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Metallschichtkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kondensatoren, zu deren
Aufbau metallisierte Filme oder Folien verwendet werden, beispielsweise Folien aus
synthetischem Material, die mit Aluminium oder dgl. Metall bedampft sind.
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Elektrische Kondensatoren, die metallisierte Folien enthalten, sind
kann. üblicherweise werden zwei metallisierte Folien aufgewickelt, und die Elektrodenabschnitte
an beiden Enden werden einer "schooping"-Behandlung unterworfen. An diesen so behandelten
Elektrodenabschnitten werden dann Anschlußdrähte befestigt, und schließlich wird
zur Feuchtigkeitsabkapselung eine äußere Hülle angebracht. Wenn solche Kondensatoren
eine nicht-zylindrische Form haben sollen, werden die Folien zunächst in Zylinderform
aufgewickelt, wonach der Zylinder in die gewünschte, abgeflachte Form gedrückt wird,
oder es werden zahlreiche metallisierte Folien zu einem Quader übereirlander yeschicrltel.
Die Elektrodenabschnitte an beiden Enden des Kondensatorelements werden dann wiederum
der "schooping"-Behandlung für die Befestigung der Anschlußdrähte unterzogen, wie
dies bei zylindrischen Kondensatoren bereits erwähnt ist. Somit unterscheidet sich
das Herstellungsverfahren für Metallschichtkondensatoren bis hin zur Befestigung
der Anschlußdrähte grundlegend nicht. Die Metallschichtkondensatoren können nach
der Art des Anbringens
der äußeren Schutzhülle klassifiziert werden.
Nach einem bekannten Verfahren zum Anbringen der Schutzhülle wird eine Kondensatoreinheit
mit daran befestigten Leiterdrähten in ein Gehäuse eingebracht, und der zwischen
Kondensatorelement und Gehäuse vorhandene Raum wird mit Isoliermaterial ausgefüllt.
Bei einem anderen Verfahren steckt die Kondensatoreinheit in einem Schutzgehäuse
aus Metall, und ein Deckel wird derart befestigt, daß das Ende der Gehäusehülse
einwärts gebogen oder gebördelt wird, so daß damit ein dichter Abschluß erzielt
wird. Wenn ein derartiges Schutzgehäuse nicht benötigt wird, wird die Kondensatoreinheit
mit einem Isoliermaterial überdeckt (sogenannte Tauch-Type). Bei einem mit Schutzgehäuse
umgebenen Kondensator kann die eigentliche Kondensatoreinheit mit einem Isolieröl
imprägniert sein, was die elektrischen Eigenschaften des Kondensators verbessert,
doch kann der Kondensator dann nicht so kompakt gebaut werden, da er sich innerhalb
des Gehäuses befindet. Die Außenabmessungen eines derartigen Kondensators lassen
sich nicht unter bestimmte Grenzwerte verringern, was mit der Verwendung des Isoliermaterials
zusammenhängt, und überdies lassen sich die elektrischen Eigenschaften nicht verbessern,
weil die Kondensatoreinheit nicht mit Isolieröl imprägniert werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Hauptaufgabe zugrunde, die genannten
Nachteile zu vermeiden und einen Metallschichtkondensator zu schaffen, der bei hervorragenden
elektrischen Eigenschaften kleinere Außenabmessungen hat als bisher.
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Ferner besteht die Aufgabe in der Sche-ffun-g eines Herste]-lungsverfahrens
für derartige Kondensatoren.
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Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators muß
die Kondensatoreinheit mit einem isolierenden Material imprägniert werden. Die Mehrzahl
der bekannten Imprägniermittel sind thermoplastische Öle, so daß es bei Verwendung
dieser Substanzen erforderlich ist, die Kondensatoreinheit
mit
einem Gehäuse zu umgeben und den Zwischenraum zwischen ihr und dem Gehäuse mit isolierendem
Material auszufüllen, oder das Gehäuse muß so gearbeitet sein, daß es dicht abschließt.
Obgleich man weiß, daß auch thermisch aushärtende Harze brauchbar sind, muß ein
damit imprägnierter Kondensator ebenfalls in einem Gehäuse untergebracht sein wie
bei Verwendung thermoplastischer Öle, wofür betriebliche Probleme maßgebend sind.
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Gemäß der Erfindung wird, damit die Vorteile der Eigenschaften thermisch
aushärtender Harze, die bei Wärmebehandlung hart werden, genützt werden, der Kondensator
mit thermisch aushärtendem Harz imprägniert, um seine elektrischen Eigenschaften
zu verbessern, und anschließend wird er einer Wärmebehandlung unterzogen, so daß
das auf der Außenfläche des Kondensatorelements härtende Harz hart wird und der
Kondensator ohne eine Schutzumhüllung brauchbar ist. Auf diese Weise ist für die
Schutzumlzüllung weder ein eigenes Gehäuse noch eine spezielles Isoliermaterial
erforderlich, so daß die Größe des Kondensators gegenüber den bekannten Typen verringert
werden kann. Außerdem lassen sich aufgrund der Imprägnierung mit thermisch aushärtendem
Harz die elektrischen Eigenschaften besonders günstig gestalten.
