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Elektrischer Wickelkondensator
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wickelkondensator, der aus
beidseitig mit regenerierfähig dünnen Metallschichten versehenen Belag-Trägerfolien
und zwischen den Belag-Trägerfolien angeordneten unbeschichteten Kunststoffolien
besteht, bei dem die unbeschichteten Kunststoffolien schmaler als die Belag-Trägerfolien
sind und bei dem die Metallschichten der Beläge über an den Stirnseiten des Wickels
angeordnete Schoopschichten kontaktiert sind.
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In selbstheilenden Kondensatoren dienen dünne, regenerierfähige Metallschichten
als Elektroden, die in Vakuumbedampfungsanlagen auf die Belag-Träger folien aufgebracht
werden. Die Verbindung zwischen diesen dünnen Metallschichten und den äußeren Zuleitungen
des Kondensators erfolgt durch die Schoopschichten, die z.B. durch Flammspritzverfahren
auf den Stirnseiten der Kondensatorwickel erzeugt werden.
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Die Güte der elektrischen Verbindung zwischen Metall und Schoopschicht
hängt wesentlich vom Belagträgermaterial ab. So läßt sich beispielsweise bedampftes
Papier relativ problemlos durch das Schoopverfahren in ausreichender Güte kontaktieren.
Die Kontaktierbarkeit der Metallschichten wird jedoch wesentlich erschwert, wenn
anstelle des Papiers Kunststoffolien als Belagträgerfolien eingesetzt werden.
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Derartige Belagträgermaterialien reagieren sehr empfindlich auf die
thermische Beanspruchung beim Schoopvorgang. Diesem Umstand wird durch schonendere
und aufwendigere Kontaktierungprozesse Rechnung getragen, z.B.
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durch eine intermittierende Schoopung auf Drehtellern.
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Die Kontaktierbarkeit wird weiter erschwert, wenn Wickel mit größeren
Durchmessern kontaktiert werden sollen. Da die Folien mit Versatz gewickelt werden1
um Kurzschlüsse zwischen gegenpoligen Elektroden zu verhindern, addieren sich die
beim Wickeln entstehenden Folienzugspannungen derart, daß die Wickel im Versatzbereich
der Wickelstirnseiten starke Einschnürungen aufweisen. Hierdurch wird die Kontaktierung
der innen liegenden, d.h.
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der auf der konkaven Wickelseite angeordneten, Metallschichten zusätzlich
erschwert, wenn nicht gar verhindert. Deshalb werden alle einseitig bedampften Kunststoffolien
beispielsweise nur so gewickelt, daß die Metallschichten außen, d.h. auf der konvexen
Wickelseite liegen.
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Bei Wickelaufbauten, die aus beschichteten Belagträgerfolien und unbeschichteten
Dielektrikumsfolien bestehen, sind Metallschichten aber auch auf der innen liegenden
konkaven Wickelseite angeordnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kondensator der eingangs genannten
Art anzugeben, bei dem auch ohne aufwendige Kontaktierungsprozesse und bei eventuell
entstehenden Einschnürungen im Versatzbereich der Wickelstirnseiten eine einwandfreie
Kontaktierung der auf der konkaven Wickelseite angeordneten Metallschichten gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der
konkaven Wickelseite einer Belagträgerfolie angeordneten Beläge zusätzlich über
auf der konvexen Wickelseite einer zweiten Belagträgerfolie im Randbereich der Folie
angeordnete Hilfselektroden kontaktiert sind und daß die Hilfselektroden von den
als Hauptelektroden dienenden Metallschichten durch Isolierstreifen getrennt sind.
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Die Breite der Hilfselektroden bzw. der Isolierstreifen beträgt vorzugsweise
zwischen 0,5 und 2,5 mm.
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Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der dazugehörenden Zeichnung zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau
eines Kondensatorwickels mit im feldfreien Raum angeordneten Belagträgerfolien und
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Kondensatorwickels bei dem die Belagträgerfolien
im wesentlichen dielektrisch wirksam sind.
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In der Fig. 1 ist ein Teilausschnitt eines Schnittbildes durch einen
Kondensatorwickel in nichtmaßstabsgerechter Größe dargestellt. Um den Aufbau besser
erkennen zu können, sind in der Fig. die einzelnen Folien, die im fertigen Wickel
ohne Zwischenraum aneinander liegen, mit Zwischenraum dargestellt. Der Wickelaufbau
besteht aus Belagträgerfolien 1, 2 die beidseitig mit Metallschichten 3, 4 bzw.
5, 6 versehen sind, die als Hauptelektro-
den dienen. Diese Metallschichten
3, 4 bzw. 5, 6 sind an den Stirnseiten, also auf der rechten bzw. linken Seite der
Figur durch Schoopschichten kontaktiert. Durch diesen Aufbau ergibt sich, daß die
Belagträgerfolien 1, 2 im feldfreien Raum angeordnet sind. Als Dielekrikum dienen
im Kondensator unbeschichtete Kunststofffolien 7, 8 , die zwischen den Belagträgerfolien
angeordnet sind. Um eine sichere Kontaktierung der Hauptelektroden 3, 4 bzw. 5,
6 durch die Schoopschichten zu gewährleisten, müssen die dielektrisch wirksamen
Folien 7, 8 schmaler als die Belagträgerfolien 1, 2 sein.
