DE2650468C3 - Elektrischer Kondensator mit einer bei Übertemperatur einen Kurzschluß bewirkenden Anordnung - Google Patents

Elektrischer Kondensator mit einer bei Übertemperatur einen Kurzschluß bewirkenden Anordnung

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Richard Dipl.-Phys. Dr. 7103 Schwaigern Epple
Werner 1000 Berlin Seiff
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Es hat sich gezeigt, daß bei Kondensatoren der genannten Art, die z. B. aus metallbedampften Polypropy'enfolien aufgebaut sind, beim Auftreten des bei MP-Kondensatoren durch eingehende Untersuchungen bekannten Selbstheileffektes eine derartige Erwärmung erfolgt daß das Polypropylen schmilzt, gleichzeitig verkohlt und infolge des dabei entstehenden Druckes in mehr oder weniger großer Tropfenform im Schmelzfluß an der Oberfläche des Kondensatorwickels austritt Bei der Fertigung von Kondensatoren für Starkstrom kann es vorkommen, daß diese mit Fehlern behaftet sind, die sich erst beim späteren, a U. längeren Betrieb auswirken und zum Ausfall desselben führen. Um insbesondere auch Folgeschäden zu vermeiden, werden Kondensatoren mit Sicherungen versehen, die ein Platzen des Kondensatorgehäuses verhindern.
Bei den bekannten Kondensatoren mit ausheilfähigen Metallschichten 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 gemäß DE-PS 12 89 584 bzw. gemäß CH-PS 4 26 014 zum Dehnen des Gehäuses und zum Abreißen eines z. B. gekerbten Sicherungsdrahtes benutzt
Kondensatoren, die kein oder wenifc imprägniermittel enthalten und deren Dielektrikum bei der genannten Zerstörung wenig Gas abspaltet können daher weder eine Schmelzsicherung noch die bei Gasüberdruck ansprechende Sicherung zum Ansprechen bringen. Nach den VDE-Bestimmungen müssen Starkstromkondensatoren jedoch mit einer Sicherung versehen sein, die bei einem Fehler im Kondensator diesen vom Netz trennt oder die Kondensatoren müssen so aufgebaut sein, daß sie im Zerstörungsfall die im Stromkreis erforderliche Sicherung zum Ansprechen bringen.
Aus der DE-OS 19 27 423 ist ein elektrischer Kondensator bekannt in welchem neben regenerierfähigen dünnen Metallschichten auch nicht selbstausheilende Metallschichten vorhanden sind, von denen benachbarte Metallschichten gegenpolig kontaktiert sind, derart daß durch die Anordnung der nicht selbstausheilenden Metallschichten im Falle des Versagens der Selbstausheilung während eines Durchschlages zwischen zwei Metallfolien ein Kurzschlußstrom fließt. so daß eine Netz- oder Gerätesicherung ansprechen kann.
Aus dem DE-Gbm 17 18 247 ist ein Kondensator mit metallisierten Papierbändern bekannt der eine bei Überlastung in Tätigkeit tretende Kurzschlußanordnung aufweist
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator, der wenig oder kein
Imprägniermittel enthält und dessen Dielektrikum bei Überlastung wenig Gas abspaltet, so auszubilden, daß bei einem Defekt im Kondensator eine sichere Abschaltung desselben erfolgt, wobei er so ausgestaltet nein soll, daß durch das Ansprechen der zugeordneten s Sicherung auch ein elektrisches oder elektronisches Gerät, dem der erfindungsgemäße Kondensator zugeordnet ist, z. B. einer Leuchtstofflampe oder einem Wechselstrommotor mit Hilfsphase oder einer Anlaßwicklung, sicher vom Netz getrennt werden kann. 1 ο
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die beiden Anschlüsse der Metallschichten der Kurzschlußanordnung des erfindungsgemäßen Kondensators können an die Geräte-Betriebsspannung angeschlossen werden, so daß beim Auftreten eines Defektes im Kondensator insbesondere beim Auftreten einer größeren Ausbrennstelle sich an der Oberfläche des Kondensatorkörpers eine Beule bildet und durch diese und die dabei auftretende Obertemperatur die schmelzende oder zumindest plastisch verformbare isolierschicht im Bereich dieser Beule verdrängt wird, so daß sich die beiden Metallschichten berühren und einen Kurzschluß verursachen, der eine im Stromkreis befindliche Sicherung zum Ansprechen bringt
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert
F i g. 1 zeigt einen Kondensator mit der Kurzschlußanordnung von der Seite im Schnitt
F i g. 2 eine Anwendung desselben bei einem Einphasen-Wechselstrommotor und
F i g. 3 eine Anwendung desselben bei einer Leuchtstofflampe.
