DE2825960C2

DE2825960C2 - Elektrischer Wickelkondensator

Info

Publication number: DE2825960C2
Application number: DE19782825960
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Phys. Dr. 8501 Stein Baumgärtner
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1978-06-14
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE2825960A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit einem Kondensatorwickel aus in axialer Richtung schrumpffähigen Kunststoffolien als Dielektrikum, auf denen dünne Metallschichten als Belegungen angeordnet sind, die über metallische Stirnkontaktschichten mit äußeren Anschlüssen verbunden sind, bei dem der Wickel in einem nicht dicht verschlossenen Gehäuse angeordnet ist und bei dem im Überlastungsfall der Stromweg zwischen den Belegungen und den äußeren Anschlüssen durch teilweises Abheben der Stirnkontaktschichten von den Wickelstirnseiten unterbrochen wird.

Ein solcher Kondensator ist aus der DE-OS 20 60 907 bekannt. Bei diesem Kondensator besteht der Kondensatorwickel aus metallisierten, in axialer Richtung schrumpffähigen Kunststoffolien und hat metallische Stirnkontaktschichten, die mit äußeren Anschlüssen verbunden sind. Im Überlastungsfall wird der Stromweg zwischen den Belegungen und den äußeren Anschlüssen dadurch unterbrochen, daß die Stirnkontaktschichten teilweise von der Wickelstirnseite abgehoben werden.

Hierzu ist eine Schwachstelle in der Stirnkontaktschicht an der Stelle vorgesehen, wo sie mit den äußeren Anschlußelementen verbunden ist Die einzelnen Ausführungsbeispiele dieser Vorveröffentlichung zeigen ausschließlich Schwachstellen im Bereich des Wickelkernrohres, in dem der mit der Stirnkontaktschicht verbundene Anschlußdraht verankert ist

Da die bei der bekannten Ausführungsform angestrebte Unterbrechung der Stirnkontaktschicht auf dem unterschiedlichen Verhalten der Wickelfolien einerseits und des Kernrohres andererseits beim Erwärmen beruht ist es, um die Abschaltvorrichtung zur Wirkung zu bringen, nach dieser bekannten Ausführungsform unbedingt erforderlich, daß ein Kernrohr vorhanden ist, das aus einem Material besteht, das sich nicht zugleich mit dem Wickel zusammenzieht

Aus der DE-OS 15 64 711 ist weiter ein regenerierfähiger elektrischer Kondensator bekannt bei dem die dünnen Metallbeläge einen Flächenleitwert von maximal 0,8 Siemens haben, was einem Flächenwiderstand von minimal 1,25 Ohm entspricht Die Metallbeläge dieses Kondensators sind beidseitig auf Papier aufgebracht, das im Wickel im feldfreien Raum liegt Die als Dielektrikum dienenden Polypropylenfolien sind nicht mit einer Metallschicht versehen. Dieser Aufbau wurde bei der bekannten Ausführungsform deshalb gewählt, weil es sich um einen regenerierfähigen Kondensator handelt, bei dem Fehlstellen durch Ausbrennen der Metallisierungsschicht um die Fehlstelle herum ausgeheilt werden. Dies ist aber bei metallisierten Polypropylenfolien in der Regel nicht möglich, da bei einem Durchschlag das Kunststoffdielektrikum an der Durchschlagstelle einerseits verkohlt, andererseits zum Schmelzen kommt so daß eine eindeutige Isolierung der Fehlstelle durch Wegbrennen des aufgebrachten Metallbelages nicht stattfindet

Aus der DE-AN B 17 017, bekanntgemacht am 19.02. 1953, ist ein selbstausheilender Kondensator bekannt, bei dem die Metallbeläge einen Widerstand im Bereich von 1,5 bis 10 Ohm/cm² haben sollen. Bsi diesem Kondensator handelt es sich auch um einen selbstausheilenden Kondensator, bei dem die dünne Metallbelegung in der Regel auf Papier und nicht auf Kunststoff angeordnet ist. Bei dem bekannten Kondensator soll die Aus-(leitfähigkeit der Metallisierungsschicht dadurch verbessert werden, daß die Schicht dünner als 0,05 μηι gemacht wird. Es wird aber trotz der dünnen Schichten angestrebt, daß diese eine möglichst große elektrische Leitfähigkeit haben. Aus dem ganzen Inhalt der Vorveröffentlichung kann daher entnommen werden, daß trotz der angestrebten geringen Schichtdicke eine möglichst große elektrische Leitfähigkeit, also ein möglichst niedriger Flächenwiderstand angestrebt wird. Es ist daher anzunehmen, daß der Fachmann bestrebt sein wird, den Flächenwiderstand möglichst nahe bei dem unteren Wert von 1,5 Ohm pro Quadratzentimeter zu halten.

