DE2407803A1 - Gewickelter folienkondensator - Google Patents

Description

ILLINOIS TOOL WORKS INC.

8501 West Higgins Road Chicago. Illinois 60631/USA

Hamburg, den 14. Februar

Gewickelter Folienkondensator

Auszug

Ein Foliehkondensator ist um seine Anschlußdrähte gewickelt, so daß wenigstens drei Lagen eines dielektrischen Materiales schichtartig zwischen den Elektrodenlagen eingeschlossen sind, wobei querverlaufende Teile der Elektroden und drei Lagen von Dielektrikum zwischen axialen Teilen der Anschlußdrähte vorgesehen sind. Eine der dielektrischen Lagen ist ein kurzes, relativ dickes thermoplastisches Material, das nach Erwärmung zusammenschrumpft, um die Drähte in festem Eingriff mit den

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Elektrodenlagen zu fixieren. Die relativ dicke dielektrische Einlage gibt außerdem einen Schutz gegen Kurzschlüsse in der Mitte des Kondensators.

Gewickelte Folienkondensatoren mit einer Vielzahl abwechselnd eng gewickelter Lagen von Elektroden- und Plastikfolienmaterial als Dielektrikum werden allgemein benutzt. Eine gute Anbringung der Drähte an solchen Kondensatoren stellt jedoch ein Problem dar. Bekannte Befestigungsverfahren für die Drähte konzentrieren sich auf das Befestigen der Drähte an den Enden des Kondensators durch Löten od. dgl.. Eine andere Methode zum Vorsehen von Anschlußdrähten für Wickelkondensatoren besteht in der Anbringung von Anschlußlaschen in- den Windungen des Kondensators. Dieses Verfahren erfordert normalerweise das Verankern von Drähten an den Elektroden auf irgendeine Weise.
In jüngerer Zeit wurden Versuche unternommen, einen Kondensator um seile Anschlußdrähte zu wickeln. Beispiele für eine
solche Technik zeigen die US-Patentschriften 3 229 174 und
3 638 086. Bei einer Technik, die die Anschlußdrähte als
Wickeldorne benutzt, beispielsweise gemäß den erwähnten US-

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Patentschriften, ist es wichtig, eine Anordnung oder eine Vorrichtung vorzusehen, mit der sowohl die Leitungsdrähte gegenüber den Elektroden fixiert werden, als auch Kurzschlüsse zwischen den Leitungsdrähten verhindert werden, da diese normalerweise eng benachbart im Zentrum des Kondensators angeordnet sind.

Der in der US-PS 3 638 086 beschriebene Kondensator ergibt sich hauptsächlich durch Heißschrumpfen eines Dielektrikums, um ein deformiertes axiales Längsstück eines jeden Anschlußdrahtes , um eine relative Drehung oder eine axiale Bewegung zwischen den Drähten zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung schafft einen gewickelten Folienkondensator, der durch Wickeln verschiedener Lagen von Elektroden- und Dielektrikummaterial um zwei Anschlußdrähte hergestellt wird. Die Verwendung der Anschlußdrähte als Wickeldorne dient dazu, die Größe eines solchen gewickelten Folienkondensators zu verringern. In einer Art und Weise, die der Technik ähnlich ist, die einen Kondensator auf glatten Teilen von Anschlußdrähten wickelt und danach die Anschlußdrähte axial zum Kondensatorkörper bewegt,-um deformierte Teile vorzusehen, um die der Kondensator fixiert

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werden kann, fixiert die vorliegende Erfindung die Drähte in ihrer Stellung durch die Verwendung einer kurzen, relativ dicken thermoplastischen Einlage, deren Hauptfunktion darin liegt, eine mechanische Fixierung durch Gebrauch ihrer Wärmeschrumpfeigenschaften vorzusehen. Der Gebrauch einer solchen Einlage erlaubt es daher, die anderen Lagen von Dielektrikum so dünn wie möglich auszuführen, bzw. diese mit anderen erwünschten elektrischen Eigenschaften zu versehen, ohne daß diese die Eigenschaft haben müssen, eine feste mechanische Fixierung des Kondensators vorzusehen.

