DE3244528A1

DE3244528A1 - Elektrischer kondensator und verfahren zum einbauen eines widerstands in einen kondensatorwickel

Info

Publication number: DE3244528A1
Application number: DE19823244528
Authority: DE
Inventors: Charles Max Hudson Falls N.Y. Serradimigni
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1983-06-09
Also published as: FR2517872A1; IT1157337B; BR8207137A; US4423463A; GB2110879A; GB2110879B; IT8224491A0; JPH059929B2; JPS58112320A; MX152723A

Description

Elektrischer Kondensator und Verfahren zum Einbauen eines Widerstands in einen Kondensatorwickel

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator, kombiniert mit einem Widerstand, und insbesondere auf einen metallisierten Kunstharz-Kondensatorwickel mit in die Wicklung zwischen den Wickelenden eingebautem Widerstand.

Elektrische Widerstände werden in Kombination mit Kondensatoren zur Senkung der elektrischen Ladung eines Kondensators nach seinem Abschalten vom Schaltkreis verwendet. Die Spezifikationen verlangen gewöhnlich, daß die Ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auf einen sicheren Wert herabgesetzt wird. Es war eine frühere Praxis, ein Widerstandselement mit einem vorbestimmten Wert zwischen die Elektroden eines Kondensators anzuschließen. In einem Kondensator, der sich in einem Behälter befindet und mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist, kann ein Widerstandselement innerhalb der Dose und zwischen den Kondensatorzuleitungen verwendet werden. Ein Beispiel für diese Kombination ist in der US-PS 3 302 081 (Grahame) der selben Anmelderin wie im vorliegenden Falle offenbart und beschrieben.

In einem Kondensatorwickelabschnitt aus alternierenden Streifen Elektrodenfolie und dielektrischen Materials kann ein Widerstandselement aus einem Kohlepapier sein und in den Kondensator-

β · P

- jf-

wickel zwecks Kontakt mit jeder Folie am Ende des Wickels eingesetzt sein. Ein Beispiel für einen solchen Widerstand ist in der US-PS 3 840 787 (Grahame) der selben Anmelderin wie im vorliegenden Falle offenbart und beansprucht.

Es ist schwierig, einen Widerstand in einen metallisierten Trocken-Kondensator einzubauen, wie er in der US-PS 4 037 298 (Flanagan) der selben Anmelderin wie im vorliegenden Falle offenbart und beschrieben ist. In dieser letztgenannten Patentschrift besteht ein Kondensatorwickelabschnitt aus Streifen eines Kunstharz-Dielektrikums, wie Polypropylen, auf dessen einer Seite eine sehr dünne Metallschicht, z.B. aus Aluminium, aufgedampft ist. Diese Streifen werden zusammen sehr fest in Rundwickelform aufgewickelt und können dann in trockener Form verwendet werden, d.h., nicht imprägniert mit einer dielektrischen Flüssigkeit, und vielleicht nur in einer Kunststoffhülle eingeschlossen, oder in üblicher Weise mit einem Fluid imprägniert. Die automatisierte Herstellung dieser Kondensatoren macht es unwirtschaftlich, einen separaten Widerstand zwischen den Elektrodenzuführungen des Kondensators anzuschließen, und die Schwierigkeiten der Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Widerstand und den metallisierten Schichten macht auch das Einsetzen eines Kohlepapiers oder einer anderen Elektroden-Zwischenverbindung weniger wünschenswert.

Es wurde gefunden, daß ein flexibler Streifenwiderstand in einen metallisierten Trockenkondensatorwickel so eingebaut werden kann, daß der Streifen an dem fertigen Kondensatorwickel zwischen den Wickelenden so liegt, daß die aufgesprühte Metallverbindung an jedem Ende des Wickels auch die beträchtliche Länge des Widerstandsstreifens mit den Kondensatorelektroden verbindet. Das Mantelmaterial oder mehrere Windungen eines dielektrischen Materials um den Kondensatorwickel schützen den Widerstand.

