DE2807940C2

DE2807940C2 - Drehkondensator

Info

Publication number: DE2807940C2
Application number: DE2807940A
Authority: DE
Inventors: Johan Cornelis Jozef Antonius Tilburg Roozen; Jozephus Joannes Maria Smit; Adrianus Johannes Wagemakers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-08
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1981-10-08
Also published as: HK47081A; ATA156178A; NL7702451A; IN148369B; SE7802480L; MX143724A; DK97178A; PT67741A; AR212061A1; BR7801355A; IT1111611B; NL171392B; DK149243B; GB1553965A; FR2383512A1; AU513776B2; ES467585A1; NL171392C; IT7867455A0; AT368318B

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehkondensator mit einer Ober- und einer Unterplatte aus ultraschallschweißbarem Kunststoff, mit zwischen der Ober- und to der Unterplatte angeordnetem Stator und Rotor und mit die Ober- und die Unterplatte im Abstand voneinander haltenden Distanzsäulen, wobei zumindest zwei der Distanzsäulen mit der Oberplatte einstückig ausgebildet und zu zwei Distanzsäulen koaxial angeordnet 6ΐ sind, die mit der Unterplatte einstückig ausgebildet sind, und wobei zur Befestigung der Ober- und der Unterplatte aneinander je eine der zueinander koaxialen Distanzsäulen wenigstens teilweise rohrförmig gestaltet ist und die zu ihr koaxiale Distanzsäule in den rohrförmigen Teil eingesteckt ist, dergestalt, daß der Stator zwischen Vorsprüngen der ineinandergesteckten Distanzsäulen festgeklemmt ist.

Bei einem aus der GB-PS 11 32 552 bekannten Kondensator dieser Art sind alle Distanzsäulen zwischen Ober- und Unterplatte rohrförmige Säulen, durch die Ziehbolzen gesteckt sind, die in einer gesonderten Metallträgerplatte festgeschraubt sind, die sich unter der Unterplatte befindet. Die zum Befestigen der Bolzen erforderlichen Gewindelöcher in der Trägerplatte müssen einander genau gegenüberliegen; auch die Befestigungsbolzen selbst müssen äußerst genau hergestellt werden. Sowohl die Ziehbolzen (üblicherweise vier) als auch die zusätzliche Trägerplatte führen zu einem verhältnismäßig aufwendigen Aufbau, der nur durch hochspezialisierte Fachleute in der Massenherstellung angefertigt werden kann.

Es sei bemerkt, daß aus der DE-AS 14 89 179 ein Drehkondensator bekannt ist, dessen mit der Oberplaite einstückig ausgebildete Distanzsäulen aus einem warm verformbaren Kunststoff durch Warmstauchen mit einer Unterplatte verbunden werden. Durch das Warmstauchen der Säulen bildet sich aber ein sich um die Säulen erstreckender Kragen, der durch das unter Druckbelastung stehende Statorpakei. des Kondensators leicht elastisch oder plastisch verformbar ist. Der erwähnte Kragen biegt hierdurch um, wodurch die Druckkraft zwischen den Statorplatten nicht mehr ausreicht, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten.

Schließlich sei erwähnt, daß aus der GB-PS 12 25 628 eine Verbindung zwischen einem Kunststoff-Hohlstab und einer senkrecht darauf stehenden Kunststoffplatte bekannt ist. Die Verbindung wird dadurch angebracht, daß ein durch ein Loch in der Platte ragendes Ende des Stabes mit Sonotroden verschiedener Form ultraschallverformt wird. Der Kunststoff- Hohlstab wird bei dieser Art des Ultraschallverbinder,s Druckkräften ausgesetzt, die ein Ausbeulen bei der Verwendung in Drehkondensatoren bewirken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in Massenherstellung preisgünstig herzustellenden Kondensator zu schaffen, bei dem eine ausreichende Druckkraft zwischen den Statorplatten gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Drehkondensator eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Innenfläche des rohrförmigen Teils der Distanzsäulen mit Ausnahme eines Bereiches, in dem sie durch eine Ultraschallschweißverbindung mit der Außenfläche der eingesteckten Distanzsäulen verbunden ist, einen Spielraum zu der Außenfläche der eingesteckten Distanzsäulen aufweist und daß die Ultraschallschweißverbindung im Abstand von der Stirnfläche des rohrförmigen Teils liegt, so daß der rohrförmige Teil der Distanzsäulen zwischen der Ultraschallschweißverbindung und besagter Stirnfläche unter Druckspannung, die eingesteckten Distanzsäulen hingegen ab der Ultraschallschweißverbindung unter Zugspannung stehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Drehkondensators nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des beanspruchten Kondensators,

