DE2705085A1

DE2705085A1 - Wickelkondensator

Info

Publication number: DE2705085A1
Application number: DE19772705085
Authority: DE
Inventors: Albert Everett Sloan
Original assignee: Sevcon Ltd
Current assignee: Sevcon Ltd
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1977-08-18
Also published as: IT1117934B; FR2341188A1

Description

Kingeway, Team Valley Estate Gateshead NE 11 OQA

England

Anwaltsakte: 3819

Wickelkondensator

Die Erfindung betrifft Wickelkondensatoren. Die im allgemeinen zylindrische Wicklung solcher Kondensioren "besteht aus vier einander abwechselnden Folien aus Metall und dielektrischem Material. An den Wicklungsenden befinden sich elektrische Anschlüsse, beispielsweise Drähte, die zu den zwei Metallfolien führen. Hierbei wechseln entweder Papier oder Plastikfolien mit Metallfolien oder es handelt sich um Kunststoffbander, im allgemeinen Polyester- oder Polycarbonatbänder, die auf der einen Seite mit einer Metallfolie beschichtet sind.

Solche Kondensatoren werden in großem Umfange als Kommutator für Si-gesteuerte Gleichrichter (SCR) in Regelkreisen für Gleichstrom-Zerhacker und Wechselrichter verwendet. Die Weiterentwicklung solcher Gleichrichter führte zu immer höheren Zerhacker- und Wechselrichter-Frequenzen und zur Notwendigkeit, immer größere Ströme steuern zu müssen. Es wurde daher nach

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Kommutator-Kondensatoren gesucht, die diesen höheren Anforderungen genügen können. Bei größeren Zerhackeroder Wechselrichter-Frequenzen wird die stromlose Zeit der SCR-Gleichrichter immer kleiner und die Stromführungszeit immer größer. Somit ist die leistungsmäßige Belastbarkeit der Kommutator-Kondensatoren ebenso wichtig wie deren Betriebs-Kapazität und Nennspannung. Die leistungsmäßige Belastbarkeit je Kapazitätseinheit wird im allgemeinen definiert als Kombination von zwei Betriebsdaten, nämlich dem maximalen quadratischen Mittelwert des vom Bauelement führbaren Stromes und dem abnehmbaren Scheitelstrom. Die mittlere Nennstrombelastbarkeit hängt davon ab, in welchem Umfange vom Kondensator die Wärme abgezogen werden kann, die innerhalb der Kondensatorwicklungen aufgrund ohmscher und dielektrischer Verluste erzeugt wird. Die Scheitelstrom-Belastbarkeit hängt in erster Linie ab von der örtlichen Erwärmung an den Anschlußstellen zu den Metallfolien an den Enden der Kondensator-Wicklungen .

Bei den vorstehend betrachteten und auch bei Niederspannungs-Kondensatoren befinden sich die Kondensator-Wicklungen in einem kleinen Aluminiumrohr, in welchem die Windungen beispielsweise mit Epoxyharz befestigt sind. Eine solche Ausbildung ist sowohl bezüglich der mittleren Nennstrom- als auch bezüglich der Scheitelstrom-Belasttarkeit nachteilig. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen

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Kondensator der einleitend genannten Art so zu verbessern» daß er mit einem größeren mittleren Wennstrom und auch größeren Scheitelstrom belastet werden kann.

Bei einem vorbekannten Wickelkondensator, dessen Im wesentlichen zylindrische Wicklung aus zwei Metallfolienbändern und zwei zwischenliegenden dielektrischen Folienbandern besteht und der an gegenüberliegenden Wicklungsenden Anschlußstücke aufweist, wird das Neue und Erfinderische darin gesehen, daß mindestens eines der Anschlußstücke ein elektrisch und thermisch leitender Block ist, an welchem ein wesentlicher Teil benachbarter Ränder einer der Metallfolienbänder elektrisch leitend zur Anlage kommt, wobei dann dieser Block als Wärmeableitung für das dort anliegende Metall der Folie dient.

