DE2549940B2 - Selbstheilender elektrischer Kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstheilenden elektrischen Kondensator mit einem metallischen Gehäuse, worin ein Kondensator-Wickel sitzt, der als Dielektrikum dienende Kunststoffbänder und ausheilfähig dünne Metallschichten als Belage aufweist und dessen Stirnflächen jeweils mit einer die Metallschichten eines Belags kontaktierenden, leitenden Stirnkontaktschicht versehen sind, mit an den Stirnseiten des Wickels vorgesehenen Isolierkappen, die den Wickel gegen das Gehäuse isolierend halten, und mit zwei mit den Stirnkontaktschichten leitend verbundenen Anschlußdrähten, von denen einer einen als Abreißsicherung ausgebildeten Abschnitt aufweist, die bei Formänderung des Gehäuses infolge unzulässig hohem Innendruck die Stromleitung durch diesen Draht unterbricht

Bei einem bekannten Kondensator dieser Art (DE-OS 21 26 399 oder DE-OS 23 50 272) ist der Kor.densatorwickel ebenfalls durch zwei Isolierkappen am oberen und unteren Ende des Wickeis im Gehäuse zentriert und gegen die metallische Gehäusewandung isoliert Die Isolierkappen bestehen dabei üblicherweise aus Kunststoff, der im Falle einer Temperaturerhöhung im Kondensatorgehäuse und insbesondere beim Austritt von geschmolzenem Kunststoff aus dem Kondensatorwickel keine sichere Isolation zwischen der Gehäusewand und der durch die Einlagerung von Metallpartikeln leitfähigen Kunststoffschmelze gewährleistet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstheilenden elektrischen Kondensator mit einem Wickel, der eine ausheilfähig dünn, metallisierte Kunstoffolie besitzt, zu schaffen, bei dem eine sichere Abschaltung gewährleistet ist

Es ist bekannt, daß sich beim Ausfall eines Kondensators, dessen Wickel metallisierte Kunststoffolie enthält, leitfähige Schmelzprodukte bilden, die in der ersten Phase des Abschaltvorganges in dem Wickel dicht eingeschlossen bleiben. In einer zweiten Phase erreichen die Schmelzprodukte eine Temperatur, bei der es zur Zersetzung des Dielektrikums kommt Es bilden sich Gase und der innere Druck in dem Wickel steigt so weit an, daß beim Vordringen der Schmelzprodukte zur Außenwand des Wickels die leitfähigen, geschmolzenen Kunststoffprodukte explosionsartig herausgedrückt werden können. Hierbei entsteht häufig ein Kurzschluß innerhalb des Kondensatorgehäuses, wodurch die eingebaute Abschaltvorrichtung unwirksam wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Kondensator der eingangs genannten Art zwischen den Stirnkontaktschichten und den Isolierkappen jeweils ein die Stirnfläche des Wickels überdeckendes Metallteil eingefügt ist. Hierdurch erreicht man, daß an den Stirnflächen, an denen der Austritt der leitfähigen Schmelzprodukte besonders stark auftritt, ein Vordringen derselben zur Gehäusewand weitgehend verhindert wird. Ein Schmelzen oder eine Verformung der Isolierstoffkappen wird durch das Metallteil zumindest so lange verhindert, bis die Abschaltvorrichtung angesprochen hat.

Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Metallteil als Blechkappe ausgebildet ist, welche eine öffnung zu dem von dem Winkel nicht ausgefüllten Gehäuseinnenraum hin frei läßt. Durch die öffnung können einerseits die Anschlußdrähte zum Wickel geführt werden und andererseits ermöglicht die öffnung einen Druckausgleich innerhalb des Gehäuses. Durch einen Druckanstieg im oberen Gehäuseteil zwischen oberer Wickelstirnfläche und Gehäusedeckel erfolgt die beabsichtigte Verformung des Gehäuseoberteils, wodurch der die Abschaltvorrichtung bildende Abreißdraht unterbrochen und der Kondensator abgeschaltet wird.

Das Metallteil hat vorteilhafterweise wenigstens einen rippen- oder sickenförmigen, zur Stirnkontaktschicht des Wickels hinweisenden Vorsprung, der vorzugsweise radial verläuft. Dadurch entstehen neben der oder den Rillen Kanäle, durch die sich ein eventuell vorhandener Überdruck aus dem Wandraum zwischen dem Wickelmantel und dem Gehäuse in dem oberen Teil des Kondensatorgehäuses ausgleichen kann. Durch den bzw. die Vorsprünge ist ohne zusätzliche Maßnah-

men eine betriebssichere und besonders einfache und preiswerte Kontaktierung des Kondensatorwickels an seinen Stirnkontaktschichten möglich.

