausgeschnitten ist, so daß die Längsachse des Streifens mit der Extrusionsrichtung des filmbildenden Materials, das ist also die Waschinenrichtung, zusammenfällt. Dann werden zwei Bezugslir.ien auf dem Streifen in einem bestimmten Abstand D markiert, und hierauf wird ein Ende des Streifens in einem Halter befestigt, von dem aus der

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Streifen frei ohne Spannung herabhängt. Der Streifen mit dem Halter wird dann 15 iiinut^n in einen Ofen eingebracht, der auf die Temperatur gehalten wird, bei der der aus dem zu prüfenden Film 'hergestellte Kondensator thermisch stabilisiert wird, beispielsweise 1150c im Fall einer- P-olypropylen-Abctandhalters. -q±_p streck« zwischen den Bezugs-Ijnien auf dem geschrumpften Streifen wird dann bestimmt, und die prozentuale Schrumpfung wird dann durch die folgende Formel (D-d)lOO/D bestimmt. Die thermische Liingsschrumpfung des Hülsenmater j als wird dann in 'ihnlicher Weise und auch die Querschrumpfung des Abstandshalterstreifens wird bestimmt, ausser daß im letzteren Fall ein Streifen so ausgewählt wird, daß seine Längsachse im rechten Winkel zur Extrusionsrichtung des TiImbildenden Materials verläuft.

Beim Wickeln des Kondensators werden, der dielektrische Abstandshalterstreifen und die Hülse, sofern ein Filmstreifen für diesen Zweck verwendet wird, so angeordnet, daß die Längsrichtung oder die Maschinenrichtung des Filmstreifens, der die Hülse bildet, mit einer Tangente zum axialPn Kern, um den der Kondensator gewickelt wird, zusammenfällt oder dazu parallel verläuft.

Es wurde gefunden, daß dielektrische Abstandshalter mit einer thermischen Liingsschrumpfung, wie sie oben definiert wurdp, von 5>0 bis 10£ einen annehmbaren Kontraktionsgrad

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ergeben und dabei die Wicklung während der thermischen Stabilisierung verdichten, so daß eingeschlossene Luft aus der Wicklung ausgetrieben wird. Eine unzureichende Kontraktion wird bei niedrigeren thermischen Schrumpfungen erhalten, während Werte von mehr als 10$ nur wenig zusätzliche Luft auspressen und nur eine geringe Verbesserung der elektrischen Eigenschaften ergeben. Vorzugsweise werden dielektrische Abstandshalter mit einer thermi;sehen Längsschrumpfung von 5,5$ bis 8,5% unter den angegebenen Bedingungen verwendet.

Zweckmässigerweise wird im Falle eines Kondensators mit einem metallisierten Film oder einer verlängerten Folie eine elektrische Verbindung mit dem Kondensator durch die übliche Technik hingestellt, bei der eine Metallschicht oder ein Belag auf-eine=¹ Jede der Endflächen des Kondensators aufgespritzt oder durch Beschichten aufgebracht wird. Alternativ kann ein elektrischer Kontakt mit Hilfe von axial eingeführten Verbindungslaschen hergestellt -werden» Zur Vermeidung einer Unterbrechung des aufgespritzten P'iPtallbelags während einer zyklischen Erwärmung des Kondensators beim Normalgebrauch und/oder zur Vermeidung eines Kapazitätsverlustes während der thermischen Stabilisierung des Konclensator-s durch übermässlge Schrumpfung d°s Abstandshalters »in Querrichtung .> d»h₀ parallel zur Achse der Wicklung;, sollfcs die thermische Schrumpfung des Abstandshalter in Querrichtung kleiner sein als diejenige in Längsrichtung, Kin annehmtav-es Verhalten wird mit Einern

4OiS 18/0SSg =9- ■

Verhältnis von thermischer Längsschrumpfung zu thermischer Querschrumpfung, wie sie oben definiert wurde, von 1,7:1 bis Io:1 erreicht. Vorzugsweise wird ein Schrumpfungsverhältnis von 1,75:1 bis 2₉5^:1 verwendet.