Vorzugsweise sind beide Anschlußstücke der Wicklung Blöcke aus elektrisch und thermisch leitendem Material, wobei dann jeder dieser Blöcke einen wesentlichen Seil benachbarter Ränder der beiden Metallfolien berührt, damit die Blöcke von beiden Metallfolien die Wärme abführen können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die leitenden Blöcke mit einem Joch aus isolierendem Werkstoff verbunden, welches einen der Blöcke an der von der Wicklung abgelegenen Seite beaufschlagt und mit dem anderen

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Block über Spannschrauben verbunden ist. B_fii einer anderen Ausführungsform der Erfindung ruht die Wicklung zwischen den Blöcken in einem harzartigen Körper, welcher zwischen den Blöcken formschlüssig gehalten ist. Bei dieser letzten Ausführungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, eine Mehrzahl von ähnlichen Wicklungen zwischen den Blöcken anzuordnen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wickelkondensators,

Pig. 2 eine Einzelheit zum Aufbau des Kondensators

genäd Pig. 1 ,
Pig. 3 einen Teilquerschnitt zu Pig. 1 und 2 in

vergrößertem Maßstäbe,

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Pig. 4 und 5 in vergrößertem Maßstäbe abgewandelte konstruktive Einzelheiten zum Kondensator gemäß Fig. 1 ,

Pig. 6 eine Draufsicht auf den Kondensator der Fig. 1 und

Pig. 7 eine perspektivische Ansicht eines

erfindungsgemäßen Wickelkond ensators gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der in den Piguren 1 bis 6 dargestellte Wickelkondensator besteht aus einer Wicklung 1 mit vier Schichten aus einander abwechselnden Metall- und Dielectricum-Polien. Speziell besteht diese Wicklung 1 aus zwei Polycarbonat-Bändern 3, 5, welche auf entsprechenden Oberflächen Überzüge 7, 9 aus abgeschiedenem Metall tragen. Diese Bänder werden derart flachliegend aufeinandergelegt, daß die Metall- und Dielectricum-Schichten abwechseln.

Mit Hilfe eines Wickelkernes 10 wird aus den Bändern eine im wesentlichen zylindrische Wicklung hergestellt. Dabei sind die Bänder gegeneinander versetzt angeordnet, so daß am einen Ende der Wicklung eine abgeschiedene Metallfolie

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und am anderen Ende der Wicklung eine abgeschiedene Metallfolie 9 vorragt. Die Metallfolien 7 und 9 werden an gegenüberliegenden Enden der Wicklung, an denen sie vorragen, zunächst mit Zinkpulver eingesprüht. Anschließend wird die Wicklung 1 auf ihrem Umfang durch Aufschrumpfen einer dünnen Plastikhülse 11 geschützt. Nach dem Auf-bringen der Hülse 11 werden auf die entsprechenden Enden der Wicklung 1 weitere Zinkpulverschichten 13 und 15 aufgesprüht, welche auch die seitlichen Kanten der Hülse 11 überdecken. Die beiden Zinkpulverschichten 13 und 15 sorgen zusammen mit der Hülse 11 für eine Abdichtung der Wicklung 11 gegenüber der Umgebung. Dies ist besonders wichtig, wenn der Kondensator in feuchter Umgebung verwendet werden soll.

An den gegenüberliegenden Enden des Kondensators werden die Oberflächen der Schichten 13 und 15 durch eine anschließende Bearbeitung flachgemacht. Mit einer entsprechenden Halterung wird die Wicklung 1 mit dem Wickelkern 10 derart auf dem Hauptwärmeabieiter 17 in senkrechter Ausrichtung angebracht, daß die Wicklung eng in eine flache kreisförmige Ausnehmung 19 eingreift, die in der Oberfläche des metalljashen Wärmeabieiters 17 angeordnet ist. Bei diesem Zusammenbau greift der Wickelkern 10 mit engem Sitz in eine Sackbohrung

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ein, die in der Mitte der Ausnehmung 19 vorgesehen ist.

Ein zweiter Wärmeableiter 23 mit einer kreisförmigen mittleren öffnung 25 greift mit engem Sitz über das obere Ende des Wickelkerns 10 , damit dieser Wärmeableiter 23 flach in enger Berührung auf der Zinkschicht an der Oberseite der Wicklung 1 zur Auflage kommen kann. Die beiden Wärmeableiter 23 und 17 und die Wicklung 1 werden von einem Joch 27 aus isolierendem Werkstoff zusammengehalten. An diesem Joch greifen an gegenüberliegenden Enden Schraubbolzen 29 an, deren untere mit Gewinde versehenen Enden 32 in Gewindebohrungen 31 des Wärmeabieiters 17 eingeschraubt sind. An den oberen Enden tragen die Bolzen 29 > welche durch Bohrungen 30 des Joches 27 hindurchgehen, Gewindeabafanitte 33 für Muttern 35 , die über Unterlegscheiben 37 auf die Oberseite des Joches 27 einwirken können«

