DE2638611A1

DE2638611A1 - Elektrischer kondensator

Info

Publication number: DE2638611A1
Application number: DE19762638611
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Phys Dr Epple; Werner Seiff
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1978-03-02

Description

Elektrischer Kondensator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator mit auf einem Träger aufgebrachten, insbesondere ausbrennfähig dünnen Metallbelägen und einem durch die beim Auftreten von Überschlägen zwischen den Belägen erzeugten Wärme plastisch verformbaren oder schmelzenden Dielektrikum und gegebenenfalls einem/oder Zusatzdielektrikum.
Es hat sich gezeigt, daß bei Kondensatoren der genannten Art, die z. B. aus metallbedampften Polypropylenfolien aufgebaut sind, beim Auftreten des bei MP-Kondensatoren durch derartige Erwärmung erfolgt, daß das Polypropylen schmilzt, gleichzeitig verkohlt und infolge des dabei entstehenden Druckes in mehr oder weniger großer Dropfenform im Scllinlzfluß an der Oberfläche des Kondensatorwickels austfitt.
Bei der Fertigung von Kondensatoren für Starkstrom kann es vorkommen, daß diese mit Fehlern behaftet sind, die sich erst beim späteren u.U. längeren Betrieb auswirken und zum Ausfall desselben führen. Um insbesondere auch Folgeerscheinungen, die sich aus der Zerstörung des Kondensators im Betrieb ergeben können zu vermeiden, werden Kondnsatoren mit Sicherungen versehen, die ein Platzen des Kondensatorgehäuses verhindern.
Bei den bekannten Kondensatoren mit aus'neilfähig dünnen Metgllbelägen ist der beim Ausbrennen einer Fehlerstelle auftretende zusätzliche Strom so klein, daß eine Schmelzsicherung nicht anspricht. Es tritt jedoch bei mit Imprägniermitteln getränkten Kondensatoren eine so starke Gasentwicklung auf, daß das Gehäuse platzen würde. Dieser Gasdruck wird z.B. gemäß DU-PS 1 289 584 zum Dehnen des Gehäuses und zum Abreißen eines z. B. gekerbten Sicherungsdrahtes benutzt.
Kondensatoren, die wenig oder kein Imprägniermittel enthalten und deren Dielektrikum bei der genannten Zerstörung wenig Gas abspaltet, können daher weder' eine Schmelz sicherung noch die bei Gasüberdruck ansprechende Sicherung zum Ansprechen bringen. Nach den VDE-Bestimmungen müssen j jedoch Starkstromkondensatoren mit einer Sicherung versehen sein, die bei einem Fehler im Kondensator diesen vom Itetz trennt oder die Kondenstatoren müssen so aufgebaut sein, daß sie im Zerstörungsfall die im Stromkreis erfolderliche Sicherung zum Ansprechen bringen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Kondensatoren der eingangs genannten Art so aus7ubilden, da° die VDE-Bestimmungen erfüllt werden. Erfindungsgemäß wird diese dadurch gelöst, daß der Kondensatorkörper zumindest am Umfang (Mantelfläche) aufeinanderfolgend mit einer ersten Metallschicht, einer bei Übertemperatllr schmelzenden oder zumindest plastisch verformbaren Isolierschicht unreiner zweiten Metallschicht umgeben ist und daß je eine der Metallschichten mi je einem Kondensatorbelag elektrisch leitend verbunden ist und daß der Kondensator mit einer internen Schmelzsicherung versehen ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß beim Auftreten einer größeren Ausbrennstelle an der Oberfläche des Kondensatorkörpers eine Beule entsteht und durch die Übertemperatur die Isolierschicht an dieser Stelle verdrängt wird, so dsß die beien Metallschichten sich berühren und einen Kurzschluß verursachen, der die interne Schmelzsicherung zum Ansprechen bringt.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator im Schnitt Fig. 2 einen solchen mit einer anderen Schmelzsicherung und Fig. 3 einen Kontaktstreifen, der als Schmelzsicherung ausgebildet ist.
