DE2551897C2

DE2551897C2 - Verfahren zum Imprägnieren von Wickelkondensatoren

Info

Publication number: DE2551897C2
Application number: DE19752551897
Authority: DE
Inventors: Käthe 1000 Berlin Dorn; Richard Dipl.-Phys. Dr. 7103 Schwaigern Epple; Werner 1000 Berlin Seiff; Reinhard Steinhilb
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-11-19
Filing date: 1975-11-19
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE2551897A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches I bezeichneten Art.

Die Vorimprägrwerung hat bei dem nach der US-PS 37 961 bekannten Verfahren zur Folge, daß beim nachfolgenden Wickelvorgjng nur sehr geringe Reibungskräfte zwischen den Windungen vorhanden sind. jo daß die benachbarten Lagen leicht gegeneinander verschiebbar sind. Dieses »Schwimmen« der einzelnen Lagen verursacht während des Wickelvorganges ein ständiges Verlaufen der einzelnen Lagen, was sich schädlich auf die Spannungsfestigkeit auswirkt und außerdem eine Verkleinerung der Kapazität bei gleichem Volumen hervorruf;. Weiterhin wird beim Wickeln Imprägniermittel an den Stirnseiten herausge preßt und bei hoher Wiekelgeschwindigkeit mit großer Kraft tangential weggeschleudert, so daß der Wickel* Vorgang verlangsamt werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher ein Verschieben der vorimprägnierten Folien beim Wickeln vermieden wird, so daß elektrisch hochwertige Kondensatoren mit hoher Ferligungsge^

schwindigkeit hergestellt werden können.

Die Lösung gelingt durch die im Anspruch! gekennzeichneten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Reibungskräfte der unbenetzten Randbereiche verhindern ein Schwimmen oder Verlaufen der Wickellagen während des Wickeins. Dabei sind hohe Wickelgeschwindigkeiten möglich wie bei einem trokkenen Wickelprozeß. Außerdem tritt während des Wickeins seitlich an den Stirnflächen des Wickels keine überschüssige Imprägnierflüssigkeit aus. Ein erheblicher Vorteil liegt auch darin, daß die Vorimprägnierung im Gegensatz zur sonst üblichen Nachimprägnierung relativ wenig Imprägnierflüssigkeit benöiigi. so daß dafür hochwertigste und teuere Imprägniermittel Verwendung finden können. Auch bei Nachimprägnierung mit billigeren Imprägniermitteln erhält man technisch höherwertige Kunststoffolienkondensatoren.

Die Breite des frei zu lassenden Randstreifens bzw. der Randstreifen ist außer von den aufeinanderliegenden Folien abhängig vom verwendeten Impräfniernritel. z. B. dessen Viskosität und Benetzbarkeit, vom Benetzungsprozeß, ζ. B. der Dicke und/oder Verteilung des Imprägniermittels, und von den nachfolgenden Prozessen, z. B. Temperatur- und/oder Vakuumbehandlung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Benetzungsprozeß und gegebenenfalls die Nachimprägnierung zwecks Imprägnierung der freien Randbereiche ein Imprägniermittel besonders hoher Qualität verwendet, z. B. Silikonöl, das neben hoher Glimmspannungsfestigkeit und Durchschlagsfeldstärke, kleinem Verlustwinkel tg ό auch einen möglichst kleinen Absorptionskoeffizienten für Gase und Wasser hat. Das Imprägniermittel für die Nachimprägnierung und Füllung eines Kondensatorbehälters soll zwar ebenfalls eine hohe Glimmspannungsfestigkeit und hohe Durchschiagsfeldstärke besitzen, bezüglich der Absorption von Gasen und Flüssigkeiten brauchen jedoch nicht so strenge Maßstäbe angelegt zu werden. Es kann also für die Benetzung und gegebenenfalls die Imprägnierung der Randbereiche eine kleine Menge sehr teueres und hochwertiges Imprägniermittel verwendet werden und zur Nachimprägnierung und zur Füllung des Konc"ensatorbehälters, gegebenenfalls auch bereits zur Imprägnierung der freien Ränder, ein billigeres Imprägniermittel ausreichender Qualität verwendet werden. Es darf allerdings nicht mit dem ersteren reagieren und die elektrischen Werte verschlechtern und soll keine allzu verschiedene Dielektri/itä'skonstante zu e^rsterem aufweisen.