Der erfindungsgemäße, verbesserte Kondensator ist äußerst vielseitig, da eine Vielzahl von Folienkombinationen verwendet werden kann, um spezielle elektrische Eigenschaften zu erreichen. Zusätzlich kann bei einem Filmfolienkondensator entweder Aluminium oder Zinn in Kombination mit einer oder mehrerer solcher Folien wie Polyester, Polypropylen, Polystyrol, Polykarbonat oder Kombinationen von diesen verwendet werden.

Da der verbesserte Kondensator wenigstens drei Dicken von Dielektrikum zwischen der Elektrodenfolie und den Anschlußdrähten benutzt, kann dieser kritische Bereich des Kondensators

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daher höhere Temperaturen zulassen, wie sie beispielsweise bei der Anschlußverlötung erreicht werden. Zusätzlich wird durch die Anwesenheit der thermoplastischen Einlage die Möglichkeit zur KurζSchlußbildung durch Zerreißen des relativ dünnen Dielektrikums herabgesetzt, die sich bei einer Relativbewegung der Drähte gegenüber dem Kondensatorkörper zu deren Festlegung ergibt.

Es ist demzufolge Zweck der Erfindung, einen Kondensator vorzusehen, der um die Anschlußdrähte gewickelt ist und der einen weiten Bereich elektrischer Eigenschaften ermöglicht.

Ein anderer Zweck der Erfindung ist es, einen Kondensator vorzusehen, der um die Drähte gewickelt ist, wodurch gesonderte Wiekeldorne vermieden werden, und der eine Lage eines thermoplastischen Materiales von relativ kurzer Länge besitzt und dessen Warmeschrumpfeigenschaft benutzt, um die Drähte gegen relative Bewegungen im.Kondensator zu sichern, wobei der als Dielektrikum verwendete gewickelte Film hauptsächlich nach seinen elektrischen Eigenschaften ausgesucht sein kann.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung is.t die Schaffung

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eines gewickelten Filmkondensators, in dem ein extrem dünner dielektrischer Streifen verwendet werden kann und der die Möglichkeit besitzt, deformierte Teile der Anschlußdrähte durch Anwendung von Wärme durch den Gebrauch eines relativ dicken thermoplastischen Einsatzes zu fixieren, wobei der Einsatz zwischen den Anschlußdrähten vorgesehen ist und wenigstens teilweise um diese gewickelt ist.

Diese und andere Zwecke und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erhalten, in der wenigstens drei Dicken von Lagen dielektrischen Materiales zwischen zwei Elektrodenlagen und zwei Anschlußdrahten angeordnet sind. Die eine Lage von Dielektrikum besitzt eine verhältnismäßig kurze Länge und einen verhältnismäßig dicken Querschnitt, um eine mechanisdie Fixierung der Anschlußdrähte in dem Kondensator zu ergeben, während der dielektrische Film so dünn wie möglich sein kann.

Die Fig. 1,2 und 3 zeigen Querschnitte mit der Anordnung der verschiedenen Folien und der dielektrischen Lagen (vergrößert) des Kondensators in ihrer relativen Lage zueinander und die Anschlußdrähte: vor dem Wickeln, nach einer halben Umdrehung und nach einer vollen Wickelumdrehung.

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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Kondensators mit Darstellung des Versiegeins und Abschneidens der äußeren dielektrischen Lage und mit Darstellung der Länge des Plastikeinsatzes.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Kondensator unmittelbar nach dem Wickelvorgang.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht gemäß Fig. 5 auf den Kondensator, nachdem die Anschlußdrähte zurückgezogen worden sind und das Dielektrikum warmegeschrumpft worden ist.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, besteht der erste Wickelschritt bei der Herstellung eines Kondensators 10 in der Anordnung zweier thermoplastischer dielektrischer Filmstreifen 12 und 14 in Sandwichanordnung zwischen zwei Folienstreifen 16 und 18. Ein relativ kurzer, dicker thermoplastischer Einsatz 20 wird ebenfalls zwischen den Elektrodenstreifen 16 und 18 angeordnet. Die Elektrodenstreifen können eine unterschiedliche Breite aufweisen, die jedoch kleiner ist als die Breite der thermoplastischen dielektrischen Streifen 12 und 14. Zwei längliche Anschlußdrahtglieder 22 und 24 werden auf entgegengesetzten Seiten der Material-