Thermoplastische Polymerfilme, die sich für die Verwendung als dielektrische Abstandshalter in den erfindungsgemäßen Kondensatoren eignen, sind Filme, die aus irgendeinem thermoplastischen Material hergestellt werden, das die gewünschten elektrischen Eigenschaften und thermischen Schrumpfungseigenschaften aufweist und durch irgendeine, herkömmliche FiImherstselXungsteehnik in einen Film verarbeitet werden kann. Geeignete Materialien sind beispielsweise Polycarbonate, Polysulfone, Polyester, wie a.B. Eolyäthylenterephthalat und Polyäthyleri-l,2-diphenoxyäthan-ⁱl,ⁱ}-"dicarboxylat sowie" Polyolefine. Ein bevorzugtes Material ist ein hochmolekulares„ stereoregulärss, überwiegend kristallines Polymer von Propylen, und zwar entweder in der Form eines Homopolymers, oder fitisehpolymerisiert mit kleineren Mengen (beispielsweise bis su 15 Gewichtsprozent_s bezogen auf das Gewicht des'Mischpolym©rs) anderer ungesättigter Monomere_a wie ZoB» Äthylen.

Filme werden in geeigneter Weise aus diesem Material in irgendeiner üblichen Weise hergestellt, beispielsweise durch Walzen_s Extrudieren^ Pressen, Lösungsmittelgießen, oder Schmelzgießen. Sie werden vorzugsweise auch durch

Strecken des Films orientiert, um seine Festigkeit zu verbessern. Ein besonders geeigneter Film wird dadurch hergestellt, daß man Polypropylen in Form eines Schläuchs aus" einer Ringdüse schmelzextrudlert, den Schlauch durch das sogenannte "Blasenverfahren" zur Einführung einer 'Quer-■ orientierung aufbläst und gleichzeitig den Schlauch in Längsrichtung dfehnt um den Film in Längsrichtung zu orientieren. Der orientierte Film wird dann durch einen Thermoflxierungsvorgang gegen thermische Schrumpfung stabilisiert, bei welcher der Film, während er unter Spannung gehalten wird, auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkte des Films erhitzt wird.

Thermoplastische Filme, die sich als elektrische Abstandshalter in den erfindungsgemässen Kondensatoren eignen, variieren in ihrer Dicke von *i - ca. 50 u . Zur Erleichterung der Einarbeitung der Filme in Kondensatoren wird jedoch eine Filmdicke zwischen ungefähr 6 und 15 H bevorzugt.

Gegebenenfalls können die Gleiteigenschaften des Filmabstandshalters und die Imprägnierungseigenschaften eines daraus gewickelten Kondensators dadurch verbessert werden, daß man im Film 0,01 bis 1- Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Films _% eines inerten, teilchenförmigen, dielektrischen Materials-mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 5 μ .dlspergiert, so daß auf mindestens <=iner Oberfläche Vorsprünge gebildet werden, wie es in der GB-ΡΛ Ilol2/?1 beschrieben ist. Alternativ

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kann der Film durch eine Prägetechnik oder durch selektives Schrumpfen von Teilen des Films mit Oberflächen vorsprüngen versehen werden.

Der dielektrische Filmabstandshalter kann auch irgendwelche Zusätze enthalten, die normalerweise in thermoplastischen Filmen_s welche für die elektrische Industrie vorgesehen sind_s verwendet werden. Beispielsweise kann der Filmabstandshalter ein Antioxidationsmittel und/oder ein Anticorrosionsmittel, wie z.B. Caleiumsterat, enthalten»

Die elektrisch leitenden Elektroden des Kondensators können die Form einer Folie ₉ wie z.B. aus Aluminium oder Zinn, aufweisen. Jedoch ist bei einer bevorzugten Ausführungs-form der Erfindung die elektrisch leitende Elektrode mit dem dielektrischen Abstandshalter in Forsr. eines metallisierten Filmstreifens oder einer metallisierten Filmbahn integriert_? 'wodurch der Zusammenbau des Kondensators erleichtert wird» weil nämlich die Verwendung eines gesonderten Abstandshalters wegfällt ο Regenerative, oder selbstheilende Kondensatoren sind normalerweise von dieser Art/