Es ist zu beachten, daß die Unterseite des Joches 27 nach unten etwas konvex gekrümmt 1st, um sicherzustellen, daß sich der Wärmeableiter 23 in gewissem Rahmen frei einstellen kann, um für einen maximalen Kontakt gegenüber der benachbarten Zinkpulverschicht 13 der Wicklung 1 ssu sorgen. Sie elektrischen Anschlüsse zur Kondensator-Wicklung 1 erfolgen einerseits über einen der Schraubbolaen 33 > beispielsweise

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zwischen Unterlegscheibe 37 und Joch 27 und andererseits über den Wärmeableiter 23, welcher aus diesem Grunde mit einem seitlichen Ansatz 39 versehen ist, an dem sich eine Bohrung 41 befindet.

Die Figuren 4 und 5 erläutern abgewandelte Lagerungen für die Wicklung 1 auf dem Wärmeableiter 17. ^ώο ist gemäß Fig. 4 anstelle der Sackbohrung 21 in der Mitte der Ausnehmung 19 ein nach oben ragender kurzer Zapfen 43 vorgesehen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 ist der kurze vorragende Zapfen zur Lagerung der Wicklung 1 beibehalten, doch ist in diesem Falle keine Ausnehmung 19 vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß in dem Wärmeableiter 17 ein zusätzliches Kühlvolumen geschaffen wird. Die Anordnung mit Ausnehmung 19 hat jedoch den Vorteil einer geringeren Gesamtbauhöhe des Kondensators.

Bei der Aueführungsform gemäß Flg. 7 weist der Kondensator einen primären unteren Wärmeableiter 55 und einen oberen Wärmeableiter 57 auf. Zwischen den Wärmeableiterη 55 und befinden sich Kondensator-Wicklungen , die beide genauso ausgebildet sind wie es anhand der Figuren 1 bis 6 gezeigt wurde, nur daß in diesem fall· für die Wicklungen 59 keine Plaetikhülsen 19 benötigt werden. Di· beiden Wärmeableiter

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55 und 57 werden zusammengespannt und der Raum zwischen ihnen bei dem Zusammenspannen mit einem Epoxyharz angefüllt, um einen vollständigen Schutz gegenüber der Umgebung sicherzustellen. Die Wärmeableiter 57 und 55 sind mit sich konisch verjüngenden Ausnehmungen 63 bzw. 65 versehen. Diese Ausnehmungen dienen zur Verankerung des Epoxy-Materials, mit dem ein einteiliges Bauelement geschaffen wird. Der Wärmeableiter 57 ist mit einem nach oben ragenden Schraubbolzen 67 versehen, den man als den einen elektrischen Anschluß verwenden kann. Der Wärmeableiter 55 ist ebenfalls mit einer nicht näher dargestellten eMctrischen Anschlußklemme versehen, falls erforderlich, kann der Wärmeableiter 55 auf einen weiteren Wärmeableiter montiert werden. Auch besteht die Möglichkeit, den dargestellten Kondensator in

ein geeignetes ölbad einzusetzen, um noch zu einer weiteren Kühlung zu kommen.

Da die Wärmeableiter der beschriebenen Aueführungeformen auch als elektrische Anschlüsse dienen, lassen sich elektrische Bauteile, die normalerweise mit den Kondensatoren zu ver binden sind, unmittelbar auf den Wärmeableitern montieren.

Durch den Portfall der umhüllenden Aluminiumröhrchen, in denen Wickelkondensatoren normalerweise untergebracht werden und auch durch den Fortfall des Epoxyharzes, mit dem die Wicklung

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sonst im Aluminiumbehälter fixiert wird, ergibt sich eine verbesserte Ventilation und/oder Wärmeabfuhr. Die erfindungsgemäß an den Enden der Kondensatorwicklung angeordneten Metallblöcke für den eleHriscben Anschluß bilden Wärmeableiter für die entsprechenden Metallfolien, so daß von diesen Metallfolien und merklich, wenn auch in geringerem Maße von den dielektrischen Schichten abgeführt und in die Blöcke geleitet wird. Wegen der verbesserten Wärmeabfuhr aus der Wicklung wird der quadratische Mittelwert des Nennstromes des Kondensators verbessert. Da ferner auch eine vergrößerte Kontaktfläche durch jeden der beiden Wärmeabfuhrblöcke geschaffen wird, ergibt sich an den benachbarten Enden der Wicklung eine verminderte örtliche Erwärmung, so daß auch ein größerer Scheitelstrom ertragen werden kann.