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Als Imprägniermittel eignet sich vorzüglich Epoxidharz, doch können
auch Polyesterharze dafür verwendet werden. Die während des Imprägnierens auf der
Außenfläche der Kondensatoreinheit härtende Harzschicht sollte so dünn wie möglich
sein so daß überschüssiges Harz vnr711aeise abgewischt oder in einer Zentrifuge
entfernt wird.
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Die Herstellung eines Kondensators nach der Erfindung kann folgendermaßen
vor sich gehen. Ein Stapel oder ein Wickel metallisierter Folien wird zunächst entweder
zu einem Zylinder gewickelt und, falls erforderlich, anschließend flachgedrückt
oder durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl
rechteckiger Stücke
metallisierter Folie aufgebaut. Die Elektrodenabschnitte an beiden Seiten der Folienschichtanordnung
werden einer "schooping"-Behandlung unterworfen, so daß die Kondensatoreinheit für
die Anbringung von Anschlüssen bereit ist. Die Kondensatoreinheit wird dann in einem
Vakuumbehälter getrocknet. Bis hierher unterscheidet sich das Herstellungsverfahren
von den bekannten Verfahren nicht.
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Ist die Trocknung dann weit genug fortgeschritten, wird thermisch
aushärtendes Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, in den Behälter eingegeben und
unter Druck gesetzt, wodurch die Kondensatoreinheit damit imprägniert wird. Je höher
der verwendete Druck ist, desto besser sind die dadurch gewonnenen elektrischen
Eigenschaften der Kondensatoreinheit. Ein Druck von etwa 3 bar ist praktisch brauchbar,
doch bevorzugt man Drücke von etwa 13 bar. Das Imprägnieren dauert etwa 30 Minuten.
Die so mit thermisch aushärtendem Harz imprägnierte Kondensatoreinheit wird-danach
aus dem Behälter herausgenontitten und zum Aushärten des Harzes erhitzt. Zu dieser
Zeit wird die Außenfläche des Kondensatorelements mit einer ungleich starken Schicht
in irgendeiner Dicke des Harzes umgeben. Es muß also überschüssiges Harz entfernt
werden, damit die auf der Außenfläche verbleibende Schicht so dünn wie möglich und
gleichmäßig ist. Man verwendet dafür vorzugsweise eine Zentrifuge. Es muß dabei
sorgfältig vorgegangen werden, damit nicht mehr Harz abgeschleudert wird als man
auf der Außenfläche benötigt. Die Restdicke sollte etwa 0,02 mm betragen. Da das
Harz durch NVärmebehandlung klebriger wird, muß darauf geachtet werden, daß die
einzelnen Kondensatorelemente oder -einheiten nicht miteinander verkleben. Da es
sehr aufwendig ist, wenn die Kondensatoreinheiten während der Wärmebehandlung voneinander
getrennt gehalten werden, verwendet man vorzugsweise einen Vibrator, der während
einer Vorheizphase, der eine Charge von Kondensatoreinheiten so lange unterworfen
wird, bis sie nicht mehr aneinander kleben, in Vibration oder Rüttelbewegung versetzt.
Anschließend kann dann die endgültige
Erhitzung durchgeführt werden.
Die Temperatur für beide Behandlungsphasen beträgt 1200C, wobei das Rütteln oder
Vibrieren etwa 25 Minuten andauert, während die abschließende Erhitzung 2 Stunden
fortgesetzt wird. Nachdem auf diese Weise die äußere Umhüllung oder Beschichtung
fertiggestellt ist, können an die durch "schooping"-Behandlung hergestellten Abschnitte
der Kondensatoreinheit die Anschlußdrähte angebracht werden. Da man vorzugsweise
Zentrifugen oder Rüttler einsetzt, können sich die Anschlußdrähte ineinander verhängen
oder können abbrechen, wenn sie vor Anbringung der Schutzhülle bereits befestigt
sind, so daß sich ihre Anbringung als letzter Arbeitsgang empfiehlt.
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Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung
an Ausführungsbeispielen erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 bis 4 Schnittdarstellungen
von Metallschichtkondensatoren mit konventionellem Aufbau; Fig. 5 und 6 Schnittdarstellungen
von Metallschichtkondensatoren in erfindungsgemäßer Gestaltung; Fig. 7 ein Diagramm,
das die elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kondensatoren denen in
herkömmlicher Bauweise gegenüberstellt.