Fig.2 eine Unteransicht des Kondensators nach Fig.!,

F i g, 3 einen Längsschnitt durch ein erstes Paar von Distanzsäulen des Kondensators längs der Ebene IH-III der F i g, 2,

Fig,4 einen Längsschnitt durch ein zweites Paar von Distanzsäulen des Kondensators längs der Ebene IV-IV der Fig.2,

F i g. 5 im Detail die Stelle, an der die Ultraschallverbindung zwischen der Oberplatte und einer Distanzsäule gebildet wird.

Der in F i g. 1 veranschaulichte Drehkondensator ist ein Kondensator vom sogenannten Mehrfachtyp mit einer Anzahl von Statorpaketen 1, 3 und 5 und einer Anzahl von Rotorpaketen 7,9 und 11. Die Pakete 1 und 7, 3 und 9, 5 und 11 bilden je einen Drehkondensator. Die Rotorpakete 7,9 und 11 sind auf einer Rotorachse 13 befestigt, die nahe ihrem einen Ende in einer Oberplatte 15 und nahe ihrem anderen Ende in einer Unterplatte 17 lagert.

Die Rotorpakete 7, 9 und 11 sind zwischen zwei Tragringen 8 und 10 eingeschlossen, die seihst wieder zwischen einer Mutter 12 und einem Achsvorsprung 14 eingeschlossen sind. Bei Verdrehung der Rotorachse 13 werden die Rotorpakete 7, 9 und 11 in bezug auf die zugeordneten Statorpakete 1, 3 bzw. 5 simuhan verdreht. Die Rotorachse 13 kann mit Hilfe eines nahe seinem in der Unterplatte 17 liegenden Ende angeordneten gezahnten Bedienungsknopfes 19 verdreht werden. Die Stator- und Rotorpakete können auf übliche Weise aus durch Metalldistanzringe im Abstand voneinander gehaltenen Metaliplatten aufgebaut sein, wobei sich zwischen zwei direkt gegenübereinander liegenden Rotor- und Statorplatten in einem Paket jeweils eine ortsfeste Dielektrikumfolie befindet Die Stator und/oder Rotorplatten können jedoch auch mit einer dielektrischen Schicht, wie Paraxylylen, versehen sein. Die losen Dielektrikumfolien können dann entfallen. Die Statorplatten werden durch Metalldistanzringe im Abstand voneinander gehalten. So werden beispielsweise die vier Statorplatten des Statorpakets 1 durch Distanzringe 21, 23 und 25 im Abstand voneinander gehalten.

Sowohl die Oberplatte 15 als auch die damit parallel verlaufende Unterplatte 17 besitzen je vier senkrecht zur Ebene der Platten stehende Distanzsäulen, von denen in F i g. 1 nur zwei sichtbar sind. Von den der Oberplatte 15 zugeordneten Distanzsäulen sind nur die Säulen 27 und 29 sichtbar, während von den der Unterplatte 17 zugeordneten vier Distanzsäulen nur die Säulen 31 und 33 sichtbar sind. Die Säulen 27 und 29 besitzen durchgehende, abgestufte kreiszylindrische Hohlräume 35 und 37 und sind daher rohrförmig ausgeführt. Die Säulen 31 und 33 der Unterplatte 17 sind massiv und ragen mit einem Ende 39 bzw. 41 durch die rohrförmigen Säulen 27 und 29. Deutlichkeitshalber sind in den F i g. 3, 4 und 5 die Säulen 27 und 31 bzw. die Säulen 29 und 33 in detaillierterem Längsschnitt dargestellt. Die Statorpakete 3 und 5 sind über Distanzringe zwischen einer Stirnfläche 43 der rohrförmigen Säule 27 und einem Vorsprung 45 der massiven Säule 31 eingeklemmt. Das Statorpaket 1 ist auf ähnliche Weise zwischen einer Stirnfläche 47 der rohrförmigen Säule 29 und einem Vorsprung 49 der massiven Säule 33 eingeklemmt. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, ist jedes Statorpaket stets zwischen zwei Distanzsäulenpaaren eingeklemmt. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist jedes Stasymmetrisch liegen.