Jeder der oben erwähnten Filme kann durch eine Metallisierung! technik metallisiert werdenj,damit er in den erfindungsgemiißen Kondensatoren gleichseitig als elektrisch leitende Elektrode ur.d Abctandshalter verwendet v/erden kann ο Das Metallisieren wird "in geeigneter Weise durch eine Vakuumabscheidungstechnik bewirkt j bei welcher ein Metall_s wie z.B. Aluminiu, Zink_s

Silber, Gold oder Nickel, auf die Oberfläche eines Films aufgedampft wird, der sich in einer unter Hochvakuum gehaltenen Kammer befindet, um eine Metallschicht auf die Filmoberfläche abzuscheiden. In geeigneter Weise wird die Filmoberfläche vor der Metallisierung chemischen oder physikalischen Behandlungen unterworfen, wie z.B. einer Oxydation mit Mineralsäure oder einer Behandlung durch eine Corona-Entladung, um damit die Haftung der Metallschicht auf dem Filmsubstrat zu verbessern. Zwar wird eine Corona-Entladungsbehandlung für die Verbesserung der Bindeeigenschaften der Filmoberfläche bevorzugt, aber diese Behandlung induziert auf der Filmoberfläche eine elektro-statische Ladung. Es ist -erwünscht, diese Ladung zu entfernen," um sowohl die Handhabung des Films vor der Metallisierung zu'*erleichtern als auch das Auftreten von Verbrennungen oder Spuren, welche als "Baummuster'¹ bezeichnet werden, auf der Oberfläche des Films zu vermeiden. Diese Muster werden vermutlich durch die Entladung der Restladung durch eine absorbierte Luftschicht hindurch erzeugt, die üblicherweise mit der Filmoberfläche assoziiert ist.-Demgemäß wird es bevorzugt, daß der durch Entladung behandelte Film vor der Metallisierung entstatisiert wird, beispielsweise dadurch, daß man einen Strom ionisierter Luft gegen die aufgeladene Oberfläche des Films richtet. Der Film kann anschließend einem Vakuum ausgesetzt werden, und zwar in geeigneter V/eise dadurch, daß man den FiIn durch eine evakuierte Kammer zieht, wodurch Verunreinigungen entfernt werden, die auf der Filmoberfläche vorhanden sein können.

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Die Dicke der metallisierten Schicht beträgt zweckmäßig 5 bis 5o nm, und zwar insbesondere für Aluminium 7 bis 1*1 nm und für Zink 2o bi3 Ho nrn. Ein mit Aluminium oder Zink metallisierter Polypropylen-Film ist·eine bevorzugte Kombination aus Elektrode und Abstandshalter.

Eine Elektroden/Abstandshalter-Kombination kann natürlich gegebenenfalls aufgerauht werden, beispielsweise dadurch, daß man ein teilchenförmiges dielektrisches Material einverleibtoder daß man eine Prägung durchführt, wie dies weiter oben beschrieben wurde.

Die Hülse ergibt durch Schrumpfung, bei der Kondensatorstabilisierungsteir.peratur eine Komprimierung d'er Kondensatorwicklung, wodurch das Auspressen von·Luft und Feuchtigkeit zwischen benachbarten Schichten der Wicklung erzielt wird, insbesondere zwischen den äußersten Schichten, welche aufgrund der verringerten Anzahl der übereinander gelegten Schichten kleineren Druckkräften ausgesetzt sind, als sie auf die innersten Schichten der Kondensatorwicklung ausgeübt werden. Die Hülse muß deshalb dazu fähig sein, in Umfangsrichtung um einen Betrag zu schrumpfen, der ausreicht, die gewünsohten Druckspannungen hervorzurufen. Es wurde festgestellt, daß eine aus einem Materialstreifen gewickelte Hülse mit einer thermischen Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens dem l_so2-fachen der Schrumpfung des dielektrischen Abstandshalters, wie sie oben definiert wurde, nötig ist. Vorzugsweise v/ird ein Hülsenstreifen mit einer thermischen Längsschrumpfung zwischen dem I,o5~ und

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2,5-fachem derjenigen des Abstandshalters verwendet. In der Praxis wird es bevorzugt, eine Hülse mit einer thermischen Längsschrumpfung nicht über 15% zu verwenden.