Die Erfindung wird in Verbindung mit der folgenden Beschreibung der Figüröfi bösser verständlich; von diesen ist

Uf₁MUm, BAD ORIGINAL

Fig. 1 eine Veranschaulichung einer bevorzugten Form der Erfindung als metallisierter Trockenkondensatorwickelabschnitt mit einem eingebauten Entladungswiderstand;

Fig. 2 eine übertrieben große, teilweise weggebrochene Schnittdarstellung der Fig. 1, einen Entladungswiderstand veranschaulichend, der mit den schoopierten Enden eines Kondensators verbunden ist; und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Ausfuhrungsform

der Fig. 2, die Position des Widerstandsstreifens nahe dem Umfang des Kondensatorwickels veranschaulichend.

Unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsformen darstellenden Figuren ist in Fig.1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Kondensatorwickelabschnitt 10 dargestellt. Der Wikkelabschnitt 10 umfaßt ein Paar dielektrischer Materialstreifen 11 und 12, die metallisiert worden sind, wie durch metallisierte Oberflächen oder überzüge 13 und 14 veranschaulicht. Wie üblich sind die Streifen 11 und 12 in einer Weise metallisiert, die metallfreie Ränder 15 und 16 entlang gegenüberliegenden Kanten des Wickels 10 hinterläßt. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird der Wickel 10 mit einem harten Kern 17 ausgestattet, der von Rohr- oder fester Form sein kann und sich mit dem Wickel durch sie hindurch erstreckt. Der Kern 17 ist vorzugsweise ein hartes, nicht-leitfähiges Material, wie ein Kunstharz, z.B. Polypropylen. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird der Kern 17 als einmalig verwendeter Wickeldorn verwendet, auf den der harte Wickel 10 so, wie in der US-PS 3 153 180 (Bellmore) der selben Anmelderin wie im vorliegenden Falle, beschrieben, aufgewickelt wird. Der Wickelvorgang zum Aufwickeln eines harten Wickels 10 kann auf verschiedenen Wickelmaschinen erfolgen, wofür die in der US-PS 2 328 520 (West) der selben Anmelderin wie im vorliegenden Falle dargestellte ein Beispiel ist.

β ♦ φ β (I Q β

Beim Wickeln des Wickels 10 sind die Streifen 11 und 12 seitlich gegeneinander versetzt, damit jede Wickelkante oder jedes Wickelende eine Versetzung mit ihren metallisierten überzügen an der Kante des Streifens darstellt. Daher können geeignete Zuleitungen an den Wickelenden durch Anwendung des wohlbekannten Metallspritzverfahrens angebracht werden. Es besteht minimale Gefahr, daß dasschoopierende Material genügend in die Wickelkante eindringt, um die andere metallisierte Oberfläche elektrisch kurz_zu_schließen, aufgrund der freien Randkonstruktion.

In Fig. 2 nun ist eine bevorzugte Aufbringung des Widerstands gemäß der Erfindung auf den Kondensatorwickelabschnitt 10 von Fig. 1 veranschaulicht. Nachdem der Wickelabschnitt der Fig. 1 in Rollenform auf einer Wickelmaschine gewickelt ist, wird ein Widerstands-Bandelement 18 an die Wicklung gebracht, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Darauf werden mehrere Windungen eines nicht-metallisierten Dielektrikums 19 um den Wickel gelegt, um den Widerstand 18 in seiner dargestellten Stellung zu halten. Die Windungen des Dielektrikums 19 werden gewöhnlich dazu verwendet, die Streifen des Wickels 10 in ihrer Lage zu halten, den Wickel vor unangemessenem Abrieb zu schützen usw. und insbesondere als aufgeschrumpfte Hülse für den Wickel 10 zu wirken. In diesem letzteren Zusammenhang schrumpft die Hülse, wenn der Wickel 10 erhitzt wird, radial, um den Wickel zwecks weiterer Festigkeit eng zu umgeben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, mit dem Wickel in seiner gewickelten Form und dem Widerstandselement 18 an seinem Platz, sind die Enden 20 und 21 des Wickelabschnitts 10 mit Schichten 22 und 23 eines geeigneten Bindemetalls (z.B. Aluminium) mit Hilfe eines Schoopier- oder Metallspritzverfahrens oder eines anderen geeigneten Verfahrens überzogen. In diesem Falle bedecken die Flammspritzmetall-Schichten 22 und 23 jeweils jedes Ende des Wickelabschnitts 10 und bilden Kontakt mit dem Widerstandselement 18 zugleich mit dem Kontakt mit den Zuleitungen 24 und 25. Diese Kontakteinrichtung ist am besten bezüglich Fig. 2 dargestellt.