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Hierdurch ergibt sich im Stirnseitenbereich des Kondensatorwickels
ein Materialdefizit, das zu den vorstehend beschriebenen Einschnürungen führen kann.
An den auf der konkaven Wickelseite angeordneten Metallschichten treten dann bei
den bekannten Kondensatoraufbauten die beschriebenen Kontaktierungserschwernisse
auf, so daß hier nur eine ungenügende Kontaktierungsqualität erreicht wird. Als
Folge zeigt sich insbesondere bei größeren Wickeleinheiten ein erhöhter Verlustfaktorwert.
Im Dauerversuch neigen solche Kondensatoren zu Totalausfällen durch Schrumpfen des
Wickels. Dieser Wickelschrumpf resultiert aus der Aufheizung des Wickels über die
Metallschichten der Beläge durch die ungenügende Belagskontaktierung. Solche Schrumpfeffekte
können entweder bereits beim ersten Anlegen der Spannung auftreten; es gibt aber
auch Fälle, wo diese Erscheinung erste nach einigen hundert Betriebsstunden auftritt.
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Um diesen Schwierigkeiten abzuhelfen, weist der erfindungsgemäße Kondensatoraufbau
Hilfselektroden 9, 10
bzw. 11, 12 der Breite y auf den Belagträgerfolien
1, 2 auf. Die Hilfselektroden 9 bis 12 sind von den Hauptelektroden 3 bis 6 durch
Isolierstreifen der Breite x getrennt, damit kein elektrischer Kurzschluß zwischen
gegenpoligen Metallschichten entstehen kann.
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Wenn nun beispielsweise die Metallschichten 5 und 3 auf der innen
liegenden konkaven Wickelseite angeordnet sind, ergibt die beschriebene Einschnürung,
daß die Belagträgerfolien 1, 2 im Randbereich nach unten "umknicken", wodurch sich
die Kontaktierungsschwierigkeiten für die Metallschichten 5 bzw. 3 ergeben. Gleichzeitig
hiermit liegt aber die Hilfselektrode 10 auf der konvexen Wickelseite und wird somit
durch die Schoopschicht gut kontaktiert. Bei Einschnürungen kommen nun die Hauptelektrode
5 und die Hilfselektrode 10 aufeinander zu liegen, so daß die Hilfselektrode 10
für den Nachbarbelag 5 wirksam wird. Durch den Berührungskontakt wird damit über
die gesamte Wicklungslänge hinweg die Kontaktierungsbelastbarkeit des benachbarten
auf der konkaven Wickelseite angeordneten Innenbelags 5 wesentlich verbessert.
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Auch große Wickeleinheiten zeigen konstant niedrige Verlustfaktoren
bis zu hohen Feldstärken (2,5 UN) und bleiben im Dauerversuch stabil.
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Die Belagträgerfolien 1, 2 bestehen beispielsweise aus beidseitig
mit Aluminium bedampften 8 pm Polypropylenfolien und die dielektrisch wirksamen
Kunststoffolien 7, 8 bestehen aus 6 pm dickem Polypropylen.
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In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Belagträgerfolien
13, 14 auf beiden Seiten mit versetzt angeordneten Metallschichten 15 bis 18 bedampft
sind. Hierdurch befinden sich auch die Belagträgerfolien 13, 14 im elektrischen
Feld und sind daher dielektrisch wirksam. Im Randbereich der Belagträgerfolien 13,
14 sind die Hilfselektroden 19 bis 22 der Breite y angeordnet, die von den Hauptelektroden
15 bis 18 durch Isolierstreifen der Breite x getrennt sind. Zwischen den Belagträgerfolien
13, 14 sind unbedampfte Kunststoffolien 23, 24 angeordnet. Die Hilfselektroden 19
bis 22 haben die gleiche Wirkung, die in der Fig. 1 beschrieben wurde. Wenn beispielsweise
die Metallschicht 17 "innen" angeordnet und somit durch die Schoopschicht schlecht
kontaktierbar ist, erfolgt die Kontaktierung durch Berührungskontakt über die "außen"
angeordnete und damit gut kontaktierbare Hilfselektrode 20.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bestehen die Belagträgerfolien
13, 14 beispielsweise aus beidseitig versetzt mit Aluminium bedampften 12 um Polypropylenfolien
und die unbedampften Folien 23, 24 aus 6 pm Polypropylen.
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Die Breite y der Hilfselektroden und die Breite x der Isolierstreifen
beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2,5 mm wobei jedoch Hilfselektroden und Isolierstreifen
nicht die gleiche Breite aufweisen müssen. Die jeweils erforderliche Breite wird
durch die elektrischen Eigenschaften gegeben, so daß beispielsweise bei höheren
Nennspannungen UN auch größere Breiten erforderlicn sind.
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Die in den Figuren auf den "Innenseiten" der Belagträgerfolien angeordneten
Hilfselektroden sind für die Kontaktierung ohne Bedeutung, jedoch weisen derartig
symmetrisch bedampfte Folien den Vorteil auf, daß man beim Wickeln nicht auf "Außen"-
bzw.
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"Innenseite" achten muß.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß durch die erfindungsgemäß
angeordneten Hilfselektroden ein Versatz beim Wickeln nicht mehr erforderlich ist.
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Deshalb weisen die Kondensatoren gemäß der Erfindung kleinere Abmessungen
als die herkömmlichen Kondensatoren auf.
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3 Patentansprüche 2 Figuren