Eine thermische Querschrumpfung der Hülse, d. h. eine Schrumpfung in einer Richtung parallel zur Achse des Kondensators, übt natürlich keine wesentlichen Druckkräfte auf die Wicklung aus, sondern dient lediglich dazu, die axialen Abmessungen der Hülse zu verringern.

Die Hülse sollte eine ausreichende Festigkeit aufweisen, daß die gewünschten Druckkräfte ohne Reißen der Hülse ausgeübt werden.

Um außerdem sicherzustellen, daß die Hülse durch eine thermische Ausdehnung der Kondensatorwicklung während der thermischen Stabilisierung derselben nicht übermäßigen Spannungen ausgesetzt wird, sollten das Hülsenmaterial und das Material des dielektrischen Abstandshalters so ausgewählt werden, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Hülsenmaterials zumindest gleich und vorzugsweise größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des dielektrischen Abstandshal'termaterials. Dieser Bedingung wird in einfacher Weise dadurch genügt, daß man das gleiche polymere Material sowohl für den dielektrischen Abstandshalter als auch für die Hülse auswählt.

Um ein ausreichendes Auspressen von Luft und Feuchtigkeit aus dem Raum zwischen benachbarten ^Schichten der Kondensator-

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wicklung zu erzielen, sollte sich die Hülse über mindestens 75% der freien Oberfläche der Kondensatorwicklung, das ist die Mantelflache ohne die geraden Endflächen des Kondensators, erstrecken.' Vorzugsweise sollte sich jedoch die Hülse über die gesamte freie Oberflüche der Wicklung, ausschließlich der Endflächen, erstrecken.

Die Hülse kann die Form einer zylindrischen Hülle aufweisen, die axial auf den gewickelten Kondensator gezogen und anschließend an Ort und Stelle durch Schrumpfen befestict wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch die Hülse dadurch hergestellt, daß man eine längliche Bahn um den Kondensator in der Wicklungsrichtung desselben wickelt und-die freien Enden der Hülsenbahn mit der vorhergehenden Lage der Bahn durch irgendein zweckmäßiges Mittel, beispielsweise durch einen Klebstoff oder durch die Verwendung

eines darübergelegten Klebebands, verbindet.

Die axialen Abmessungen der Hülsenwicklung können denjenigen der Kondensatorwicklung entsprechen, oder die Hülse kann mehrere schmalere Wicklungen aufweisen, die im Abstand oder aneinanderstoßend entlang der Kondensatorachse angeordnet sind.

Geeigneterweise wird' die Hülse aus ircendeinem unmetallisierten, thermoplastischen polymeren Film mit den erforderlichen Schrumpfungseigenschaften hergestellt. Im Falle eines Abstandshaltern und einer Hülse aus einen Polypropylenfilm können die gewünschten Schrumpfungseigenschaften dadurch erhalten werden,

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daß man die bei der Herstellung des Films verwendeten Bedingungen, insbesondere die Bedingungen bei der Thernofixierung des· Films, entsprechend wählt. So kann die Schrumpfung durch eine geeignete Einstellung der Temperatur, auf welche der Film während der Thermofixierung erhitzt wird, oder durch eine entsprechende Wahl des Betrags, um welchen der Film während der Thermofixierung entspannen oder schrumpfen gelassen wird, entsprechend eingestellt werden. Schrumpfbare Filme können auch durch andere bekannte Techniken hergestellt werden, beispielsweise dadurch, daß man Filme mit verhältnismäßig hohen Verstreckverhältnissen orientiert oder daß man Filme bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen orientiert, in-dem man beispielsweise die Schulter eine Filmblase in einem Schlauchfilfiherstellungsverfahren d'er in der GBPS 954 25^ angegebenen Art abkühlt. Bei diesem Verfahren wird ein Filmschlauch durch Aufblasen eines thermoplastischen Schlauchs hergestellt, welcher eine verhältnismäßig hohe Radialfestigkeit aufweist.