Mit 1 ist ein Kondensatorkörper, z. B. ein Kondensatorwickel, bezeichnet dessen Metallschichten 2 bzw. 3 der Beläge ausheilfähig dünne Metallschichten sinu, die auf einem dielektrischen Träger 4 bzw. 5, z. B. durch Aufdampfen, aufgebracht sind. Der Träger 4 bzw. S besteht aus .-inern bei Obertemperatur 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 ouer ähnlichem Wärmevei halten wie der Träger a's dielektrisch wirksame Folie eingewickelt ist Zusätzlich kann der Kondensatorkörper 1 mit ein?m so Isoliermittel, einem sogenannten Zusatzdielektrikum, imprägniert sein. Die Erfindung findet jedoch vorzugsweise bei nicht imprägnierten Kondensatorkörpern 1 bzw. Kondensatoren Anwendung, da gerade dann die Vorteile der Erfindung besonders hervortreten.
Die Metallschichten 2 sind an der oberen Stirnseite 6 mittels einer & B. aufgespritzten Kontaktschicht 7 und die Metallschichten 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. f 1 angebracht
Der Kondensatorkörper 1 ist zumindest am Umfang, bei Wickelkörpern also an der Mantelfläche, mit einer trsten Metallschicht 12 umgeben, die mit einem äußeren Anschluß 13 elektrisch leitend verbunden und von den Kontaktschichten 7 und 9 und den Stromzuführungen 10 und U durch eine nichtleitende Schicht 14 elektrisch isoliert ist Letztere kann aus einer Folie, einer Isolierscheibe oder einer flüssig oder pastös aufgebrachten und z. B. erhärteten Masse bestehen.
Ober der ersten Metallschicht 12 ist eine diese vollständig bedeckende Isolierschicht 15 vorgesehen, die aus einem bei Obertemperatur, z. B. bei Verwendung von Polypropylen bei über ca. 16O0C 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 Tauch-, Spritzoder Streichvorgang aufgetragen sein. Die Isolierschicht 15 kann mit der nichtleitenden Schicht 14 aufgetragen werden und letztere aus dem gleichen Material bestehen wie die Isolierschicht 15.
Zweckmäßig umhüllt sie einen Teil der Stromzuführung 10, insbesondere wenn die gesamte Oberfläche des Kondensatorkörpers 1 mit den beiden Metallschichten 12 und 16 und der dazwischen befindlichen Isolierschicht 15 vergehen ist
Die Isolierschicht 15 ist mit einer weiten Metallschicht 16 umgeben, die von der Stromzufühnmg 10 und U und den Kontaktschichten 7 und 9 elektrisch isoliert und mit einem äußeren Anschluß 17 elektrisch leitend verbunden ist
Die Me'?llschicht(en) 12 und/oder 16 besteht bzw. bestehen vorteilhaft aus einer Metallfolie, insbesondere aus Aluminiumfolie. Die Stärke derselben beträgt mindestens 4 μπι. An den Stirnseiten vorgesehene Abschnitte der Metallschichten 12 und 16 bestehen zweckmäßig aus Metallfolienscheiben mit überstehendem gefranstem Rand, wobei die überstehenden Fransen umgebogen und jeweils von der Metallfolie der Mantelfläche überdeckt ist
Der Abstand der beiden Metallschichten 12 und 16 bzw. die Dicke der Isolierschicht 15 ist so gewählt daß während des Betriebs des Kondensators bei zufällig zwischen den beiden vorhandenen Hohlräumen keine Glimmerscheinungen auftreten.
Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß an der mit 18 bezeichneten Stelle ein Fehlerstrom aufge-. eten ist der eine Übertemperatur erzeugt die die TrSger 4 und 5 zum Schmelzen und gegebenenfalls Verkohlen bringt Hierbei entwickelt sich eint 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 Temperatur und der Druck bewirkt u. U. ein Austreten des gegebenenfalls geschmolzenen Trägermaterials aus dem Kondensatorkörper 1. Hierdurch schmilzt auch die Isolierschicht 15, wodurch sich die Metallschichten 12 und 16 berühren und einen Kurzschluß herbeiführen, der seinerseits eine nachgeschaltete im Stromkreis liegende Überstromsicherung zum Ansprechen bringt. Die Metallschichten 12, 16 wirken auch als Kondensator, was gegebenenfalls für Meß- und/oder Regelzwecke ausgenutzt werden kann.