Jede der vier rohrförmigen Säulen besitzt einen verhältnismäßig engen kreiszylindrischen Teil mit einem Durchmesser, der nahezu gleich dem Durchmesser der massiven Säulen an der Stelle der zu bildenden Ultra-Schallschweißverbindung ist So besitzen die in den Fig,3, 4 und 5 dargestellten rohrförmigen Säulen die verhältnismäßig engen Teile 51 und 53. Die massiven Säulen werden vorzugsweise konisch mit einer Neigung von 1 zu 100 ausgeführt Der Durchmesser der zylindrischen massiven Säulen 31 und 33 wird so gewählt, daß an der Stelle der Bezugsziffern 55 und 57 eine Schubpassung oder eine ringförmige öffnung mit einer Breite von nicht mehr als etwa 0,05 mm entsteht Die Unterplatte 17 und die damit als Einheit hergestellten (vier) massiven Säulen bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoff wie die Oberplatte 15. Die Platten 15 und 17 werden vorzugsweise gespritzt. Als Werkstoff für die Platten 15 und 17 können beispielsweise folgende Kunststoffe benutzt werden:

" — Polystyren

— Styrenacrylonitri!

— Polycarbonat

— Acrylonytril-Butadienstyren

— Polyazetat

~^Ί — Polymethyl-Metacrylat

— Polyamide

— Polypropylen

— Polyvinylchlorid

— Polyphenylenoxyd

— Polysulfon.

Die erwähnten Kunststoffe werden vorzugsweise mit Glasfasern gefüllt, um ein Kriechen zu vermeiden.
Zum Zusammensetzen des in F i g. 1 dargestellten

r> Kondensators wird dieser mit seiner Oberplatte 15 auf einem Widerlager 59 aufgestellt. Anschließend wird für einige Zeit an das Kondensatorchassis mit Hilfe einer an die Unterplatte 17 gedrückten Ultraschallschweißelektrode 61 (Sonotrode) Ultraschallenergie zugeführt.

w Die Sonotrode 61 ist mit einer an sich bekannten Ultraschallschweißapparatur gekoppelt. Der Anliegedruck der Sonotrode 61 liegt vorzugsweise zwischen 0,276· 10⁶ und 0,31 · 10⁶ N/m². Die Schweißzeit beträgt etwa 0,07 Sekunde und die Nachdiückzei! etwa 0,2

4") Sekunde für den Kondensator nach Fig. 1. Während der Schweißzeit von 0,07 Sekunde tritt in den massiven Säulen 31 und 33 eine seitwärts gerichtete Schwingung mit einer Amplitude auf, die etwas größer oder gleich den erwähnten 0,05 mm an den Stellen 55 und 57 ist.

ίο Nur an den Stellen 55 und 57 tritt dadurch eine so große mechanische Reibung zwischen den massiven und den rohrförmigen Säulen auf, daß sich eine (ringförmige) Ultraschallschweißverbindung bildet. Etwa 0,2 Sekunden r-jc'i dem Schweißen ist die Ultraschallschweißung

V) so weit abgekühlt, daß eine ausreichende mechanische Stärke in der Sch*t.ißung erreicht worden ist, um den Kondensator aus der Schweißapparatur herauszunehmen. Im fertiggestellten Kondensator steht der Teil der massiven Säulen, der über den Vorsprüngen 45 und 47

M> liegt, unter Zugspannung, während die rohrförmigen Säulen unter Druckspannung stehen. Die Druckspannung in den rohrförmigen Säulen sorgt für eine ausreichende, dauerhafte Andruckkraft der Statorpakete 1, 3 und 5. Da beim Schweißen nur an den Stellen 55 und

fts 57 ein inniger mechanischer Kontakt zwischen den rohrförmigen und massiven Säulen vorhanden ist, ist gewährleistet, daß nur an diesen Seilen eine Ultraschall-Schweißverbindung gebildet wird. Es ist wichtig, daß

die Stelle der Ultraschallsehweißverbindung scharf definiert ist, wenn man die Andruckkraft aller Stirnflächen der rohrförmigen Säulen an den Statorpaketen groß genug und gleich haben möchte. Das Widerlager 59 kann mit vier Bohrungen 64, aber auch mit zwei diagonal einander gegenüberliegenden Bohrung 64 versehen sein. Im ersten Fall werden alle vier Ultrasch-illschweißverbindungen in einem einzigen Schweißzyklus gebildet und empfiehlt es sich, das Widerlager kippbar anzuordnen. Im letzten Fall wird in zwei Schweißzyklen jeweils ein Paar diagonal einander gegenüberliegender Ultraschallschweißverbindungen gebildet.