Zweckmäßigerweise wird der Schlauch aus dem gleichen polymeren Material hergestellt, aus welchem auch der dielektrische Abstandshalter besteht, wodurch sichergestellt wird, daß der Schlauch und der dielektrische Abstandshalter elektrisch miteinander verträgliph sind, in etwa identischenTemparaturbereichenstabil sind und, wie oben beschrieben, ein annehmbare» Verhältnis der thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Beispielsweise wird in erwünschter Weise ein Polypropylenfilm auf einem Kondensator verwendet, in ■ v.-elchem der dielektrische Abstandshalter aus einem Polypropylenfilm besteht.

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Da die Metallisierung die Tendenz besitzt, den Film weiter zu thermofixieren, xvodurch die thermische Schrumpfung des Films verringert wird, wird insbesondere sin Kondensator gemäß der Erfindung zweckmäßig aus"einem metallisierten dielektrischen Filmabstandshalter und aus einer Hülse eines unmetallisierten_s aber ansonsten identischen Films hergestellt»

'Di® Dicke des Hülsenmaterials ist nicht kritisch, aber eine als Wicklung aufgebrachte Hülse wird zweckmäßig aus einem Filmstreifen mit einer Dicke innerhalb des Bereichs hergestellt, der oben für den dielektrischen Abstandshalter angegeben ist. Vorzugsweise besitzt»"der Hülsenfilmstreifen die gleiehe Dicke wie der dielektrische Abstandshalter.

Wenn ©ine Hülse, in Form einer Wicklung aufgebracht wird, dann nrnß der HÜXsenstreifen üblicherweise eine solche Länge aufweisen, daß der den Kondensator mindestens zweimal umgibt, um die gewünscht® Druekkraft zu erzielen. Vorzugsweise beträgt die Anzahl'der Windungen in d@2» Hülse Io bis 5o, je nach der Dicke des Hülsenstreifenmat@rials.

Zwar ist die Hülsenherstellungstechnik der Erfindung besonders auf trockene Kondensatoren anwendbar, aber sie kann gegebenenfalls auch auf Kondensatoren angewendet werden, die mit einem geeigneten dielektrischen Imprägnierungsmittel imprägniert sind. Mit "ImpräGnierungsmittel" ist irgendein fluides Imprägnierungsmittel gemeint_sdas üblicherweise in der elektrischen Industrie

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verwendet wird. Beispiele f^flr Imprägnierungsmittel sind Mineralöl, Rizinusöl, 3a«rswollsamenöl_sSilikonöl, chlor.ierte Diphenyle und Polybuten» Unter Druck stehende Gase, wie zum Beispiel trockener Stickstoff oder·Schwefelhexafluorid, können ebenfalls verwendet werden. Natürlich sind die üblichen Imprägnierungstechniken auch für die Imprägnierung der erfindungsgemäßen Kondensatoren geeignet, wobei die Hülse vorzugsweise vor der Imprägnierung aufgebracht wird. Eine thermische Stabilisierung des Kondensators •sollte natürlich nach der Imprägnierung durchgeführt werden.

Für imprägnierte Kondensatoren wird es bevorzugst, daS das Hülsenmaterial solcherart ist, daß es im Vergleich zu der durc' den dielektrischen Abstandshalter absorbierten Imprägnierunf jmittelmenge die optimale Menge an Imprägnierungsmittel abt »rbiert, wodurch es ermöglicht wird, daß die Hülse bei der Schrumpfung- die maximale Druckkraft ausübt und eine wirksame Konsolidierung der imprägnierten Kondensatorwicklung hervorruft. So kann eine Polyester-Hülse gemeinsam mit einem dielektrischen Abstandshalter aus einem Polyester verwendet werden.