Aus der DE-OS 18 06 924 ist ein in eine Umhüllung eingebauter Wickelkondensator bekannt, welcher eine Schutzeinrichtung hat, die verhindert, daß bei Überhitzung des Wickels die Hülle zersprengt wird. Die dicht verschlossene Hülle ist dazu innen mit zwei Verankerungseinrichtungen versehen, von denen die eine einen Anschlußdraht mit der Hülle und die andere den Wickel mit der Hülle verbindet. Der Wickel besteht aus einer metallisierten Kunststoffolie, insbesondere aus Polypropylen. Bei Überhitzung des Wickels soli sich der Wickel in axialer Richtung zusammenziehen und dabei mindestens eine der stirnseitigen Metallkontaktschichten vom

Wickel lösen. Eine solche Vorrichtung hat einen komplizierten Aufbau und arbeitet nicht zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kondensator der eingangs genannten Art weiter zu vereinfachen und zu verbilligen.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Beim Kondensator mit den beanspruchten Merkmalen schließt im Überlastungsfall der hohe Flächenwiderstand der Metallisierungen einen hohen Kurzschlußstrom aus, so daß eine spontan einsetzende große Energieaufnahme nicht stattfinden kann. Auch eine Druckzunahme innerhalb des Gehäuses ist unkritisch, weil es nicht luftdicht abgeschlossen ist Das Dielektrikum schrumpft bevorzugt in axialer Richtung, so daß die aufgespritzte Kontaktschicht wenigstens teilweise abgehoben wird, weil sie nicht sehr gut auf dem Wickel haftet Da eine eventuell noch verbleibende Kontaktierung unter hoher Strombelastung steht, brennt der restliche Kontakt ab. Infolge des Innendruckes im Gehäuse wird die Kontaktschicht völlig abgehoben und von den Belegungen sicher getrennt Mittels dieser Maßnahmen wird eine zuverlässige Sicherung des Kondensators ohne zusätzliche Sicherungselemente erreicht Der Kondensator weist einen sehr einfachen und unkomplizierten Aufbau auf: Er muß nicht mit einem Kernrohr versehen sein. Weist der Kondensator ein Kernrohr auf, so muß dieses nicht verschlossen sein. Die äußeren Anschlüsse können an einer beliebigen Stelle der Wickelstirnfläche mit der Kontaktschicht in einfacher Weise, beispielsweise durch Löten, verbunden sein.

Das Gehäuse des elektrischen Wickelkondensators ist nicht luftdicht abgeschlossen. Es weist vorzugsweise eine zylindrische Form auf und kann beispielsweise mit einem aufschnappbaren Deckel verschlossen sein. Als Material für das Gehäuse ist vorzugsweise Kunststoff verwendet; es muß weder verformbar noch wärmeleitend ausgebildet sein. Der Wickelkörper des Kondensators ist frei schwebend im Gehäuse angeordnet; er kann auf einem Wickeldorn oder auf ein Kernrohr gewickelt sein.

Das Dielektrikum des Kondensators besteht aus Folien aus Polypropylen, es soll bevorzugt in axialer Richtung schrumpffähig sein. Die Belegungen des Kondensators sind in Form von Metallisierungen auf die Dielektrikumsfolien aufgebracht. Die Metallisierungen sind aus aufgedampftem Aluminium ausgebildet derart, daß sie einen hohen Flächenwiderstand aufweisen. Der Flächenwiderstand liegt in der Größenordnung von 4 bis 6 Ohm.

Wenigstens eine Stirnfläche, vorzugsweise jedoch beide Stirnflächen des Kondensatorwickels, ist bzw. sind teilweise mit einer Kontaktschicht versehen, welche die Belegungen des Kondensators mit seinen äußeren Anschlüssen verbindet Die äußeren Anschlüsse sind in einfacher Weise mit der Kontaktschicht verbunden; sie sind beispielsweise auf die Kontaktschicht gelötet. Die Kontaktschicht ist aus einem Material gebildet, das einen Schmelzbereich von 180⁰C bis 260⁰C aufweist; hierfür ist bevorzugt eine Blei-Zinn-Legierung (L-PbSn 30) verwendet. Die Kontaktschicht hat eine Schichtdicke von 1 mm bis 2 mm. Sie ist als Spritzschicht aufgebracht, um die Haftung auf den Stirnflächen des Kondensatorwickels gering zu halten:

Die Legierung trifft hierbei in einem Spritzstrahl in Form von halbflüssigen, teigigen Tröpfchen auf die Stirnfläche des Kondensatorwickels auf; der Schmelzbeginn der Legierung liegt bei 183° C Die Tröpfchen weisen unmittelbar nach dem Aufireffen des Spritz-Strahles eine Temperatur von 160⁰C auf. Dann erfolgt ein schneller Anstieg der Temperatur, innerhalb von ca. 2 s auf 180⁰C, bis das Metall eine Schichtstärke von 1 mm bis 2 mm erreicht hat Infolge des Aufspritzens der Kontaktschicht ist eine weniger gute Haftung auf