Durch die Erfindung wird ein rasches Abschalten eines defekten Kondensatorkörpers erreicht und mit Sicherheit ein Platz.η des Kondensatorgehäuses 17 vermieden. Letzteres kann ein Metall- oder Kunststoffgehäuse sein. Anstelle eines Gehäuses kann jedoch auch vorteilhaft der Kondensatorkörper 1 mit einem Kunststoff umhüllt, z. B. umgössen oder umspritzt sein. Hierfür ist z. B. Epoxydharz geeignet
Ein Kondensator getiriäß der Erfindung kann mit Vorteil als Motorkondensator eineesetzt werden.
Hierbei liegt der Kondensator in Reihe mit der Hilfswicklung oder der Anlaßwicklung des Feldes und die als Sicherung wirkenden Metallschichten 12,16 der Kurzschlußanordnung werden direkt an die durch eine Überstromsicherung abgesicherte Betriebsspannung gelegt (F ig. 2).
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bei Leuchtstofflampen zeigt die F i g. 3. Hier liegt der Kondensator parallel zur Leuchtstoffröhre und in Reihe zur Drosselspule und die Metallschichten 12, 16 der Kurzschlußanordnung sind unmittelbar an die Betriebs-
spannung angeschlossen.
Eine der Metallschichten 12 oder 16 der Kurzschlußanordnung kann auch mit einem Kondensatorbelag verbunden sein, ohne daß die Funktion und die Vorteile beeinträchtigt werden. Hierdurch kann der Kondensator gegebenenfalls billiger hergestellt werden. In manchen Fällen ist jedoch die getrennte Herausführung der beiden Metallschichten 12, 16 zweckmäßiger, da diese dann z. B. für Steuer- und Regelzweckc an eine besondere Spannung oder in eine Regelstrecke eingeschaltet werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Elektrischer Kondensator mit auf einem Träger aus Isolierstoff aufgebrachten, ausbrennfähig dünnen Metallschichten der Beläge, mit einem durch die beim Auftreten von Oberschlägen zwischen den Metallschichten der Beläge erzeugten Wärme plastisch verformbaren oder schmelzenden Dielektrikum und gegebenenfalls einem Zusatzdielektrikum und mit zwei elektrisch getrennten nicht to ausbrennfähigen Metallschichten, die nach dem bei Obertemperatur erfolgten Zerstören einer sie elektrisch trennenden Kunststoffschicht sich berühren und in einem an sie entsprechend angeschlossenen Stromkreis einen Kurzschluß herbeiführen und '5 so eine außerhalb des Kondensators, aber in einem den Kondensator einschließenden Stromkreis liegende Oberstromsicherung zum Ansprechen bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Obertemperatur den Kurzschluß bewirkende An-Ordnung aus einer den Kondensatorkörper (I) zumindest an seinem Umfang umgebenden ersten Metallschicht (12), einer darauffolgenden bei Obertemperatur schmelzenden oder zumindest plastisch verformbaren Isolierschicht (15) und einer darauffolgenden zweiten Metallschicht (16) besteht, und daß zumindest eine der Metallschichten (12, 16) einen getrennt nach außen geführten Anschluß (13 und/oder 17) aufweist
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4,5) und/oder das als Dielektrikum dienende Material und die Isolierschicht (IS) de Kurzschlußanordnung aus Polypropylen bestehen.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch ge- 3S kennzeichnet, daß der Träger (4,5) und/oder das als Dielektrikum dienende Material aus Polypropylen ■nd die Isolierschicht (15) der Kurzschlußanordnung aus Wachs besteht
4. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4,5) und/oder das als Dielektrikum dienende Material aus Polypropylen und die Isolierschicht (15) der Kurzschlußanordnung aus mit Kunststoff modifiziertem Wachs besteht
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, « dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (12) der Kurzschlußanordnung aus einer Metallfolie besteht
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metall- M Khicht (16) der Kurzschlußanordnung aus einer Metallfolie besteht
7. Kondensator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die Metallfolie mindestens
4 μπι stark ist. »
8. Kondensator nach einem der Ansprüche S bis 7. dadurch gekennzeichnet daß die Metallfolie aus Aluminium besteht
9. Kondensator nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Metallschichten (2, «° 3) der Beläge an je einer Stirnseite (6,8) mittels je •iner Kontaktschicht (7,9) kontaktiert sind.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten vorgesehene Abschnitte der Metallschichten (12,16) der Kurzschlußanordnung aus Polienscheiben mit überstehendem eingeschnittenem Rand bestehen, die überstehenden Fransen auf die Mantelfläche umgebogen und jeweils von der nachträglich aufgewickelten Metallfolie der Mantelfläche festgewickelt sind.
11. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer als Gehäuse (17) dienenden Kunststoffmasse vollkommen umhüllt ist
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