DE3705701A1 - Verfahren zum verschliessen eines elektrischen kondensators und gemaess diesem verfahren verschlossener elektrischer kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dichten Verschließen des zylindrischen, einen Kondensatorwickel umgebenden Becher­ gehäuses eines elektrischen Kondensators mittels eines kreis­ scheibenförmigen Deckels, wobei das Bechergehäuse einen Durch­ messer kleiner als 60 mm, vorzugsweise kleiner als 30 mm auf­ weist und Becher sowie Deckel aus Metall, vorzugsweise Aluminium bestehen.

Elektrische Kondensatoren, bei welchen der oder die Kondensator­ wickel im Gehäuse eingebaut sind, existieren auf dem Markt in vielen unterschiedlichen Ausführungen. Um den Kondensatorwickel gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen und gleich­ zeitig ein Ausfließen von im Kondensator enthaltenen Tränkmit­ teln zu verhindern, muß das Gehäuse hermetisch dicht verschlos­ sen sein. Dies wird nun bei den bekannten Kondensator-Bauformen üblicherweise durch Vergießen mit Kunstharz oder durch Aufbör­ deln eines Deckels erreicht. Der Kunstharzverguß ermöglicht zwar eine gute Dichtung, es ist jedoch sehr schwierig, eine zuver­ lässig funktionierende Sicherung gegen ein Aufplatzen des Kon­ densators bei einem Defekt einzubauen, und zwar deshalb, weil der Kunstharzverguß eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist. Beim Aufbördeln eines Deckels aus Kunststoff oder Metall ist es zwar möglich, eine zuverlässig funktionierende Sicherung gegen ein Aufplatzen des Gehäuses in einem Schadensfall einzubauen, je­ doch muß der obere Rand des Kondensatorgehäuses stark verjüngt werden, weil üblicherweise die Forderung besteht, daß der Bördel­ rand den Außendurchmesser des Gehäuses nicht überragen darf. Je kleiner nun der Gehäusedurchmesser ist, desto größer wird - relativ gesehen - die erforderliche Materialverdrängung. Die Folgen sind Faltenbildungen und Materialversprödungen, was wie­ derum dazu führt, daß die Bördelnaht nicht dicht ist. Darüber­ hinaus ist das Bördeln bei sehr kleinen Kondensatordurchmessern schwierig durchzuführen und es bedarf aufwendiger Bördelma­ schinen. Nun ist es zwar aus der Lebensmittel-Konservenindu­ strie bekannt, die Dichtheit aufgebördelter Deckel dadurch zu verbessern, daß ein Dichtungsmittel eingebracht wird. Die­ ses Verfahren ist jedoch beim Verschließen von Kondensatoren nur schwer durchzuführen, und zwar aus folgenden Gründen. Üb­ licherweise haben die in Großserie hergestellten Kondensatoren wesentlich kleinere Durchmesser als Lebensmittel-Dosen. Eine automatische Beschichtung der Deckel mit einem Dichtungsmittel ist aber bei kleinen Durchmessern kaum durchführbar. Außerdem ist bei Verwendung eines elektrisch isolierenden Dichtungsmit­ tels nicht gewährleistet, daß zwischen Decke und Gehäuse des Kondensators eine leitende elektrische Verbindung besteht. Letzteres ist aber aus Sicherheitsgründen für ein elektrisches Gerät unerläßlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, das metallische Bechergehäuse auch kleiner und kleinster elektrischer Konden­ satoren mittels eines ebenfalls metallischen Deckels zuverläs­ sig dicht zu verschließen und somit die Lebensdauer des Konden­ sators zu erhöhen, wobei das Verfahren wirtschaftlich sein muß, eine einfache Handhabung gewährleisten soll und darüberhinaus die Eignung für eine Automatisierung besitzen muß. Ferner ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Kondensators, der mittels eines solchen Verfahrens verschlossen ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich verfahrensmäßig aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.

