DE2726525A1

DE2726525A1 - Impraegnierter nurfolienkondensator

Info

Publication number: DE2726525A1
Application number: DE19772726525
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Wenzel
Original assignee: Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
Current assignee: Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
Priority date: 1976-06-15
Filing date: 1977-06-11
Publication date: 1977-12-29
Also published as: FR2355363A1; GB1542583A; AT364057B; ATA437976A; FR2355363B3

Description

DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4o19 Telex 8516895

Patentanmeldung

Telephon- und Telegraphen-Fabriks-Aktiengesellschaft Kapsch & Söhne in Wien, A-1121 Wien, Wagenseilgasse 1

Imprägnierter Nurfolienkondensator

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Folienwickelkondensators, wobei aus zwei Elektroden und

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einem mindestens eine gereckte Kunststoff-Folie umfassenden Dielektrikum ein Wickel gebildet und anschließend imprägniert wird, sov/ie auf einen nach einen derartigen Verfahren hergestellten Kondensator.

Kondensatoren deren Dielektrikum ausschließlich aus Kunstharz besteht, sind im allgemeinen jenen Kondensatoren überlegen, bei denen zusätzlich zu Kunststoff-Folien auch noch Papierlagen zwischen den Elektroden vorgesehen sind, oder bei denen das Dielektrikum ausschließlich aus Papier besteht. Gut imprägnierte Nurfolienkondensatoren erreichen bei den üblichen Stärken des Dielektrikums von 2-20 Glimmeinsatzfeldstärken von 100 - 120 Ί//₍ gegenüber 55 - 75 V^t/ bei Mischfolienbauweise und 30 - 40 V/;/ bei ausschließlicher Verwendung von Papierfolien im Dielektrikum. Die entsprechenden Durchschlagsfeldstärken betragen 400 V//J bzw. 300 Ί/ju bzw. 15C V/m . Die deutliche Überlegenheit der Verwendung von Kunstharzfilmen für den Aufbau eines Dielektrikums dürfte vor allem darauf zurückzuführen sein, daß sie nur in geringem Ausmaß Gaseinschlüsse oder leitende Teilchen enthalten, entlang der ei' sich bei hohen Spannungen Strompfade ausbilden. Jedenfalls steht fest, daß sich bei Nurfolienkondensatoren die Betriebsfeldstärke so weit erhöhen läßt, daß gegenüber Papierkondensatoren ohne weiteres die Häufte des Volumens eingespart werden kann. Die Vermeidung von Papierzwischenlagen führt jedoch keineswegs bloß zu Volums- und damit Materialeinsparungen, sondern es ergibt sich auch der zusätzliche Vorteil, daß die vor dem Imprägnieren notwendige Evakuierung des Kondensatorwickels nicht durch die Notwendigkeit, den hohen Feuchtigkeitsgehalt von Papier abzubauen, in die Länge gezogen wird.

Trotz der bekannten Vorzüge der Nurfolienkondensatoren haben sich diese bisher in der Praxis nicht durchgesetzt. Diesjhat seine Ursache darin, daß die Imprägnierung eines lediglich

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aus Kunststoff-Folien bestehenden Wickels ab einer Folienbreite von etwa 10 era ohne Verwendung einer als Docht v/irkenden Papierzv/ischenlage nur möglich ist, v/enn dafür Sorge getragen wird, daß benachbarte Folien bzw. Folien und Elektroden nicht satt aneinander liegen. In diesem Sinne wurden verschiedene Vorbehandlungen der Kunststoff-Folien oder der Metallelektroden vorgeschlagen, wie Aufrauhen, Prägen, partielles Entrecken u.a. Diese Verfahren sind nicht nur kostspielig, sondern es besteht auch dauernd die Gefahr, daß durch die Verformung der hauchdünnen Folien in diesen Risse und Unregelmäßigkeiten entstehen, die den gewünschten Erfolg in Frage stellen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren und erlaubt es, zum Herstellen des Folienwickels in üblicher Weise für Elektroden und Dielektrikum glatte Folien zu verwenden. Die für die Imprägnierung notwendigen mikroskopischen Zwischenräume zwischen den einzelnen Folien werden erst hergestellt, wenn die Folien bereits zu einem Wickel verarbeitet und dadurch geschützt sind. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß vor dem Imprägnieren der V/ick el auf eine Temperatur gebracht wird, die mindestens/hoch ist wie die Entreckungstemperatur mindestens einer gereckten Folie, welche wenigstens einer bei dieser Temperatur sich nicht oder nicht in gleidiem Ausmaß entreckenden Folie benachbart ist, und daß der Wickel bei dieser Temperatur gehalten wird, bis sich die sich nicht oder weniger stark entreckenden Folien in Falten oder Wellen legen.