•Die-Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele 1-6

Eine Reihe von elektrischen Kondensatoren, jeweils für 2'io V Wechselstrom geeignet und mit einer Kspasität von 2,5 al\ wurde dadurch hergestellt, daß auf einem rohrförmigen PclyproDylen-

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kern mit 9 shb Durchmesser etwa 2oo Windungen eines Paars metallisierter biaxial orientierter Polypropylen-Filme aufgewickelt wurde_s wobei jeder Polypropylen-Film ο^l Gewichtsprozent l,3_s5-trimethyl-2,'*_a6-tris (3^! ,5'-di-tbutyl-JJ'-fciydroxybenzyD-feenzol als Antioxidationsmittel uaä. ©,1 Gei-iiehtspro zerrt Calciumstearat als Antikorrosions = mittel enthielt= Die Streifen waren etwa 75 mm breit und 8 μ dick= Auf ihnen war eine Aluminiumschicht von etwa

Io nrn* Dlelse abgeschieden< > Ein jeder der Polypropylen-Filme besaß eine thermische' Schrumpfung in Längsrichtung oder Maschinensdehtung und isn rechten Winkel hierzu verlaufenden Richtungj äas ist die Querrichtung^ wenn er ungespannt 15 Minuten in ©inen Ofen von 115 C eingebracht x^urde_s wie es in der beigefügten Tabelle angegeben ist.. Dann wurde, eine Reihe in ätollcher Heise hergestellter Kondensatoren mit einer äarüber geuiekelten Hülse versehen₀ dig aus 35 Windungen unmetallisiertes^ ab©? ansonst©n identischein_s biaxial orientiertem Polypropylenfilm mit 8 ψ Dicke und 75 nun Breite bestand _s wobei der FiIm.*eine thermische Schrumpfung aufwies, wie sie in der beigefügten Tabelle angegeben isto Das freie Ende der darüber gewickelten Wicklung wurde ,an di® unmittelbar·' vorhergehende Schicht 4er Hülse befestigt _a und zwar mit Hilfe eines 'gelegten, für- elektrische Zwecke geeigneten

Die mit^elner Hülse versehenen (Beispiele 1-3) und die nieht irtit einer Hülse versehenen (Beispiele §- 6) Kondensatoren wurden thermisch stabilisiert, indem sie vier Stunden in einen Luftofen mit 115°C eingebracht wurden. Die thermisch stabilisierten Kondensatoren wurden dann mit aufgespritzten End-

- 2ο -

verbindungen versehen und zyklischen Dauertests gemäß B.S. lJoi7bei 315 V Wechselstrom und 85⁰C unterworfen und'swar Bk Zyklen lang. Der Kapazitätsverlust als Folge dieser Versuche ist für jeden einseinen Kondensator in der beigefügten Tabelle angegeben.

Tabelle

Beispiel	Thermische Schrumpfung	Quer- richtg (TD) %	Hülse	Schrumpfungsverh.	LD Hülse:	Kapa- 71 ■ K · B «.
	Abst.Halter		Längs- richtg (LD) %	LD Abst.Halt.:	LD Abst.H	verlust %
1	Längs- richtg. (LD) %	2,5	.sitzt* nicht fest	TD Abst.Halt.: t	-	7,o
2	2,5	-V	*	1,67 f	-	5,o
3	5,5	2,5	t! X	2,2	-
	7,5		6,0	2,5	1,09
5			8_To	2,2	1,15	1,K
6	5^ .	8_?e	2,2 . .	ljO7	o,5
⁷J⁵	2,5 '

x) Vergleichsversuche, nicht

er findunjrs gemäß

Beispiele 7 - m

Eine Reihe von mit einer Hülse versehene·· Kondensatoren, jeder für *»*!o V Wechselstrom ausgelegt und mit einer Kapazität siit 3,5uF wurde durch das Verfahren von Beispiel k hergestellt, wobei etwa Ί00 Windungen eines metallisierten

1 8 / O 8 9 S

Polypropylenfilms verwendet wurden, der chemisch mit demjenigen von Beispiel 4 identisch war, außer, daß die Filmgrundlage eine Dicke von 13 u aufwies«. Jeder Kondensator wurde mit einer darüber-gewickelten Hülse versehen, die aus 16 Windungen eines unmetallisierten, biaxial orientierten Polypropylenfilms bestand _s der chemisch identisch mit demjenigen von Beispiel ¹S war, aber eine Dicke von 13 U aufwies.