Wenn auch gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungeformen der Erfindung an beiden Enden der Wicklung Metallblockanschlüsse vorgesehen sind, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung durchaus Ausführungsformen mit umfassen soll, bei denen Wärmeableiter in form von Metallblöcken nur an einem Ende der Wicklung vorgesehen sind. Vorstehend wurde für die Kondensator-Wicklung von metallisierten Polycarbonat-Bändem ausgegangen. Diese Ausführungsform ist nicht zwingend, denn es sind auch andere Ausführungsformen

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möglichι beispielsweise kann die Wicklung aus Papierbändern bestehen, die abwechselnd mit Metallfolien zusammengewickelt sind.

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Claims

Patentansprüche

( 1.!Wickelkondensator,dessen im wesentlichen zylindrische Wicklung aus zwei Metallfolienbändern und zwei zwischenliegenden dielektrischen Folienbandern besteht und der an gegenüberliegenden V/icklungsenden Anschlußstücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Anschlußstücke ein elektrisch und thermisch

leitender Wärmeabfuhr-Block (17, 23) ist, an welchem ein wesentlicher Teil benachbarter Ränder einer der Metallfolienbänder (7, 9) elektrisch leitend zur Anlage kommt.
2. Wickelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschlußstücke der Wicklung (1) Blöcke (17, 23) aus elektrisch und thermisch leitendem Material sind, wobei dann jeder dieser Blöcke (17, 23) einen wesentlichen Teil benachbarter Ränder der. beiden Metallfolien (7, 9) berührt.
3. Wickelkondensator nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch eine Halterung, die die Wicklung (1) im wesentlichen senkrecht zu einem oder beiden Wärmeabfuhrblöcken (17, 23) ausrichtet.

ORIGINAL INSPECTED

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4. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einer Sackbohrung (21) in der Oberfläche des die Wicklung (1) beaufschlagenden Blockes (17) und einem Wickeldorn (10) besteht, der sich axial durch die Wicklung (1) hindurch erstreckt und mit engem Sitz in die Bohrung (21) eingreift.
5. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einer in der der

Wicklung (1) benachbarten Oberfläche des Wärmeabfuhrblockes (17) vorgesehenen kreisförmigen Ausnehmung (19) besteht, in die die Wicklung (1) mit engem Sitz eingreift.
6. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche des die Wicklung (1) beaufschlagenden Wärmeabfuhrblockes (17) ein kurzer Zapfen (43) vorgesehen ist, welcher koaxial in die Wicklung (1) eingreift.
7. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten der Wicklung (1) vorgesehene Warmeabfuhrblöcke (17, 23) mit einer Klemmvorrichtung (27, 29) zusammengehalten werden.

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8. Wickelkondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung ein Joch (27) aus isolierendem Werkstoff enthält, welches einen der Wärmeabfuhrblöcke (23) an der von der Wicklung (1) abgelegenen Seite beaufschlagt und mit dem anderen Block (17) über Spannschrauben (29) verbunden ist.
9· Wickelkondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (27) den benachbarten Wärmeabfuhrblock (23) mit einer konvex gekrümmten Oberfläche beaufschlagt·
10. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (1) mit straffem Sitz von einer isolierenden Hülse (11) umgeben ist.
11.Wickelkondensator nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ränder der Hülse (11) und die benachbarten Stirnflächen der Wicklung (1) mit Zinkpulverschichten (13, 15) überlappend besprüht sind ·
12. Wickelkondensator nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) aus schrumpfbarem Kunststoff besteht und auf die Wicklung (1) aufgeschrumpft ist.

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13. Wickelkondensator nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (59) zwischen den Wärmeabfuhrblöcken (55, 57) in einen Harzblock eingekapselt ist.
14. Wickelkondensator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhrblöcke (55, 57) mit nach außen divergierenden Öffnungen (63, 65) versehen sind, in denen sich das Harz verankern kann, um die Blöcke (55, 57) mit der Wicklung (59) als einteiliges Bauteil zusammenzuhalten.
15. Wickelkondensator nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmeabfuhrblöcken (55, 57) mehrere einander ähnliche Wicklungen (59) angeordnet sind.

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