Unter Bezugnahme nun auf Fig. 3 ist der Kondensatorwickel 10 in Teilschnittansicht dargestellt, um die Beziehung der Elemente zu veranschaulichen. In Fig. 3 sind die dielektrischen Streifen 11 und 12 gegeneinander versetzt, so daß eine der metallisierten Oberflächen 14 bis zum oberen Ende 26 des Wickels 10 und die andere metallisierte Oberfläche 13 bis zum unteren Ende 21 des Wickels 10 reicht. Das Widerstandselement 18 liegt nahe dem äußeren Teil des Wickels 10, und seine Enden ragen entweder leicht über ein Ende des Wickels 10, wie am oberen Ende 20 des Wickels 10 gezeigt, oder schließen mit dem Wickel 10 ab, wie am Bodenende

21 gezeigt. Danach werden eine oder mehrere Windungen 19 eines geeigneten dielektrischen Streifens um den Wickel 10 gewunden, um als Schutzeinrichtung für das Widerstandselement 18 und als Schutzhülle oder -gehäuse für den Wickel zu dienen.

Nach dem Zusammenbau, wie in Fig. 3 veranschaulicht, werden die Wickelenden 20 und 21 einer Schoopierung unterworfen, wodurch ein geschmolzenes Metall, wie Aluminium oder Zink, als überzug über die Enden 20 und 21 des Wickels gespritzt wird, um die leitenden Metallschichten 22 und 23 zu bilden. Das leitende Metall

22 und 23 kontaktiert die freien metallisierten Schichten 13 und 14 des Kondensatorwickels 10 und dabei auch die Enden des Widerstandselementstreifens 18. Die Widerstandsenden (oder die Zuleitungen eines Widerstands) können gerade an dem Ende des Wickels 10 angeordnet sein, um die Enden leicht zu überlappen. Sie können auch etwas kürzer als der Wickel sein, je nach den genauen Grenzen der schoopierten Metallschicht. Ein Paar Zuleitungen 24 und 25 für die Elektroden des Kondensators sind mit den schoopierten Schichten 22 und 23 verbunden. Dadurch werden separate Lötoder Schweiß-Verbindungsmaßnahmen oder andere Widerstandsanordnungen beseitigt. Das bevorzugte Widerstandskonzept der Erfindung ist nur auf solche Kondensatoren anwendbar, die metallisierte Dielektrika und schoopierte Enden haben.

Das erfindungsgemäße Widerstandselement 18 kann die Form vieler gut bekannter Typen flexibler oder dünner Streifen-Widerstände annehmen, so lange sie eng am Kondensatorwickelabschnitt liegen

Ct* do β BQ a α οο

α ο -ο ο Q οο <

4ΐ) ν ο O α α φ ρ t»

βοο a a ο β

und minimal vorspringen, und deren Enden nach dem gleichen Verfahren schoopiert werden können, wie es zum Schoopieren der Enden des Kondensators angewandt wird. Bei einer bevorzugten Form der Erfindung ist der Widerstand 18 ein Papierstreifen, in den ein Kohlenstoffmaterial eingearbeitet worden ist, um einen vorbestimmten Widerstand pro Längeneinheit des Streifens zu ergeben.