Die Kondensatoren wurden dann zyklischen Dauertests ausgesetzt,, wie es in B.S. 4ol7 beschrieben ist«, Es wurden 55o ¥ Wechselstrom und 85⁰C verwendete Der Kapazitätsverlust der einseinen Kondensatoren als Folge dieser Versuch® ist in der beigefügten Tabelle zu seheho

Tabelle

φ •Η a m •ei -Ä	Thermische Schrumpfung	lter I Quer- richtg! (TD) %	Hülse Längs- richtg. (LD) ■ %	Schrumpfungsverho	LD Hülse: LD ÄbstoH	Kapazitäts-	nach 15 Zykl. %
7	Abst.Ha Längs- richtg. (LD) %.	I^	β_?ο·	LD Abst.Halt.: TD Abst»Halt=:		nach 15 Zyklo %
8	2_?o	1,1		1/43	4^2	off. Strom kreis	-
9	2_yo	3,1		1,43	■ I,o9	f!	24,2
Io	5*5	3,1	8,1	1,77	1^53	6,4	19,7
11	5,5.	Si	8,4	1,77	I,o5	6_S3	12,2
89Ο	1;95	5,7

Nach einigen Testzyklen waren die Kondensatoren, welche einen dielektrischen Abstandshalter niedriger Schrumpfung (Beispiele 7 und 8) aufwiesen, vollständig zusammengebrochen, da sie offene Stromkreise ergaben. Der Teöt wurde deshalb nach 15 Zyklen abgebrochen. Nach *J2 Zyklen zeigten die verbleibenden Kondensatoren nur einen vertretbaren Kapazitätsverlust, wie es in der Tabelle zu ersehen ist.

Beispiele 12 bis 16

Das Verfahren von Beispiel 11 wurde wiederholt, und eine Reihe von Kondensatoren wurde aus dem mit Aluminium beschichteten dielektrischen Polypropylen-Abstandshalter her-

r gestellt, der ein® thermische Längsschrumpfung von 8$ und eine thermische Querschrumpfung von ²I₄I? aufwies«, Der Kondensator wurde mit dem unir.etallisierten Polypropylenhülsen- . material" umwickelt, das eine thermische Längsschrumpfung von B_sh% aufwies. Die Anzahl der Windungen des Hülsenmateriais wurde allmählich durch die Reihe erhöht. Die' beim Testen eines jeden Kondensators durch das Verfahren von Beispiel 11 erhaltenen Resultate sind in der beigefügten'Tabelle angegeben«

9818/Ö89g

Tabelle

Beispiel	- Hülse	Kapazitätsverlust	Nach 77 Zykl.
	Anzahl der Windun	Nach 42 Zykl.	■%
	gen	%	-
12	16'	12,2
13	32	9,3	-
1Ü	64	7,3	13,3
15	96 '	5,8
16	128	V

Die obigen Resultate zeigen die Verringerung des Kapazitätsverlustes, die dadurch erhalten wird_s daß die Anzahl ..der Wicklungen in der darungewiekelten Hülse erhöht wird.-

Beispiel 17

Kondensatoren, die gemäß Beispiel 12 hergestellt waren_s aber eine darüber gewickelte Hülse aus 2^ Windungen des Hülsen· materials anstelle der 16 Windungen von Beispiel 12- aufwieset^ wurden einem kontinuierlichen Langzeittest gemäß dem Standard 252 der International Electrotechnical Commission unterworfen« Nach einer Testzeit von 500 Stunden bei Mo V und 85⁰C war der durchschnittliche Kapäzitätsvcrlust dieser Kondensatoren

409 8

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*=>, ί»> f· C^₁

ή, cj·' ν* &·

Beispiel l3

Kondensatoren₉ die gemäß Beispiel 17 hergestellt waren_a aber 96 Windungen in der darübercewickelten Hülse anstelle der 2H Windungen von Beispiel 17 aufwiesen _ΰ wurden einem kontinuierlichen Langgeitiest unterworfen₅ wie si· in Bei- spiel ty definiert ist» Nach 5oo Stunden dauernder Prüfung bei 475 ^ und 85°C war der durchschnittliche Kapasitä'csverlust l_t6%.