Daß die der schrumpfenden Folie benachbarten Folien bei der vorgesehenen Temperaturerhöh-fung ihre Länge beibehalten und sich dadurch in Falten legen, kann dadurch erreicht werden, daß diese Folien entweder nicht aus Kunststoff bestehen, was im Regelfall für die Elektroden zutrifft, oder aber, daß die verwendeten Kunststoff-Folien von vorneherein nicht gereckt sind. Werden gereckte Folien verwendet, die sich in Falten legen sollen, so ist darauf zu achten, daß bei der vorge-

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3ebenen Erwärmung ihre Entrecktemperatur entwdder überhaupt nicht erreicht wird, oder aber daß sie weniger gereckt sind, als die zu starker Schrumpfung bestimmten Nachbarfolien.

Zahl und Größe der entstehenden Falten der nicht oder wenig schrumpfenden Folien lassen sich dadurch beeinflußen,. daß beim Entreckvorgang die Ausdehnungsmöglichkeit des Wickels normal zur Folienebene vorbestimmt v/ird. Die besten Ergebnisse werden dabei erzielt, wenn der Wickel vor seiner teilweisen Entreckung so weit zusammengepreßt wird, daß er noch um etwa 3 °o zusaiamenpreßbar wäre und während des Sntreckvorganges zusammengepreßt gehalten wird. Die entstehenden Wellen liegen umso näher beisammen und weisen umso geringere Höhe auf, je geringer die AusdehnungsmÖglichkeit des Wickels normal zur Folienebene beim Entreckvorgang ist.

Stark schrumpfende Folien, die für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können, können beispielsweise aus folgenden Materialien hergestellt v/erden (Sntrecktemperatur in Klammer) '
Polyäthylen (100° C)
Styroflex (100° C)
Polypropylen (115 C)
Polykarbonat (140° C)
Polyester (150°)
Polysulfan (180°)

Durch Auswahl der Folienmaterialien hat man es weiter in der Hand, die Teraperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten auszugleichen, wenn man eine Folie mit negativen Temperaturkoeffizienten mit einer Folie mit positiven Temperaturkoeffizienten verwendet. Nan kann daher weitgehendst kapazitätskonstante Kondensatoren bauen.

Für die Lösung eignen sich besonders PolypropylenfoliEn kombiniert mit mindestens einer Polykarbonatfolie. Die PoIy-

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karbonatfolie hat nämlich eine um mindestens 20 C hö2er26525 Sßhrumpfteinperatur als Polypropylenfolie und einen zu Polypropylen ausgleichenden Temperaturkoeffizienten der Kapazität.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anschließend an Hand der Zeichnung erläutert. In der Fig. 1 ist schaubildlich ein Folienwickel dargestellt, wogegen aus Fig. 2 die Anordnung mehrerer Folienwickel in einem Gehäuse scheraatisch hervorgeht. Fig. 3bis 7 stellen schematisch fünf Beispiele für erfindungsgemäße Folienkombinationen dar.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich zunächst überhaupt nicht von der zur Herstellung von Wickelkondensatoren üblichen Vorgangsweise, worin ja sein besonderer Vorzug liegt. Um den in Fig. 1 dargestellten Wickel 4 aus zwei als Elektroden 1 dienenden Aluminiumfolien und dazu angeordneten Kunststoff-Folien 2 herzustellen, benötigt man nur die üblichen V/ickelvorrichtungen, welche die noch völlig glatten Folien aufwickeln. Der Wickel 4 ist in üblicher Weise mit Anschlüssen 3 versehen. Die so hergestellten Flachv/ickel werden nun, wie in Fig. 2 ganz scheraatisch dargestellt ist, in bekannter Weise in Pateten übereinander montiert, wobei auch die notwendigen elektrischen Verbindungen hergestellt v/erden. Durch einen Rahmen 6 v/erden die Wickel 4 dabei unter einem gewissen Preßdruck gehalten. Während bei den üblichen Verfahren jedoch angestrebt wird, den Stapel von Mckeln 4 soweit wie möglich zusammenzudrücken, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren den Folien in den einzelnen Wickeln eine gewisse Möglichkeit gelassen, sich normal zur Folienebene an einzelnen Stellen zu distanzieren. Um das richtige Maß der Zusammenpressung zu finden, empfiehlt es sich, den Wickelstapel zunächst aufs Äußerste zu komprimieren und anschließend den Rahmen 6 so weit zu verstellen, daß sich der Stapel um etwa 3 % ausdehnt; der so hergestellte Stapel von Wickeln 4 wird anschließend in bekannter Weise in ein Gehäuse 5 eingebracht, das eine erst nach dem Imprägnieren verschlossene Öffnung aufweist.