Während der Widerstand 18 irgendwo im Wickel angeordnet sein kann, wird er bevorzugt am äußersten Ende des Wickels verwendet, wo die Einflüsse der Kondensator-Betriebstemperatur des Wickels minimal sind und wo der Widerstand 18 sich nicht im elektrischen Feld befindet. Es ist nicht wünschenswert, den Widerstand 18 im inneren Teil des Kondensatorwickels für Kondensatoren anzuordnen, deren Endspannung bei etwa 250 V Wechselspannung liegen, da diese Kondensatoren extrem dicht mit engen Toleranzen gewickelt werden müssen, um alle Lücken und Hohlräume zu beseitigen, und das Vorhandensein eines Widerstandsstreifen zwischen den Wickelwindungen könnte Probleme verursachen.

Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung wurden Kondensatorwickel gemäß der in Fig. 3 dargestellten Bauweise hergestellt. Der Kondensator hatte eine Endspannung von 240 V (Wechselspannung) und war etwa 3,8 cm (1,5") lang und 1,9 cm (0,75") im Durchmesser. Andere Widerstände 18 verwendeten Kohlepapierstreifen von 1,27 cm (0,5") Breite und etwa 3,8 cm-und O„25 cm (etwa 1 ,5 und 0,1") Länge. Der Widerstandsstreifen wurde mit dem Wickel abschließend angeordnet und durch mehrere Windungen nicht-metallisierten Polypropylens am Platz gehalten. Das Widerstandselement war etwa so lang (oder breit) wie der Wickel, und die Widerstandsenden waren an jedem Ende des Wickels frei. Beide Enden des Wickels waren schoopiert, und das Spritzmetall aus diesem Vorgang verband die'Kondensatorelektroden und die Widerstandsenden in einem Vorgang. Die Erfindung kann auf andere Kondensatoren als Wickelkondensatoren, wie ebene oder übereinander angeordnete Kondensatoren angewandt werden, die auch metallisiert sind und schoopierte Enden zum Verbinden der Elektroden verwen-

BAD ORIGINAL

den. Der Querschnitt eines flachen oder übereinander angeordneten Kondensators zeigt die gleiche Anordnung übereinander gelagerter, aneinander grenzender Lagen von dielektrischen und metallisierten Schichten. In einem flachen Kondensator ist eine Dimension, z.B. eine Breite, eine vorbestimmte Dimension, und das Widerstandselement oder seine Zuleitungen zumindest von der gleichen Dimension, so daß im zusammengesetzten Zustand jedes der Widerstandsenden oder Zuleitungen an einem jeweiligen Ende des Kondensators für das schoopierende Material freiliegt. Der Widerstandsstreifen liegt bündig mit dem flachen Stapel. Es ist erfindungsgemäß wichtig, daß jeder Kondensatorabschnitt ein metallisierter Abschnitt ist und der Widerstand recht flach ist, um bündig zum Kondensatorabschnitt zu passen, so daß das Schoopieren eine gleichzeitige Elektroden- und Widerstandsverbindung liefert.

Die Erfindung ist auf verschiedene metallisierte Kondensatoren anwendbar, unabhängig von dem dielektrischen Material, z.B. metallisiertem Papier, metallisiertem Polypropylen und anderen metallisierten Materialien. Das gleichzeitige Verbinden der Widerstandsenden durch das Metallspritzen oder Schoopieren ist wichtiger. In diesem Zusammenhang kann das Widerstandselement 18 verschiedene alternative Formen und Abwandlungen annehmen. Beispielsweise kann eine elektrisch leitende Flüssigkeit oder . Farbe auf dem Äußeren des Kondensatorwickels 10 abgeschieden werden, z.B. durch Drucken, Abscheiden oder Sprühen, und dann ge-. trocknet oder verfestigt werden, um den Widerstand 18 geeigneter Form und geeigneten Widerstandswertes zu bilden. Der Widerstand kann auch ein geeignetes Hüllenmaterial aus z.B. einem elektrisch leitenden Kunstharz oder Papiermaterial sein und um den Wickel 10 in gleicher Weise und Position wie die Hülle 19 gehüllt sein, wenngleich dann eine weitere nicht-leitende Hülle wünschenswert sein kann.