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lagen 16, 20,12, 14 und 18 angeordnet und in einem nicht dargestellten Wickelkopf montiert, der sie um eine gemeinsame Achse rotiert, so daß die Lagen in der Weise gemäß den Fig. 2 und 3 gewickelt werden. Fig. 2 zeigt die Stellung der verschiedenen Lagen, nachdem die Anordnung um etwa eine halbe Umdrehung gedreht worden ist. Fig. 3 zeigt die relative Lage der Lagen, nachdem die Anordnung um eine volle Umdrehung gedreht worden ist.

Das Wickeln des Kondensators in der dargestellten Weise kann fortgesetzt werden, bis die gewünschte Länge von Folien 16 und 18 gewickelt ist, und danach kann einer der dielektrischen Streifen 12 als äußere Umhüllung verlängert werden. Diese äußere Umhüllung kann verschweißt werden unter Benutzung einer kombinierten Warmschweiß- und Schneidschiene 28, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Nach Fertigstellung und Verschweißen der Wicklung besitzt der Kondensator das Aussehen gemäß Fig. 5, wobei Fig. 4 den Querschnitt eines solchen Kondensators darstellt. In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, daß der relativ dicke dielektrische Einsatz 20 einen Querteil besitzt, der sich zwischen den Anschlußdrähten 22 und 24 erstreckt und in

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geeigneter Weise, wenigstens 270° um den Umfang eines jeden Anschlußdrahtes gewickelt ist. Der Zweck dieser Anordnung wird später erläutert;

Nach dem Wickelvorgang können Teile 22b und 24b der Kondensatordrähte deformiert werden, damit sie einen nichtkreisförmigen Querschnitt ergeben, ähnlich der Lehre der US-PS 3 638 086. Die Teile 22a und 24a werden axial relativ zueinander in Richtung der Pfeile in Fig. 5 gezogen, damit die deformierten Teile in den Kondensatorkörper 26 hineingebracht werden. Der Kondensatorkörper 26 wird dann über einen begrenzten Zeitraum erwärmt, vorzugsweise entsprechend der Zeit und Temperatur, die notwendig- ist, um den Schrumpfeinsät ζ 20 zu veranlassen, die Anschlußdrähte in dem Körper 26 zu fixieren. Das Schrumpfen dient außerdem dem Ausschluß von Luft zwischen den Lagen und dazu, die Folienlagen 16 und 18 in engen elektrischen Kontakt mit den Anschlußdrähten zu bringen. Fig. 6 zeigt den Kondensatorkörper 26,nachdem er geeigneter Wärme zum Schrumpfen der Lage 20 ausgesetzt wurde. Teile 30 des Kondensatorkörpers sind mit reduziertem Durchmesser dargestellt, wodurch dargestellt ist, daß die Breite des thermoplastischen dielektrischen Materiales etwas größer ist als die Breite des Elektrodenmateriales.

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Es ist ersichtlich, daß, wenn die Technik der Verschiebung· der Anschlußdrähte relativ zum Körper, nachdem der Körper um diese gewickelt worden ist, angewendet wird, die Gegenwart des relativ dicken Einsatzes 20 dazu dient, die Möglichkeit zu verhindern, daß deformierte Teile der Anschlußdrähte die Folie und das dünne Dielektrikum zerreißen und daß dadurch Kurzschlüsse in diesem kritischen Bereich erzeugt werden. Der thermoplastische Einsatz 20 dient daher dazu, die mechanisch feste Fixierung des gewickelten Kondensators vorzusehen, und zu verhindern, daß diese Aufgäbe durch das dielektrische Filmmaterial 12 und 14 wahrgenommen werden muß. Es muß daher bei der Entwicklung eines Kondensators kein Kompromiß dergestalt vorgenommen werden, daß das dielektrische Material des Kondensators besondere Struktureigenschaften aufweisen muß. Die Lagen 12 und 14 können daher so dünn wie möglich sein, damit die Kapazität pro Volumen vergrößert wird.