9818/0891

Claims

- 25 Patentansprüche;

Gewickelter elektrischer Kondensator_s bestehend aus mindestens einem Paar elektrisch leitender Elektroden^, einem dazwischenliegenden isolierenden dielektriochen Abstandshalter und einer gespannten Hülse, wobei die Elektroden und der Abstandshalter zuj· Bildung der Kondensatorwicklung gewickelt wird und wobei die Hülse die gespannte Wicklung umgibt, dadurch gekennzeichnet daß

a) der Abstandshalter aus einem länglichen thermoplastischen Polymerfilmstreifen besteht_s der (1) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von 5j>o - lo$ und (2) ein Verhältnis von thermischer Schrumpfung in der Längsrichtung zu thermischer Schrumpfung im rechten Winkel hierzu von 1^7:1 bis lo:l aufweist_s und daß

b) die Hülse (1) sich über mindestens 75 % der freien Oberfläche der KondensafcorwicklunG erstreckt und (2) ein® thermische Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens dem 1502-fachen des Abstanbhalters aufweist,

. Kondensator nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet_s daß die thermische Längsschrumpfung des dielektrischen Abstandshalter 5 τ 8,5% beträgt«

3. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2„ dadurch gekennzeichnet, daß der .Abstandshalter ein Verhältnis von thermischer Längsschrurnpfung zu thermischer Querschrumpfung von I,75:1 bis 2,5:1 aufweist. 4 09818/0898

^i. Kondensator nach einer; der vorhercehendcn Ansprüche _s dadurch gekennzeichnet, daß er eine Abstandshalter/ Elektroden-Kombination in For En sines metallisierten polymeren Films aufweist»

Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüch dadurch gekennzeichnet _s daß der- Abstandshalter aus ei Film aus einen kristallinen Polypr-opylen-KomopolyKer oder einem Mischpolymer¹ von Propylen mit bis zu 15 Gev/ichts Prozents besogen auf das Gsi-.dcht des ^Mischpolymers _s eines ungesättigten Comonomers_P besteht„

6ο Kondensator nach einem der 'voT'hQ^gßhBuä'sn- Ansprüche _s dadurch gekennssichnötp- daß die Hüls® sine thermische Längs-' schr-idRipfung von dem i.oS*= bis 2_Β5"^&^β^©^η derjenigen des Abstandshalters aufweist=

7· Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche_s dadurch gekennseichnet₂ daß die Hülse und der dielektrische Abstandshalter aus dem gleichen polymeren Material bestehen.

8, Verfahren zur Herstellung eines gewickelten elektrischen Kondensators., bei welchem zusammen mindestens ein Paar elektrisch leitender Elektroden mit einem dazwischenliegenden dielektrischen Abstandshalter gewickelt vierden_s wobei die Elektroden und der Abstandshalter.zusammen die Kondensatorwicklung bilden ₃ die Wicklung in eine thermisch schrumpfbar© Hülse eingebracht wird ima die mit der³ Hüls-g v& Wicklung thermisch stabilisiert wird, dadurch gekgnnssichnet,daß

409818/083$

a) der Abstandshalter aus einem länglichen thermoplastischen Polymerfilinstreiferi besteht_s der (1) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von 5^o - io% und (2) ein -Verhältnis von thermischer Schrumpfung in der Längsrichtung zur thermischen Schrumpfung im rechten Winkel hierzu von 1_S7-1 bis Io:1 aufweist_a und daß

b) die Hülse (1) sich über mindestens 75$ der freien Oberfläche der Kondensatorwicklung erstreckt und

(2) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens dem l^oS-fachen des Abstandshalters auf-

■ y

Yerfahren n@,eh Anspruch 8_a dadurch gekennzeichnet_s daß als Abstandshalter ein Film aus einem kristallinen Polypropylen-Homopolymer oder aus einem Propylen-Misch-

poXymer mit bis zu 15 Gewichtsprozent ■> bezogen auf das Ge des Piisehpolymers_D eines ungesättigten ■ wird»

Ioο Verfahren naeh Anspruch 9₀ äaäurch gekennzeichnet_s daß der Kondensator bei einer Ten
125⁰C thermisch stabilisiert wird

daß der Kondensator bei einer Temperatur von Io5° bis