Schließlich hat es sich noch als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen dem Gehäusemantel und der Mantelfläche des Wickels eine thermisch und elektrisch isolierende Zwischenlage eingefugt ist-, welche zusammen mit den Isolierkappen den Wickel allseitig gegen das Gehäuse isoliert Diese Zwischenlage soll sich möglichst dicht an die äußeren, axial verlaufenden Wandabschnitte der Isolierkappen anschließen, so daß beim Eindringen von leitfähiger Kunststoffschmelze in den Mantelraum des Wickels auch in diesem Bereich ein Kurzschluß zum Gehäuse hin verhindert wird. Beim Ausfall des Kondensators verhindert die Metallkappe den direkten Austritt des geschmolzenen Dielekirikums in den oberen Teil des Kondensatorgehäuses; die Schmelze wird wenigstens teilweise in den Wandraum umgeleitet, wo sie sich aufgrund der auch dort vorhandenen Zwischenlage nicht schädlich auswirken kann.

Die Erfindung wird anhand der Abbildungen in der folgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen elektrischen Kondensator mit Befestigung der Anschlußdrähte an den Stirnkontaktschichten des Wickels und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen elektrischen Kondensator entsprechend Fig. i mit einer abgewandelten elektrischen Wickelkontaktierung.

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen elektrischen Kondensator dargestellt, welcher in einem becherförmigen Gehäuse 10 untergebracht ist. Das Gehäuse 10 besteht aus Aluminium und kann in zwei Bereiche unterteilt werden: Einen hohlzylindrischen Unterteil 11, welcher einen Wickel 12 aufnimmt, und einen darüberliegenden Expansionsraum 13, der sich beim Entstehen eines inneren Überdruckes durch Aufweitung von zwei Sicken 14 vergrößert Hierbei wird der Deckel 15 und mit ihm das eine Ende eines Abreißdrahtes 16 nach oben bewegt, während das andere Ende des Abreißdrahtes 16 an der unteren Stirnfläche der Wickel 12 festgehalten wird. Der Abreißdraht 16 reißt im Bereich einer Sollbruchstelle 18 und unterbricht den Strom durch den Kondensator.

Der Wickel 12 besteht aus metallisierter Kunststoffolie, wobei die einzelnen Lagen in der Schnittdarstellung schematisch angedeutet sind. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich das Dielektrikum teilweise aus Papier aufzubauen, ohne daß die Konstruktion ihre Vorteile einbüßt

Auf die beiden Stirnflächen 19a und 196 des Wickels 12 sind elektrich leitende Stirnkontaktschichten 20a und 70b aufgebracht, mit deren Hilfe die beiden Kondensatorbeläge an den seitlichen Rändern ihrer Metallschichten kontaktiert sind. Ein Anschlußdraht 21 ist im Bereich einer Lötstelle 22 auf der oberen Stirnkontaktschicht 20a befestigt, der Abreißdraht 16 ist mittels einer Lötstelle 23 an der unteren Stirnkontaktschicht 206 kontaktiert und mechanisch befestigt.

Die Isolation zwischen dem metallischen Gehäuse 10 und dem Wickel 12 ist mehrteilig aufgebaut. Am Boden des topfförmigen Gehäuses 10 ist zunächst eine Isolierstoffscheibe 24 eingelegt, auf der eine untere Isolierkappe 25 sitzt, welche den Wickel 12 gegenüber dem Gehäuse zentriert und isoliert An die aus Kunststoff bestehende Isolierkappe 25 schließt sich als Isolation im Bereich des Wickelmantels eine Isolierstoff-Zwischenlage 26 an, an deren oberenem Ende eine zur Isolierstoffkappe 25 spiegelbildlich angeordnete Isolierkappe 27 sitzt Die Isolierkappen 25 und 27 haben zumindest in ihrem mittleren Bereich Durchbrüche zum Hindurchführen der Anschlußdrähte 16 und 21, die zu

iu äußeren Anschlüssen 31 und 32 geführt sind und zu. Ermöglichung eines Druckausgleiches vom Wicke! zum Expansionsraum 13 hin.

Da sich nun gezeigt hat, daß die Isolierkappen 25 und 27 mit steigenden Temperaturen und insbesondere beim

is Austritt von flüssiger Kunststoffschmelze aus dem Wickel 12 eine betriebssichere Isolation nicht gewährleisten können, sind zwischen die Wickelstirnflächen und die Isolierkappen jeweils eine Blechkappe 23a bzw. 286 eingefügt Diese überdecken die beiden Stirnflächen des Wickels und sind wiederstandsfähig gegen ausfließende Kunststoffschmelze, so daß ein Kurzschluß zwischen dem Wickel und dem Gehäuse vermieden wird und die Abschaltvorrichtung in der vorgesehenen Art nach einem Aufweiten der Sicken 14 ansprechen > kann. In beiden Blechkappen 28a und 286 ist jeweils eine zentrale öffnung vorgesehen, durch welche der Anschlußdraht 16 hindurchgeführt ist Weiterhin sind auf den dem Wickel 12 zugekehrten Seiten der beiden Blechkappen 28a und 286 mehrere radial verlaufende

ω Vorsprünge 29 vorgesehen. Zwischen diesen Vorsprüngen entstehen Kanäle, durch die sich ein eventueller Überdruck aus den Wandraum 30 zwischen der Mantelfläche des Wickels und der Mantelfläche der Isolation bzw. des Gehäuses in den oberen Expansions-

Jj raum ausgleichen kann.