Die dünne Benetzung der Kunststoffolien mit seitlich unbenetzten Streifen kann durch Auftragsvorrichtungen erfolgen, die da¹ Imprägniermittel in geeigneter und gut reproduzierbarer Dosis aufnehmen und an die Folie abgeben können. Diese Vorrichtungen können rakelartige Gebilde aus Silikongummi sein, aber auch modifizierte, breite Pinsel oder abrollende Schwämme sind geeignet. Ungeeignet sind Auftragsvorrichtungen. die chemisch durch das Imprägniermittel angegriffen werden und die Staub- oder irgendwelche Faserteilchen abgeben,

Die beschriebene Benetzung der Kunststoffolie mit dem Imprägniermittel öder einer Imprägnierlösürig kann vorteilhaft auch Jüfch Aufdampfen dieser Lösung im Hochvakuum in einem kontinuierlichen Prozeß erfolgen, wobei die benetZungsfreien seitlichen Zonen

durch geeignete Blenden erreicht werden. Dieser Imprägnierprozeß schließt eine Verunreinigung des Imprägniermittels durch Gase und andere Stoffe weitgehend aus und führt zu einer besonders gleichmäßigen und reproduzierbaren Imprägnierung. Die Nachimprägnierung erfolgt z. B. wie üblich unter Vakuum. Durch diesen Prozeß sollen die noch unbenetzten Randzonen der Kunststoffolien, sowie das Äußere des Kondensatorwickels imprägniert werden.

Die Nachimprägnierung wird dadurch erleichtert und beschleunigt, daß diese Zonen von zwei Seiten gleichzeitig durchdrungen werden. Vom Wickelinneren dringt das Imprägniermittel der Vorimprägnierung nach außen, während das Imprägniermittel der Nachimprägnierung von außen nach innen diffundiert. Gegenüber der normalen Vakuumimprägnierung in einem Schritt, kommt man also w^gen der geringeren Breite der unbenetzten Zonen und der Durchdringungen von beiden Seiten mit wesentlich kürzeren Imprägnierzeiten aus.

In einer Abwandlung des beschneiden zweistufigen Imprägnierungsprozesses kann die Nachi.nprägmerung einen reiner. Temperaturprozeß im Vakuum aufweisen, dessen Ziel die Imprägnierung der nach dem Vorimprägnierungsprozeß noch unbenetzten Randzonen der Kunstst' ffolien ist, indem das Vorimprägniermittel vom Wickelinneren nach außen in diese Randzone dringt. Daran schließt sich dann das Füllen des Kondensatorgehäuses mit demselben oder einem billigeren Imprägniermittel an, das den Kondensatorwickel von außen umgibt. Es handelt sich also in diesem Fall um einen zweistufigen Nachimprägnierungsprozeß. Bezüglich der elektrischen Eigenschaften ist diese Abwandlung des allgemeinen Prozesses am optimalsten, da das gesamte Dielektrikum von dem hochwertigsten Imprägniermittel durchdrungen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele nähererläutert.

Fig. 1 zeigt einen Kondensatorwickel mit versetzten Metallschichten (Al-Folien) der Beläge vor der Nachimprägiiierung.

F i g. 2 einen solchen, dessen Al-Folien der Beläge so schmal sind, daß ihre Ränder an beiden Seiten des Wickels von denen der Kunststoffolien ries Dielektrikums beabstandet sind.

F ι g. 3 zeigt einen Leistungskondensator. Fig. 4 zeigt einen Kondensatorwickel mit beidseitig metallisiertem (saugfähigem) Isolierstoffträger und je einer Dielektrikumsfolie,

Fig. 5 einen Kcndensatorwickel mit beidseitig metallisiertem (saugfälligem) Isolierstoffträger und je zwei Dielektrikumsfolien,

Γ ig. ο eine Wickelvorrichtung mit verschiedenen Vorrichtungen zum Auftragen von Imprägniermittel puf die Oberflächen der folien.