Während die Erfindung bezüglich besonderer Ausführungsformen offenbart worden ist, können vom Fachmann auf diesem Ge-

biet zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom wahren Erfindungsgedanken abzuweichen. Daher sollen die Ansprüche alle solchen Abwandlungen und Varianten abdecken, die unter den Erfindungsgedanken und den Umfang der Erfindung fallen.

-/!SL'

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Elektrischer Kondensator mit einer Anordnung dielektrischer Streifen mit metallisierten Elektroden darauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in aneinandergrenzenden Schichten mit alternierenden Metallelektroden (13, 14) und dielektrischen Schichten (11, 12) angeordnet sind, eine vorbestimmte Länge haben und so versetzt angeordnet sind, daß alternierend metallisierte Schichten gleichmäßig an jedem Ende der Anordnung frei liegen, und ein Widerstand (18) nahe einem dielektrischen Streifen schichtenmäßig angeordnet ist, wobei die Enden des Widerstands (1c) zumindest bis etwa zu den Enden der Anordnung reichen, und mit einer Metallschicht an jedem Ende der Anordnung zum gleichzeitigen Verbinden eines Endes des Widerstands (18) und einer Elektrode des Kondensators an jedem Ende der Anordnung versehen sind.

- "2Γ-
2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) ein dünnes, flexibles Streifenmaterial ist.
3. Elektrischer Kondensator mit einer Reihe metallisierter, dielektrischer Streifen,

dadurch gekennzeichnet, daß sie in Wickelform vorbestimmter Breite und versetzt so gewickelt sind, daß eine Kante eines metallisierten Überzugs auf einem Dielektrikum eines Streifens an jedem Ende des Wickels (10) frei liegt, und mit einem Widerstand >w (18) an dem Wickel (10) koaxial und angrenzend an diesen

angeordnet ist, wobei die Enden oder Zuleitungen des Widerstandes (18) wenigstens an den Enden des Wickels (10) und eine schoopierte Schicht aus Metall an jedem Ende des Wickels (10) vorgesehen sind, die gleichzeitig den Widerstand und eine der Elektroden an jedem Ende des Wickels elektrisch verbinden.
4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) ein flexibler, etwa zu den Enden des Wickels (10) reichender Streifen ist.
^w · 5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) ein flexibler Streifen eines dielektrischen Materials ist, der ein elektrisch leitfähiges Material darin enthält, um einen vorbestimmten Widerstandswert zu ergeben.
6. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel (10) Streifen aus metallisierten Kunstharzfilmen umfaßt.

■· j ■·
7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schichten aus einem dielektrischen Material um den Wickel (10) und den Widerstand (18) gewickelt sind.
8. Verfahren zum Einbauen eines Widerstandes in einen Kondensatorwickel,
gekennzeichnet durch

a) Wickeln metallisierter dielektrischer Streifen in Wickelform zu einem Kondensator, dessen Elektroden an jedem Ende des Wickels (10) versetzt sind;

b) Einsetzen eines Widerstandsstreifens in dem Wickel (10), so daß die Enden des Widerstands (18) etwa an den Wickelenden liegen;

c) Wickeln eines dielektrischen Streifens um den Wickel (10) und den Widerstand (18);

d) Schoopieren der Enden des Wickels (10) zur gleichzeitigen Verbindung der Widerstandsenden und der Kondensator-Elektroden.