Fig.2 zeigt eine Konstruktion eines Kondensators, welche im wesentlichen derjenigen von F i g. 1 entspricht und deren Einzelteile auch die gleichen Bezugszeichen tragen. Eine Abweichung besteht Iedig-

w Hch hinsichtlich der Kontaktierung an den Stirnkontaktschichten 20a und 206 auf den Wickelstirnflächen sowie hinsichtlich der Befestigung der Anschlußdrähte 16 und 21. Die Vorsprünge 29 sind als scharfkantige Rippen ausgebildet, die sich tief in die Stimkonstaktschichten

r. 20a und 206 eindrücken lassen. Der als Abreißdraht 16 ausgebildete Anschlußdraht wie auch der Anschlußdraht 21 sind durch Schweißen oder durch Hartlöten mit der jeweils zugehörigen Blechkappe verbunden, wodurch man eine sehr betriebssichere Befestigung der

ίο Drähte erzielt. Insgesamt erreicht man so eine sehr gute und dauerhafte elektrische Verbindung zwischen den Stirnkontaktschichten 20a und 206 und den Blechkappen 28a und 286 bzw. den zugehörigen äußeren Anschlüssen 31 und 32 des Kondensators. Die

~>~> zuverlässige mechanische Verbindung des Abreißdrahtes 16 mit der Blechkappe 286 gewährleistet eine sichere Funktion der Abschaltvorrichtung, da praktisch nicht mehr die Gefahr besteht, daß der Abreißdraht an seiner Verbindungsstelle mit der Stirnkomaktschicht

ι ·. 206 aus dieser herausgezogen wird und demzufolge nicht reißen kann, was zu einem Abschaltversagen und unter Umständen zu einem explosionsartigen Ausfall des Kondensators führen könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstheilender elektrischer Kondensator, mit einem metallischen Gehäuse, worin ein Kondensatorwickel sitzt, der als Dielektrikum dienende Kunststoffbänder und ausheilfähig dünne Metallschichten als Beläge aufweist und dessen Stirnflächen jeweils mit einer die Metallschichten eines Belags kontaktierenden, leitenden Stirnkontakt- ι ο schicht versehen sind, mit an den Stirnseiten des Wickels vorgesehenen Isolierkappen, die den Wikkel gegen das Gehäuse isolierend halten, und mit zwei mit den Stirnkontaktschichten leitend verbundenen Anschlußdrähten, von denen einer einen als Abreißsicherung ausgebildeten Abschnitt aufweist, die bei Formänderung des Gehäuses infolge unzulässig hohem Innendruck die Stromleitung durch diesen Draht unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnkontakt- schichten (20a, 20b) und den Isolierkappen (25, 27) jeweils ein die Stirnfläche (19a, \9b) des Wickels (12) überdeckendes Metallteil (28a, 1&b) eingefügt ist

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Metallteil (28a, 28£>Jals Blechkappe ausgebildet ist welche eine Öffnung zu dem vom Wickel (12) nicht ausgefüllten Gehäuseinnenraum (13) hin frei läßt

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Metallteil (28a, 2&b) wenigstens einen rippen- oder sickenförmigen, zur Stirnkontaktschicht (20a, 20b) des Wickels (12) hinweisenden Vorsprung (29) besitzt.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere radial verlaufende J5 Rippen (29) vorgesehen sind.

5. Kondensator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (16, 21) jeweils elektrisch und mechanisch mit einem Metallteil (28a, 26b) verbunden sind, welches seinerseits den Wickelbelag (19a, t9b) kontaktiert mit Hilfe von Rippen (29), die scharfkantig ausgebildet sind und mit der zugeordneten Stirnkontaktschicht (20a, 20b) in gutem elektrischem Kontakt stehen.

6. Kondensator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäusemantel (U) und der Mantelfläche des Wickels (12) eine thermisch und elektrisch isolierende Zwischenlage (26) eingefügt ist, welche zusam- "><· men mit den Isolierkappen (25,27) den Wickel (12) allseitig gegen das Gehäuse (10) isoliert.