Mit 1 ist ein Eondensatorkörper, z . B. ein Kondensatorwickel, bezeichnet, dessen Metallbeläge 2 bzw. 3 aus ausheilfähig dünnen Metallisierungen bestehen, die auf einem dielektrischen Träger 4 bzw. 5 z.B. durch Aufdampfen aufgebracht sind. Der Träger 4 bzw. 5 besteht aus einem bei Übertemperatur plastisch verformbaren oder schmelzenden Material, insbesondere aus Polypropylen.
Er kann ein- oder beidseitig metallisiert sein und die Anordnung kann so gewählt sein, daß er im feldfreien Raum vorhanden ist und eine zusätzliche dielektrische Folie aus einem Material mit demselben oder ähnlichen Wärmeverhalten wie der Träger als dielektrisch wirksame Folie eingewickelt ist. Zusätzlich kann der Kondensatorkörper 1 mit einem Isoliermittel imprägniert sein. Die Erfindung findet jedoch vorzugsweise bei nicht imprägnierten Kondensatorkörpern 1 bzw. Kondensatoren Anwendung, da gerade dann die Vorteile der Erfindung besonders hervortrten. Die Metallbeläge 2 sind an der oberen Stirnseite 6 mittels einer z.B. aufgespritzten Kontaktschicht 7 und die Metallbeläge 3 sind an der unteren Stirnseite 8 mittels einer Kontaktschicht 9 miteinander verbunden.
An den Kontaktschichten 7 und 9 ist je eine Stromzuführung 10 bzw. 11 angebracht.
Erfindungsgemäß ist der Kondensatorkörper 1 zumindest am Umfang, bei Wickelkörpern also an der Mantelfläche, mit einer ersten Metallschicht 12 umgeben, die beispielsweise mit der Kontaktschicht 7 elektrisch leitend verbunden und von der Kontaktschicht 9 und der Stromzuführung 11 durch eine nichtleitende Schicht 13 elektrisch isoliert ist. Letztere kann aus einer Folie, einer Isolierscheibe oder einer flüssig oder pastös aufgebrachten und z.B. erhärteten Masse bestehen.
Über der ersten Metallschicht 12 ist eine diese vollständig bedeckende Isolierschicht 14 vorgesehen, die aus einem bei Ubertemperatur, z.B. bei Verwendung von Polypropylen bei iiber ca. 1.600C plastisch verformbaren oder schmelzenden Material besteht. Insbesondere besteht sie aus Polypropylen oder aus im flüssigen Zustand aufzubringenden Isoliermaterialien, z.B. einem Wachs oder kunststoffmodifiziertem Wachs. Sie kann als Folie aufgebracht, z.B. aufgewickelt oder aufgeschrumpft oder durch einen auch, Spritz- oder Streichvorgang aufgetragen sein.
Zweckmäßig umbüllt sie einen Teil der Stromzuführung 10, insbesondere wann die @ gesamte Oberfläche des Kondensatorkörpers 1 mit den erfindungsgemäßen Metallschnchten und der dazwischen befindlichen Isolierschicht 14 versehen wird.
Die Isolierschicht 14 ist gemäß der Erfindung mit einer zweiten Metallschicht 15 umgeben, die von der Stromzuführung 10 und der Kontaktschicht 7 elektrisch isoliert und mit der Stromzuführung 11 elektrisch leitend verbunden ist.