Mit 1 und 2 sowie 3 und 4 ist je eine Kunststoffolie bezeichnet, wobei jeweils zwei, nämlich 1 und 2 bzw. 3 und 4. unmittelbai aufeinanderliegen. Diese dienen als Dielektrikum zwischen zwei als Kondensatorbeläge wirkenden Metallfolien 5 und 6, insb, Aluminiumfolien, Die Breite aller Dielektfikümsfolien ist hier gleich groß: aufeinanderfolgende Metalifolien sind gegenseitig versetzt vorgesehen.

Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Folien 1,2; 2,6; 6, 3; 3, 4,' 4, 5 ist jeweils vor oder Während des Wickelprozesses ein Imprägniermittel 7 derart im mittleren Bereich der Folien aufgebracht wordene daß

auf beiden Seiten ein Randstreifen 8 frei bleibt. Dieser Randstreifen 8 ist so breit belassen, daß beim Wickeln die Reibungskräfte im Bereich der Randstreifen 8 zwischen den aufeinanderliegenden Folien so groß bleiben, daß ein Verlaufen der einzelnen Windüngslägen beim Wickeln vermieden wird.

In einem nachfolgenden Vakuum- und/oder Ausheizprozeß kann erreicht werden, daß das Imprägniermittel von innen her den Randstreifen benetzt oder es kann, gegebenenfalls gleichzeitig damit, ein gleiches oder ein iö anderes Imprägniermittel von außen zugeführt werden, so daß Imprägniermittel den Randstreifen 8 vollkommen benetzt und die Zwischenräume ausfüllt.

In Fig. 2 sind die Metallfolien 5 und 6 so schmal ausgeführt, daß ihre Ränder an beiden Sitrnseiten des Wickels von denen des aus den hier z. B. einlagig vorgesehenen Kunststoffolien 1 und 3 bestehenden Dielektrikums beabstandet sind. Entsprechend ist der Randstreifen 8 breiter als im vorherigen Ausführungsbeispiel und die Reibungskraft tritt hier zwischen den Metallfolien 5 bzw. 6 und den angrenzenden Kunstofffolien 1 und 3 aut.

In Fig. 3 ist ein Leistungskondensator gezeigt, bei dem erfindungsgemäß hergestellte Kondensatorwickel 9 zu einem Kondensatorblock zusammengefaßt und in einem Behälter 10 untsrgebracht sind. Der Behälter 10 ist mit einem Imprägniermittel U gefüllt, das gegenüber dem für die Kondensatorwickel verwendeten sehr hochwertigen teueren Imprägniermittel aus billigerem Material besteht, das jedoch mit dem teueren nicht derart reagiert daß sich dessen elektrische Eigenschaften merkbar verschlechtern.

Für die Schichten der Kondensatorbeläge können auch metallisierte Trägerfolien, z. B. metallisierte Lackfolien verwendet werden. Es ist auch möglich, jeweils eine zwischen zwei Folien vorgesehene Folie beidseitig mit Imprägniermitte! zu benetzen und die angrenzenden jewt.-ils überhaupt nicht oder nur auf der der beidseitig benetzten gegenüberliegenden Seite statt jede Folie einseitig zu benetzen. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, insbesondere z. B. bei sehr niedrigviskosen Imprägniermitteln, alle oder einen Teil der Kolien beidseitig mit Imprägniermittel zu versehen. Die Erfindung ist auch anwendbar auf Kondensatoren, bei denen ein Belag anstelle aus einer Metallfolie durch eine beidseitig mit Metall bedampfte Papierfolie gebildet ist. Die Metallschichten auf beiden Papierseilen sind dann kurzgeschlossen und daher besteht im Papier ein feldfreier Raum. Das Papier ist also elektrisch nicht wirksam. Es erlaubt andererseits innerhalb der Papierfolie die Ausbreitung von Imprägniermittel. Dies hilft aber nicht zur Imprägnierung zwischen den Metallschichten und Kunststoffolien und zwischen zwei oder mehr aneinanderliegenden Kunststoffolien. Hier ist dasselbe Problem wie bei den Kondensatoren mit MetaJlfolien und Kunststoffolien vorhanden. Eine derartige Ausführung mit einer Kunststoffolienlage zeigt die Fig.4 und mit zwei Kunststoffolienlagen die F i g. 5. Mit 34 und 35 ist je eine saugfähige Isolierstoffolie, insbesondere ein Papierband, bezeichnet, das beidseitig mit einer «> vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Metallschicht 36,37 bzw. 38,39 versehen ist, Ih F i g. 4 ist eine Kunststoffolie, z. B. aus Polypropylen, und in F i g. 5 sind zwei Kunststoffolien vorgesehen;