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Anschließend erfolgt eine Evakuierung der Kondensatoren auf

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10 bis 10 Endvakuum. Wie die Erfindung auch bei Kondensatoren angewendet werden könnte, die auh Papierlagen aufweisen, so zeigt sich doch gerade bei diesem Verfahrensschritt der Vorteil, der darin liegt, die Wickel 4 nur aus Kunststoff lund Metall aufzubauen, da hiedurch die für die Evakuierung benötigte Zeit stark herabgesetzt wird.

Während der Evakuierung folgt nun der erfindungsgemäße Verfahrensschritt der Aufheizung der Kondensatoren auf eine Temperatur, die über der Entrecktemperatur wenigstens einer der in den Wickeln 4 enthaltenen gereckten Kunststoff-Folien liegt. Nach dem Entreckprozeß werden die Kondensatoren auf die je nach verwendeter Imprägnierflüssigkeit vorgeschriebene Imprägniertemperatur abgekühlt (nach Dampfdruckteraperaturkurve) z.B. Trichlodyphenyl 70 - 80 C, Polybuthen 100° C, Mineralöl 80 C. Nach Abkühlung auf Imprägniertemperatur wird wie bisher auch das gut aufgereitete Imprägniermittel unter Vakuum in einen Imprägnierkessel eingelassen und die Kondensatoren imprägniert. Nach dem Imprägnieren werden die Kondensatoren nach Absperren der Vakuumpumpen auf 90 bis 105 C aufgeheizt und je nach Größe der Kondensatoreinheiten 2 bis 20 Stunden geheizt. Nach dem Abkühlen werden die Kondensatoren aus dem Imprägnierkessel herausgenommen, nachgefüllt und die Imprägnieröffnung des Behälters 5 zugelötet.

Im Rahmen der Erfindung können die vaschiedensten Schichtfolgen beim Aufbau eines Wickels 4 gewählt werden. Insbesondere ist es, wie Fig. 3 zeigtv nicht notwendig,die Elektroden 1 als gesonderte Folien auszubilden, sie können vielmehr in einer Metallisierung der als Dielektrikum dienenden Kunststoff-Folien bestehen. Fig. 3 zeigt dabei scheraatisch den Zustand des Wickels nach dem Schrumpfen der Kunststoff-Folie 2, welches dazu geführt hat, daß die Folie 2¹ nun normal zu ihrer Längserstreckung im allgemeinen über die ganze Folienbreite erstreckende Falten 7 aufweist. Diese Falten bzw. die ent-

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sprechenden Hohlräume zwischen den Folien erlauben das Eindringen der Imprägnierflüssigloit bis in ccn Mittelbereich auch 600 mm breiter Nickel. Besonders vorteilhaft ist es, daß sich die "eingeschrumpften Folien 2' nicht selbst überlappen, die Falten 7 also nicht S-förmig sind, was zu Beschädigungen der Folien führen könnte.

Der Wickel nach Fig. 4 entspricht der Darstellung in Fig. Er besteht aus nach de:u v/ickeln getemperten Kunststoff-Folien 2, durch deren Schrumpfen sich die als Elektroden 1 dienenden Aluminiurnfolien in Falten legen.