Die Metallschicht(en) 12 und/oder 15 besteht bzw. bestehen vorteilhaft aus einer Metallfolie, insbesondere aus Aluminiumfolie. Die Stärke derselben beträgt mindestens 4 bis 6 Am. An den Stirnseitenbestehen diese zweckmäßig aus Folienscheiben mit überstehendem gefranstem Rand, wobei die überstehenden Fransen umgebogen und von der Mantelfolie überdeckt sind. Der Abstand der beiden Iletallschichten 12 und 15 bzw. die Dicke der Isolierschicht 14 ist, so gewählt, daß während des Betriebs des Kondensators bei zufällig zwischen den beiden vorhandenen Hohlräumen keine Glimmerscheinungen auftreten. Weiterhin ist erfindungsgemäß in Fig. 1 im Leiterzug der Stromzuführung 11 eine Engstelle 18 vorgesehen, die bei Überstrom als Schmelzsicherung wirkt.
Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß an der mit 16 bezeichneten Stelle ein Fehlerstrom aufgetreten ist, der eine Übertemperatur erzeugt, die die Träger 4 und 5 zum Schmelzen und Verkohlen bringt. Hierbei entwickelt sich eine geringe Gasmenge, die jedoch einen sehr hohen Druck erzeugt. Die Folge davon ist ein Ausbeulen der in diesem Bereich befindlichen Oberfläche des Kondensatorkörpers. Die hohe Temteratur und der Druck bewiikb u.U.
ein Austreten des gegebenenfall@ geschmolzenen Trägermaterials aus dem Kondensatorkörper L. Hier@ur@@ schmilzt auch die Isolierschicht 14, wodurch sich die Metallschichten 12 und 15 berühren und einen Kurzschluß herbeiführen, der seinerseits die interne z.B. als Engstelle in der Stromzuführung 11 ausgebildete Überstromsicherung zum Ansprechen bringt. Die erfindungsgemäßen Metallschichten 12, 15 wirken zusätzlich als Kondensator.
IIierdurch wird ein rasches Abschalten eines defekten Kondensatorkörpers erreicht und mit Sicherheit ein Platzen des Kondensatorgehäuses 17 vermieden. Letzteres kann ein Metall- oder Kunststoffgehäuse sein. Anstelle eines Gehäuses kann jedoch auch vorteiLhaft der erfindungsgemäß ausgeführte Kondensatorkörper L zum Schluß mit einem Kunststoff umhüllt, z.B. umgossen oder umspritzt sein. Hierfiir ist. z.B. Epoxydharz geeignet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die interne Schmelzsicherung gemäß Fig. 2 durch eine im Wickelkern 19 verlaufende Stromzuführung 10 mit einer Engstelle oder einen mit dieser und der Kontakt schicht 9 verbundenen Schmelzdraht oder ein Schmelzband 20 mit einer z.B. durch eine Lochung 21 g@bildeten Engstelle realisiert sein. Strom@uführung 10 und Schmelzdraht oder- band 20 sind vorteilhaft miteinander verschweißt. Weiterhin kann die interne Sicherung gem@ Fig. 3 beispielsweise aus einer mit einer Stromzuführung 10 bzw. 11 versehenen Einiegeschmelzsicherung 22 bestehen, wenn die Kontaktierung mindestens eines Kondensatorbelags nicht über eine Stirnkontaktschicht erfolgt, sondern durch einen auf den Kondensatorbelag aufgelegten Kontaktstreifen 23 aus einer geeigneten Metallfolie oder metallisierten Isolierstoffolie, der in einem Abschnitt 25 vom Kondensatorbelag isoliert ist und in diesem Abschnitt 25 eine als Schmelzsicherung wirkende Querschnittsverminderung 18 aufweist, z.B. durch Ausstanzen von Buchten und/oder Löchern 24 im Kontaktstreifen 23. Die Kondensatorbeläge bestehen vorteilhaft aus Aluminium und der Kontaktstreifen 23 aus Aluminium, Kupfer oder Zinnfolie.