In der in Fig.6 gezeigten Wickelvorrichtung sind als Beispiel für eine Impfägniermiftelauflragürig je Folie eine besondere Auftragvorrichtung gewählt. Da₁ von Sonderfällen abgesehen, üblicherweise nur mit einem Imprägniermittel gearbeitet wird, sind für das Verfahren für jeden Auftragprozeß die gleichen Aüftragvöfrichtungen vorgesehen und nur in den Sonderfällen verschiedene Auftragvorrichtungen erforderlich.

Von einer Vorratsrolle 12 gelangt eine Metallfolie 5, z. B. ein Aluminiumband, zu einer Anordnung, die aus einem Vorratsbehälter 14. vorzugsweise mit einem Zuflußregeier 15, und einer unterhalb eines vorteilhaft justierbaren Auslaufschlitzes 16 befindlichen Übertragungswalze 17 besteht, unter der sich die Metallfolie 5 beim Aufwickeln des Wickels 18 hinbewegt. Unter der Metallfolie 5 kann eine Gegendruckrolle 19 vorgesehen sein. Diese Anordnung ist besonders geeignet für mittelbis hochviskose Imprägniermittel.

Eine auf einer Vorratsrolle 20 befindliche Kunststofffolie 1 wird unter einem porösen, z. B. filz-, schwamm- oder bürstenartigen Streifen 21 hinbewegt, der in eine zweckmäßig absperrbare Auslauföffnung, insbesondere einen Schlitz eines Vorratsbehälters 22, eingesetzt ist. Unterh?lb der Folie 1 ist unter dem Streifen 21 eine Gegendruckrolle 23 vorgesehen. Diese Vorrichtung ist besonders für mittel- bis niedrigviskose Imprägniermittel geeignet.

Eine weitere Anordnung 24 mit einer Art Rakel 27 ist bei der Metallfolie 6 vorgesehen, die von einer Vorratsrolle 25 abgewickelt wird. Hierbei dient die Vorderwand 26 als Rakelwand und die untere vorzugsweise in der Höhe einstellbare Kante 27 als Rakel bzw. Abstreifkante. Auch hier ist eine Gegendruckrolle 28 vorgesehen. Die Vorrichtung eignet sich vor allem für höherviskose Imprägniermittel.

Die Metallfolie 6 kann gleichzeitig von unten mit Imprägniermittel benetzt werden, indem von einer Tauchwalze 29, die in einen mit Imprägniermittel gefüllten Behälter 30 eintaucht, und die auf der Oberfläche der Tauchwalze 29 befindliche Imprägniermittelschicht wird durch eine auf dieser gegebenenfalls mit geringerem Abstand abrollende Übertragungswalze 31 auf die Unterseite der Metallfolie 6 übertragen, indem letztere über die Übertragungswalze gezogen wird.

Da die Metallfolie 6 beidseitig mit Imprägniermittel benetzt bzw. beschichtet ist, kann die zweite vor siner Vorratsrolle 32 abwickelbare Kunststoffolie 3 unbeschichtet bleiben.

