DE2352333A1 - Gewickelter elektrischer kondensator - Google Patents
Gewickelter elektrischer kondensatorInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01G4/32—Wound capacitors
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Description
Mappe 23336 - Dr.K/hö
Case P.25873
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 werdens 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 gpgen 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. Dipsös 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
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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
ohna 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 Gewichtsprozents bezogen auf das Gewicht des'Mischpolym©rs)
anderer ungesättigter Monomerea wie ZoB» Äthylen.
Filme werden in geeigneter Weise aus diesem Material in irgendeiner üblichen Weise hergestellt, beispielsweise
durch Walzens 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
409818/0898 -"-■
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
Filmens welche für die elektrische Industrie
vorgesehen sinds 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 Metalls wie z.B. Aluminiu, Zinks
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.
409813/0898
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 lso2-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
9818/0898
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-
409818/0898
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 unmetallisiertens 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
gemeintsdas üblicherweise in der elektrischen Industrie
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verwendet wird. Beispiele fflr Imprägnierungsmittel
sind Mineralöl, Rizinusöl, 3a«rswollsamenölsSilikonöl,
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-
A09818/0898
kern mit 9 shb Durchmesser etwa 2oo Windungen eines Paars
metallisierter biaxial orientierter Polypropylen-Filme aufgewickelt wurdes wobei jeder Polypropylen-Film ο^l
Gewichtsprozent l,3s5-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^urdes 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 identischeins 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.
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 | 8To | 2,2 | 1,15 | 1,K | ||
6 | 5^ . | 8?e | 2,2 . . | ljO7 | o,5 | |
7J5 | 2,5 ' |
x) Vergleichsversuche, nicht
er findunjrs gemäß
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
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 | 2yo | 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 | 6S3 | 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.
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
Bsh% 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
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 wirds daß die Anzahl ..der
Wicklungen in der darungewiekelten Hülse erhöht wird.-
Kondensatoren, die gemäß Beispiel 12 hergestellt warens
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
= (S Ι
*=>, ί»>
f· C^1
ή, cj·' ν* &·
Beispiel l3
Kondensatoren9 die gemäß Beispiel 17 hergestellt warena
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
lt6%.
9818/0891
Claims (1)
- - 25 Patentansprüche;Gewickelter elektrischer Kondensators 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 daßa) der Abstandshalter aus einem länglichen thermoplastischen Polymerfilmstreifen bestehts 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 aufweists und daßb) 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 ls dadurch gekennzeichnets 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 ComonomersP 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 2Β5"^&β^©η derjenigen des Abstandshalters aufweist=7· Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüches 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 vierdens 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,daß409818/083$a) der Abstandshalter aus einem länglichen thermoplastischen Polymerfilinstreiferi bestehts der (1) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von 5^o - io% und (2) ein -Verhältnis von thermischer Schrumpfung in der Längsrichtung zur thermischen Schrumpfung im rechten Winkel hierzu von 1S7-1 bis Io:1 aufweista und daßb) die Hülse (1) sich über mindestens 75$ der freien Oberfläche der Kondensatorwicklung erstreckt und(2) eine thermische Schrumpfung in Längsrichtung von mindestens dem l^oS-fachen des Abstandshalters auf-■ yYerfahren n@,eh Anspruch 8a dadurch gekennzeichnets 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 PiisehpolymersD eines ungesättigten ■ wird»Ioο Verfahren naeh Anspruch 90 äaäurch gekennzeichnets daß der Kondensator bei einer Ten
1250C thermisch stabilisiert wirddaß der Kondensator bei einer Temperatur von Io5° bis
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