Bei den Ausführungen nach Fig. 5 bis 7 bleiben nicht nur die Elektroden 1 ungeschrumpft, sondern auch im dazwischenliegenden Dielektrikum wechseln geschrumpfte Folien 2 und ungeschrumpfte, gefältelte Folien 2^T miteinander ab. Der Unter schied der drei letztgenannten Ausführungen besteht dabei darin, daß im Falle nach Fig. 5 ein ständiger Wechsel geschrumpfter und ungeschrurapfter Folien erzielt wird, was das Eindringen der Imprägnierflüssigkeit in optimaler Weise ermöglicht. Bei der Ausführung nach Fig. 6 hingegen ähnelt das Verhalten der an den Elektroden 1 anliegenden Kunststoff-Folien 2¹ weitgehend jenem der Elektroden 1 selbst. Dies hat den Vorteil, daß die Elektroden 1 mechanisch wenig beansprucht v/erden. Andererseits besteht die Schwierigkeit beim Einbringen der Imprägnierflüssigkeit zwischen aneinanderliegende Folien ohnedies vor allem dort , wo mehrere Kunststofflagen aneinanderschließen, wogegen zwischen Metall und Kunststoff leichter Imprägnierflüssigkeit einzubringen ist. Die Ausführung nach Fig. 7 wird vor allem dann gewählt werden, wenn die erforderliche Gesamtdicke des Dielektrikums geringer ist.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung mit Trichlordyphenyl imprägnierter Leistungskondensatoren verwendet, so können beispielsv/eise bei der Ausführung nach Fig. 5 zwei 12 dicke Polypropylenfolien verwendet v/erden, die eine 6 dicke Polykarbonatfolie einschließen. In diesem

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Felle eignet sich der Kondensator zur Verwendung bei 1500 Yw, 50 Hz. Sin Kondensator nach Fig. 7 rait je einer 6 dicken Polypropylen - bzv/. Polykarbonatf oli e entsrjricht den Betriebsbedingungen 600 Vv/, 50 Hz. Selbstverständlich kann als Imprägniermittel auch jede andere für diesen Zweck bewährte Flüssigkeit verwendet v/erden.

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Claims

Patentansprüche

M. j Verfahren zur Herstellung eines Foliemvickelkondensators, wobei aus zwei Elektroden und einem mindestens eine gereckte Kunststoff-Folie umfassenden Dielektrikum ein Wickel gebildet und anschließend imprägniert wird, dadurdi gekennzeichnet, daß vor dein Imprägnieren der Wickel auf eine Temperatur gebracht wird, die mindestens so hoch ist wie die Entreckungstemperatur mindestens einer gereckten Folie, welche wenigstens einer bei dieser Temperatur sich nicht oder nicht im gleichen Ausmaß entreckenden Folie benachbart ist, und daß der Wickel bei dieser Temperatur gehalten wird, bis sich die sich nicht oder weniger stark entreckenden Folien in Falten oder Wellen legen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel vor seiner teilweisen Sntreckung so v;eit zusammengepreßt wird, daß er noch um etwa 3 % zusamineripreßbar.· wäre und während des Enireckvorganges zusammengepreßt gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daßbei Verwendung gereckter Folien aus verschiedenem Material zum Aufbau des Wickels nur bei einem Teil der Folien vor dem Imprägnieren die Entrecktemperatur überschritten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daduith gekennzeichnet, daß bei Verwendung in verschiedenem Ausmaß gereckter Folien zum Aufbau des Wickels bei beiden Folien die Entrecktemperatur vor dem Imprägnieren überschritten v/irä.

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20163 3-,/ei
5. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer gewellten bzw. gefältelten metallisierten Kunststoff-Folie und einer (entreckten) glatten metallisierten Kunststoff-Folie besteht.
6. Nach dem Verfahren geaäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei gewellten bzw. gefältelten Metallfolien und je einer dazwischen angeordneten (entreckten) Kunststoff-Folie besteht.
7. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Metallfolien besteht, zwischen denen je drei Kunststoff-Folien angeordnet sind, wobei die Metallfolie!! und die mittlere Folie gewellt bzw. gefältelt und die beiden anderen (entreckten) Folien glatt sind.
8. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zweilletallfolien besieht, zwischen denen je drei Kunststoff-Folien angeordnet sind, wobei die Metallfolien und die äußeren der beiden Folien gewellt bzw. gefältelt und die mittlere (entreckte) Folie glatt sind.
9. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zv/ei gewellten bzw. gefältelten Metallfolien und je zwei dazwischen angeordneten Kunstetoff-Folien besteht, von denen eine (entreckte) glatt und eine gewellt bzw. gefältelt ist.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeihnet, daß die gefältelten Kunststoff-Folien aus Polykarbonat und die geschrumpften glatten Folien aus Polypropylen bestehen«

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