ίο der Stirnfläche des Kondensatorwickels erreicht als dies bei einer Schoopschicht der Fall wäre. Es wird angenommen, daß dies durch die entsprechend höhere Auftrefftemperatur des Metalls auf die Ränder der Dielektrikumsfolien erzielt wird. Die Ränder der zueinander versetzt angeordneten, aufeinanderliegenden Folien werden rundgeschmolzen; damit ist die Auflagefläche verkleinert

Die Kontaktschicht erstreckt sich nur über einen Teil der Stirnfläche des Kondensatorwickels. Die Kontaktschicht kann sich über die Hälfte oder über ein Viertel der Stirnfläche des Kondensatorwickels erstrecken. Die Kontaktschicht kann aber auch punktförmig auf der Stirnfläche des Kondensatorwickels angeordnet sein.

Wird der Kondensator überlastet so kommt es zu einer unzulässigen Erwärmung des Wickels infolge des erhöhten Stromflusses durch die dünnen Belegungen, die auf das Dielektrikum aufgedampft sind, und es besteht die Gefahr thermischer Überlastung. Jedoch wird der Kurzschlußstrom nicht spontan sehr hohe Werte erreichen, weil der hohe Flächenwiderstand der Kondensatorbelegungen dies verhindert.

Es findet daher eine langsame Steigerung der Energieaufnahme statt. Da das Dielektrikum schrumpffähig ist, wird es bevorzugt in axialer Richtung schrumpfen.

Dann hebt sich die Kontaktschicht auf der Stirnfläche des Kondensatorwickels wenigstens teilweise ab, weil sie nicht sehr gut auf dem Wickel haftet Ein eventuell noch vorbleibender Kontakt zwischen der Kontaktschicht und den Belegungen steht dann unter hoher Strombelasiung, so daß er abbrennt Darüber hinaus entsteht kurzfristig ein Überdruck im Inneren des Kondensatorgehäuses. Dieser Überdruck ist zwar im Hinblick auf eine Explosion unkritisch, da das Gehäuse nicht dicht ausgebildet ist Jedoch werden dadurch die rundgeschmolzenen Ränder der Polypropylenfolien zwischen die Belegungen und die Kontaktschicht gepreßt, so daß die Kontaktschicht sicher und zuverlässig von der Stirnfläche des Kondensatorwickels abhebt. Damit ist der Stromfluß durch den Kondensator sicher

so und zuverlässig unterbrochen.

Die Kontaktschicht hebt sich umso schneller ab, je kleiner sie ist, d. h. sie hebt sich am schnellsten ab, wenn sie punktförmig ausgebildet ist Jedoch kann es im Hinblick auf eine gute Kontaktierung mit den Belegungen, je nach Ausbildung des Kondensators, erforderlich sein, die Kontaktschicht großflächiger zu gestalten. Die Kontaktschicht sollte aber nicht wesentlich größer sein als die Hälfte der Stirnfläche des Kondensatorwickels.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Kondensator mit einem Kondensatorwickel aus in axialer Richtung schrumpffähigen Kunststoffolien als Dielektrikum, auf denen dünne Metallschichten als Belegungen angeordnet sind, die über metallische Stirnkontaktschichten mit äußeren Anschlüssen verbunden sind, bei dem der Wickel in einem nicht dicht verschlossenen Gehäuse angeordnet ist und bei dem im Überlastungsfall der Stromweg zwischen den Belegungen und den äußeren Anschlüssen durch teilweises Abheben der Stirnkontaktschichten von den Wickelstirnseiten unterbrochen wird, gekennzeichnet durch die Gesamtheit folgender Merkmale:

a) die als Belegungen dienenden Metallschichten haben einen Flächenwiderstand von 4 bis 6 Ohm,

b) mindestens eine der Kontaktschichten bedeckt die Stirnfläche des Kondensatorwickels nur teilweise,

c) die Kontaktschichten bestehen aus einer Blei-Zinn-Legierung mit einem Schmelzpunkt zwischen 180 und 260°,

d) die Kontaktschichten sind durch Aufspritzen gebildet.

2. Wickelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten eine Dikke von 1 bis 2 mm haben.

3. Wickelkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kontaktschicht sich nur über die Hälfte der Stirnfläche des Kondensatorwickels erstreckt.

4. Wickelkondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kontaktschicht nur etwa ein Viertel der Stirnfläche des Kondensatorwickels bedeckt.

5. Wickelkondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kontaktschicht punktförmig ausgebildet ist.