Typischerweise kann der Einsatz 20 aus Polypropylen mit einer Dicke von 25 bis 1OQ tausendstel Millimeter (1 bis 4 mil) bestehen. Seine Breite kann größer sein als die der Folienelektroden, jedoch nicht notwendigerweise größer als die des dielektrischen Filmes. Seine Länge kann so kurz sein, wie

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erforderlich ist, um beide Anschlußdrähte im wesentlichen zu umwickeln, und ist vorzugsweise lang genug, um wenigstens um 270° des Umfanges jedes Drahtes gewickelt zu sein, damit durch die Wärmeschrumpfeigenschaft des Einsatzes eine feste Sicherung der Drähte in dem Kondensatorkörper erreicht wird.

Da der dicke Einsatz 20 besonders dazu vorgesehen ist, die Drähte ausreichend im Kondensator zu fixieren und den Kondensator gegen Kurzschluß zu schützen, kann eine große Vielzahl von Materialien als Dielektrikum benutzt werden. Beispielsweise kann Polykarbonatfilm und Polyesterfilm in verhältnismäßig dünnen Streifen zusätzlich zu Polypropylen, Plystyrol oder anderen verfügbaren Filmmaterialien verwendet werden. Zinnfolien wurden bisher in Kondensatoren bevorzugt, in denen Warmeschrumpfen^: zum Fixieren des Dielektrikums benutzt wurde, da Zinnfolien schneller und leichter auf den Druck des Warmschrumpfens reagieren. Da jedoch nun die Wärmeschrumpfeigenschaften einer solchen Fixierung durch die Verwendung des Einsatzes 20 verbessert werden, kann nun auch Aluminiumfolie benutzt werden.

Erfindungsgemäß wird nun ein Filmkondensator geschaffen, der um seine Drähte gewickelt ist und eine solche Konstruktion

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aufweist, daß die Fixierung und der Schutz gegen Kurzschlüsse durch einen thermoplastischen Einsatz erreicht wird, während die dielektrischen Filmstreifen lediglich auf Grund ihrer elektrischen Eigenschaften ausgesucht werden. Obwohl die Erfindung an spezifischen Ausführungsbeispielen dargestellt ist, ist es ersichtlich, daß verschiedene Alternativen, Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Alle solche Änderungen und Abwandlungen fallen unter die folgenden Ansprüche.

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Claims (6)

1. . P. a t e η t a η s ρ: r ü c h e. :

   ( 1.J Gewickelter Kondensator mit einer Vielzahl abwechselnder Lagen von Elektrodenstreifen und dielektrischen Streifen, die um zwei Anschlußdrähte gewickelt sind, wobei jeder Anschlußdraht einen wesentlichen Querteil zweier verschiedener Elektrodenstreifen berührt, wobei axiale Teile der Anschlußdrähte im Mittelpunkt des Kondensators durch Lagen der beiden Elektrodenstreifen und wenigstens drei Lagen dielektrischen Materiales getrennt sind, wobei die Elektrodenstreifen in der Mitte des Kondensators durch diese drei Lagen dielektrischen Materiales getrennt sind, von denen eine ein Querteil eines Streifens warmschrumpfbaren thermoplastischen Materiales von einer Länge ist, die kleiner ist als die Länge der anderen zwei dielektrischen Streifen.
2. 2. Kondensator nach Anspruch/ 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ kurze Länge thermoplastischen Materiales dicker ist als die anderen zwei dielektrischen Streifen.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Streifen von Dielektrikum aus Polyesterfilm bestehen.

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4. 4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Streifen von Dielektrikum aus Polykarbonatfilm bestehen.
5. 5. Gewickelter Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Streifen von Dielektrikum mit einem sich längserstreckenden Teil wenigstens um 270° des Umfanges eines jeden Anschlußdrahtes gewickelt ist, um die Drähte fest im Kondensatorkörper zu fixieren, wenn das Dielektrikum Wärme ausgesetzt wird.
6. 6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der axialen Erstreckung eines jeden sich quer zu den Elektrodenstreifen erstreckenden Anschlußdrahtes von nichtkreisförmigem Querschnitt ist, um die Drähte im Kondensatorkörper zu fixieren, wenn der kurze schrumpfbare dielektrische Streifen Wärme ausgesetzt wird.

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