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Der in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Kondensator weist ein eigentliches
Kondensatorelement 1 auf, an dem an seinen Abschnitten 2, die durch "schooping"-Behandlung
hergestellt sind, Anschlußdrähte 3 aufweist und das in einem Gehäuse 4 untergebracht
ist, wobei der Raum zwischen dem Gehäuse und dem Kondensatorelement durch Isoliermaterial
5 ausgefüllt ist. Der Kondensator nach Fig. 2 ist noch älterer Bauart.
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Sein Kondensatorelement 1 befindet sich in einem Metallbehälter 7,
der mit einem Deckel 8 verschlossen ist, wobei der Oberrand des Behälters 7 umgebördelt
ist, so daß bei 9 ein dichter Abschluß entsteht. Bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten
herkömmlichen Kondensatoren ist das Gehäuse weggelassen. Der Kondensator gemäß Fig.
3 ist ein sogenannter Tauchkondensator, bei dem das Kondensatorelement 1 von einem
Isoliermaterial umgeben ist. Der Kondensator gemäß Fig. 4 kann nur in zylindrischer
Form hergestellt werden.
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Um die Außenfläche des Kondensatorelements 1 ist ei.n Film 6 in mehreren
Windungen herumgewickelt. Der Film 6 ist breiter als das Kondensatorelement 1. Die
beiden überstehenden Enden der aus dem Film gebildeten Hülse werden mit isolierendem
Material 5 ausgefüllt. Bei den Kondensatoren gemäß Fig. 1 und 2 kann das Kondensatorelement
mit einem isolierenden Öl imprägniert werden, um dadurch die elektrischen Eigenschaften
zu verbessern. Man kann jedoch die Kondensatorabmessungen nicht verringern, da die
Gehäuse 4 bzw. 7 verwendet werden. Die Kondensatoren nach den Fig. 3 und 4 können
zwar kompakter gebaut werden, da kein Gehäuse mehr vorhanden ist, doch läßt sich
auch deren Größe nicht unter eine bestimmte Grenze absenken, da isolierendes Material
5 benötigt wird.
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Außerdem kann ein solcher Kondensator nicht mit isolierendem Öl imprägniert
werden, was dazu führt, daß seine elektrischen Eigenschaften nicht besonders gut
sind.
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In der Fig. 5 nun ist ein Kondensator mit erfindungsgemäßem Aufbau
gezeigt, der durch gleichzeitiges Aufwickeln zweier metallisierter Folien von 12
mm Breite und 4 ßm Dicke gebildet ist, wobei die Ränder der Folien in einer Breite
von 1,5 mm nicht metallisiert sind. Es wird eine Elektrodenlänge von 4,43 m auf
einen Wickelkern von 3 mm Durchmesser aufgewickelt. Die fertige Rolle wird dann
flachgedrückt und unter Einsatz einer Zentrifuge und eines Vibrators mit Epoxidharz
imprägniert. Die Anschlußdrähte 3 werden dann senkrecht zum Kondensatorelement 1
befestigt. Bei dem in Fig. 6
gezeigten Kondensator sind die Anschlußdrähte
3 in Verlängerung der Achse des Kondensatorelements 1 angebracht. Das Kondensatorelement
1 ist von einer sehr dünnen Epoxidharzschi.cht 10 umgeben, so daß dadurch die Außenabmessungen
des Kondensators sehr stark verringert sind. Die Kapazität des Kondensators beträgt
0,47 FF.
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In der Fig. 7 sind die elektrischen Eigenschaften des herkömmlichen
Kondensators gemäß Fig. 4 mit einer Kapazität von 0,47 ßF denen eines Kondensators
nach erfindungsgemäßer Ausbildung gegenübergestellt, wobei die Kondensatoren aus
gleichen Folien hergestellt sind. Es ist dazu die bei weitem wichtigste Eigenschaft,
nämlich die Feuchtigkeitsfestigkeit, ausgewählt worden. Die Graphik zeigt die Veränderung
der Kapazität über der Zeit, wenn die Kondensatoren sich in einer Atmosphäre von
65 °C bei 95 % relativer Luftfeuchtigkeit befinden. Die Kurve a zeigt das Verhalten
des erfindungsgemässen Kondensatorsw die Kurve b das Verhalten eines herkömmliehen
Kondensators derselben Kapazität und die Kurve c einen herkönmllich hergestellten
Kondensator mit einer Kapazität von 1 pF. Der erfindungsgemäße Kondensator ist nach
der Darstellung deutlich überlegen.
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Es wird also mit der Erfindung ein Kondensator mit metallilisierten
Folien beschrieben. Die Folien sind mit thermisch aushärtendem Harz wie Epoxidharz
imprägniert, welches durch Erhitzen ausgehärtet ist, und die erhitzten Bereiche
der Folie werden als Kondensatorschutzhülle verwendet, so daß es nicht mehr nötig
ist, den Kondensator =UStL ist einer gesonderten Schutzumhüllung zu umgeben, beispielsweise
mit einem Gehäuse oder einem um den Kondensator herumgewickelten Band.