Gleichzeitig mit den Statorpaketen werden auch externe Anschlüsse 63 und 65 eingeklemmt, die in an die Unterplntte 17 angespritzten Zylindern 67 und 69 geführt sind. An die Unterplatte 17 sind ebenfalls Träger 71 und 73 angespritzt, die sich mit ihren Vorsprüngen 75 und 77 auf einer Leiterplatte abstützen können. Die Träirer 7! und 73 sind mit zylindrischen Nocken 79 und 8t versehen, die in Löcher einer Leiterplatte passen. Die Nocken 79 und 81 verhindern, daß beim Loten eine Bewegung des Kondensators auftritt und daß nach dem Löten beim Anstoßen an den Kondensator die Lötver-

■> bindungen zwischen den Anschlüssen 63 und 67 und den Leitern einer Leiterplatte belastet werden. Der Bedienknopf 19 ist durch ein Loch in der Leiterplatte zugänglich und so lang, daß während des Wellenlötens keine Störung im Strömungsmuster im Wellenlötbad

ι» auftritt.

Schließlich sei erwähnt, daß es zum Erhalten einer definierten Stelle der IJItraschallschweißverbindungen auch möglich ist. die massiven Distanzsäulen kreiszylindrisch und die Obcrplattc mit Säulen auszuführen. . die eine teilweise konisch verlaufende Bohrung aufweisen. Auch verhältnismäßig sprunghafte Verkleinerungen im offenen Raum zwischen den rohrförmigen Säulen und den massiven Säulen können benutzt werden.

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Claims

Patentansprüche;

1. Drehkondensator mit einer Ober- und einer Unterplatte aus ultrasehallschweißbarem Kunststoff, mit zwischen der Ober- und der Unterplatte angeordnetem Stator und Rotor und mit die Ober- und die Unterplatte im Abstand voneinander haltenden Distanzsäulen, wobei zumindest zwei der Distanzsäulen mit der Oberplatte einstückig ausgebildet und zu zwei Distanzsäulen koaxial angeordnet sind, die mit der Unterplatte einstückig ausgebildet sind, und wobei zur Befestigung der Ober- und der Unterplatte aneinander Je eine der zueinander koaxialen Distanzsäulen wenigstens teilweise rohr- π förmig gestaltet ist und die zu ihr koaxiale Distanzsäule in den rohrförmigen Teil eingesteckt ist, dergestalt, daß der Stator 2:wischen Vorsprüngen der ineinandergesteckten Distanzsäulen festgeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des rohrförmigen Teils der Distanzsäulen (27,29) mit Ausnahme eines Bereichs, in dem sie durch eine Ultraschallschweißverbindung mit der Außenfläche der eingesteckten Distanzsäulen (31, 33) verbunden ist, einen Spielraum zu der Außenfläche der eingesteckten Distanzsäulen (31, 33) aufweist und daß die UltraschalLschweißverbindung im Abstand von der Stirnfläche des rohrförmigen Teils liegt, so daß der rohrförmige Teil der Distanzsäulen (27,29) zwischen der Ultraschallschweißverbindung jo und besagter Stirnfläche unter Druckspannung, die eingesteckten Distanzsäulen (31, 33) hingegen ab der UltraschallschweiBverbirdung unter Zugspannung stehen.

2. Drehkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Innenfläche des rohrförmigen Teils der Distanzsäulen (27, 29) und der Außenfläche der darin eingesteckten Distanzsäulen (31,33) im Bereich der zu bildenden Ultraschallschweißverbindung am klein- w sten ist.

3. Drehkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesteckten Distanzsäulen (31, 33) massiv sind und daß der Innendurchmesser des rohrförmigen Teils der Distanz- 4i säulen (27, 29) im Bereich der Ultraschallschweißverbindung auf einen Wert abfällt, der dem Außendurchmesser der eingesteckten Distanzsäulen (31, 33) in diesem Bereich nahezu gleich ist.

4. Drehkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterplatte (15; 17) und die mit ihnen einstückig ausgebildeten Distanzsäulen (27, 29; 31, 33) aus Polycarbonat mit Glasfaserfüllung bestehen.