Claims

Patentansprüche 1. Elektrischer Kondensator mit auf einem träger aufgebrachten, insbesondere ausbrennfähig dünnen Metallbelägen und einem durch die beim Auftreten von Über-Schlägen zwischen den Belägen erzeugten Wärme plastisch verformbaren oder schmelzenden Dielektrikum und gegebenenSalls einem/oder Zusatzdielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper (1) zumindest am Umfang (Mantelfläche) aufeinanderfolgend mit einer ersten Metallschicht (12), einer bei Übertemperatur schmelzenden oder zumindest plastisch verformbaren Isolierschicht (14) und einer zweiten Metallschicht (15) umgeben ist und daß je eine der Metallschichten (12, 15) mit je einem Kondensatorbelag (2, 3) elektrisch leitend verbunden ist und daß der Kondensator mit einer internen Schmelzsicherung versehen ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung aus einer im Zuge wenigstens einer Stromzuführung (10 und/oder 10) liegenden Querschnittsverminderung (18) besteht.
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung (10 und/oder 11) selbst als Schmelzsicherung ausgebilciet ist.
4. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen einer Stromzuführung (10 und/oder 11) und dem zugeordneten Kondensatorbelag 2 bzw. 3 ein Schmelzdraht oder Schmelzband 20 vorgesehen ist.
5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichn-1, daß der Schmelzdraht oder das Schmelzband (20) mit einer Querschnittsverminderung (18 bzw. 21) versehen ist.
6. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung im Wickelkern (19) verläuft.
7. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherung aus einem mit einer Stromzuführung (10 oder 11) verbundenen Kontaktstreifen besteht, der auf einem Kondensatorbelag (2 oder 3) aufliegt und mit diesem durch Wickeldruck oder Befestigung auf diesem kontaktiert ist, und das ein Abschnitt (25) desselben vom Kondensatorbelag (2 bzw. 3) isoliert und in diesem Abschnitt (25) eine als Schmelzsicherung wirkende Querschnittsverminderung (18) vorsehen ist.
8. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der träger (4g 5) und/oder das als Dielektrikum dienende Material aus Polypropylen besteht.
9. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche-l-bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) aus Polypropylen besteht.
10. Kondensator nach zumindest einem der Anspruche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) aus Wachs besteht.
11. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) aus mit Kunststoff modifiziertem Wachs besteht.
12. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (12) aus einer Metallfolie besteht.
13. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenneichaetX daß die zweite Metallschicht (15) aus einer Metallfolie besteht.
14. Kondensator nach Anspruch 12 oder 1", dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie mindestens 4 Am stark ist.
15. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus Aluminium besteht.
16. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeläge (2 und 3) an äe einer Stornseite (6 bzw. 8) mittels je einer Kontaktschicht (7 bzw. 9) kontaktiert sind.
17. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Kontaktschicht (9) eine nichtleitende Schicht (13) aufgebracht ist und die erste Metallschicht (12) den Kondensatorkörper (1) mit Ausnahme einer mit der isolierten Kontaktschicht (9) verbundenen Stromzuführung (11) vollkommen umgibt und mit der anderen Kontaktschicht (7) elektrisch leitend verbunden ist, daß die Isolierschicht (14) die erste Metallschicht (12) vollkommen und eine mit der anderen Kontakt schicht (7) verbundene Stromzuführung (10) zum Teil umgibt, und daß die zweite Metallschicht (15) die Isolierschicht (14) mit 6hsnahme eines die Stromzuführung (10) umgebenden Bereiches vollkommen umgibt und mit der Knntaktschicht (9) bzw. deren Stromzuführung (11) elektrisch leitend verbunden ist.
18. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet 9 daß die Metallschichten der Stirnseiten aus Folienscheiben mit überstehendem Rand bestehen, die überstehenden Fransen auf die Mantelfläche umgebogen und von der nachträglich aufgewickelten Metallfolie (Mantelfläche) festgewickelt sind.
19. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Hetallschichten (12; 15) bzw. die Dicke der Isolierschicht (14) der maximal zulässigen Feldstärke bei Verwendung von Luft als Dielektrikum entsprechend gewählt ist.
20. Kondensator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer als Gehäuse dienenden Kunststoffmasse vollkommen umhüllt ist.