Alle Folien 1, 2, 5, 6 werden über Umlenkrollen 33 bzw. über die auch als Umlenkrolle wirkende Übertragungswalze 31 bei Anwendung der Tauchwalze 29 der Wickelvorrichtung, z. B. einem Wickeldorn etc. zugeführt und gemeinsam zu einem Kondensatorwickel 18 gewickelt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren von Wickelkondensatoren, insbesondere Starkstromkondensatoren für hohe Betriebsspannungen, bei dem zuerst jeweils zumindest eine Oberfläche einer von zwei im fertigen Kondensatorwickel aufeinander liegenden Folien in einem \orimprägnierverfahren im ungewickelten Zustand mit einem Imprägniermittel benetzt und bei dem der fertige Kondensatorwicke]-körper nachimprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen der Folien (I₁ 2,3,4,5,6) mit Ausn ahme ihrer Randbereiche (8) vor oder während des Wickeins derart mit dem Imrägniermittel (7) benetzt werden, daß dann beim _; Wickeln zwischen aneinandergrenzenden Folien an den imprägniermittelfreien Streifen der Randbereiche (8) eine ein Verlaufen der Wickellagen verhindernde Reibungskraft erzeugt wird und daß anschließend nach dem Wickeln die Randbereiche (8) nachimprägniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorimprägnierung und für die Nachimprägnierung verschiedene Imprägniermittel (7,11) verwendet werden und daß diese Imprägniermittel (7, 11) so ausgewählt werden, daß sie nicht miteinander reagieren und k^ine allzu unterschiedliche Dielektrizitätskonstante aufweisen und daß das für die Vorimprägnierung verwendete Imprägniermittel (7) möglichst kleine Absorptionskoeffizienten für Gase und Wasser hat und an das für die NachimprL„nierung verwendete Imprägniermittel (II) in bezug auf Hiese Absorptionskoeffizienten zugunsten der Wirtschaftlichkeit kein so strenger Maßstab angelegt wird.

3. Verfahren nach Ansprucn 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachimprägnierung ein chlorierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachimprägnierung Chlordiphenyl verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß für die Nachimprägnierung i'er Randbereiche (8) das gleiche Imprägniermittel verwendet wird wie Tür die Vorimprägnierung.

6. Verfahren nacli einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorimprägnierung und gegebenenfalls /ur Nachimprägnierung Silikonöl verwendet wird.

7. Verfahren nacl· einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vorimprägnierung und gegebenenfalls während und/oder nach der Nachimprägnierung Unterdruck angewandt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vorimprägnierung gegebenenfalls während und/oder nach der Nachimprägnierung erhöhte Temperatur angewandt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterdruck von ca, Ibis IO-³ rribar angewandt wird,

iö. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von ca_s 10 bis 135⁰C angewandt wird.

11, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Folien beim Vorimprägnieren einseitig derart mit dem Imprä* gniermittel (7) beschichtet werden, daß beim Wickeln jeweils eine nicht beschichtete auf eine beschichtete Oberfläche folgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Folien auf beiden Oberflächen beim Vorimprägnieren mit Imprägniermittel (7) beschichtet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß das Beschichten beim Vorimprägnieren durch Aufdampfen des Imprägniermittels (7) erfolgt und dabei die Randbereiche (8) durch Blenden abgedeckt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen im Hochvakuum erfolgt

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorimprägnierung das Imprägniermittel fein dosierbar von einem Vorratsbehälter (14,22,24,30) über eine einstellbare Auftragsvorrichtung (16, 21, 27, 31) auf die Folie(n) aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Ansprach 15. dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsvorrichtung ein Schlitz (16) mit einstellbarer Schlitzbreite verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsvorrichtung ein in einen Vorratsbehälter (22) eingesetzter poröser flüssigkeitsdurchlässiger Streifen (21) verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftragsvorrichtung eine an einem Vorratsbehälter (24) vorgesehene, einstellbare Rakel (27) verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18. dadurch gekennzeichnet, daß eine Rakel (27) aus Silikongummi verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung mit einem Behälter (30). mit einer Tauchwalze (29) und mit einer Auftragsvorrichtung in Form einer Übertragungswalze (31) verwendet wird unu iaß zur Einstellung der Imprägniermittelmenge Tauch und Übertragungswalze relativ zueinander verschoben werden.