Gemäß der Erfindung wird also zunächst ein Randbereich des Deckels oder des Gehäusebechers umgekantet, was einen einfa­ chen, leicht zu bewerkstelligenden Vorgang darstellt. Darauf­ hin werden die aneinanderliegenden Flächen der beiden Bauteile miteinander verschweißt, was von den erforderlichen Maschinen und der Zeit her wesentlich wirtschaftlicher ist als die übliche Bördelung, insbesondere dann, wenn sehr kleine Kondensatoren verschlossen werden sollen. Außerdem gewährleistet die durch das Ultraschall-Verschweißen sich ergebende metallische Verbindung eine hermetische Dichtheit und in den Konden­ sator eingebaute Aufplatz-Sicherungen sprechen - wie Ver­ suche gezeigt haben - exakt an. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß beim Ultraschall-Verschweißen die Gefahr von Oxidbildungen, insbesondere bei Aluminium, vermieden ist.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine erste Ausführungsform des Konden­ sators,

Fig. 2 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine zweite Ausführungsform des Kondensa­ tors,

Fig. 3 einen Teilschnitt des Kondensators von Fig. 2 vor seiner Fertigstellung, und

Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung des Schweiß­ vorganges.

Bei der Ausführungsform eines elektrischen Kondensators gemäß Fig. 1 ist in einem zylindrischen Bechergehäuse 10 ein Kondensatorwickel 11 untergebracht. Der Becher 10 ist durch einen Deckel 12 verschlossen, dessen Außenrand 12 a um 90° nach oben umgebogen ist, derart, daß er an der in­ neren Mantelfläche des Gehäusebechers 10 anliegt. Der Dec­ kel 12 ist mit einem Isolierstopfen 13, einem Isolierteil 14 als Träger für Anschlußfahnen 15 und einer Isolierkappe 16 zum Abdecken des Kondensatorwickels 11 bestückt. Alle diese Deckel-Einzelteile sind durch einen Rohrniet 17 me­ chanisch zusammengehalten.

Erfindungswesentlich ist nun, daß Gehäusebecher 10 und Dec­ kel 12, wobei beide Teile aus Metall, vorzugsweise Aluminium, bestehen, nicht - wie üblich - durch eine gebördelte Falz­ naht sondern metallisch miteinander verbunden sind, und zwar durch eine bei 18 angedeutete, ringförmige Verschweißungs­ stelle. Mit anderen Worten, der hochstehende Rand 12 a des Deckels 12 ist mit der Innenwandung des Ringrandes des Be­ chers 10 und der Bildung einer metallischen Verbindung ver­ schweißt, und zwar mittels Ultraschall. Das Gehäuseinnere des Kondensators ist damit gegenüber der Außenatmosphäre hermetisch abgeschlossen. Die Verschweißung ist auf der Zeichnung bei 18 angedeutet. Mit 19 schließlich ist eine umlaufende Dämpfungssicke bezeichnet, deren Funktion da­ rin besteht, die Ultraschallschwingungen des oberen Gehäu­ seteils zu dämpfen und abzufangen und diese vom unteren Gehäuseteil fernzuhalten. Dadurch wird eine gleichmäßige Qualität der Schweißverbindung gewährleistet. Dabei kann diese Dämpfungssicke 19 mit der bekannten Halterungssicke zum Haltern des Kondensatorwickels zusammenfallen.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Abwandlungsform, wobei gleiche bzw. ähnliche Teile mit denselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 versehen sind, weisen sowohl der Oberrand des Gehäuses 10 als auch der Außenrand des Dec­ kels 12 eine Randabwinkelung auf. Wie aus Fig. 3 ersicht­ lich ist, dient diese rechtwinkelige Abwinkelung 10 a des Gehäusebechers 10 als Auflagefläche für den gegenüber dem Rand 12 a um 90° abgewinkelten Außenrand 12 b des Deckels 12. Dabei sind die beiden Ringränder 10 a und 12 b bei 18 mittels Ultraschall-Verschweißung metallisch miteinander verbunden. Zur Fertigstellung des Kondensators wird dann dieser verschweißte Randbereich 10 a, 12 b um 90° nach unten umgebördelt, womit sich für den Kondensator die in Fig. 2 dargestellte Endform ergibt. Dadurch, daß der Gehäusebecher 10 in seinem oberen Bereich etwas verjüngt ist, steht der umgebogene Randbereich 10 a, 12 b nicht über den Kondensator­ durchmesser hinaus. Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch der Kondensator von Fig. 3 ein Endprodukt darstellen.

Die Herstellung der Verschweißung 18 soll nun anhand von Fig. 4 erläutert werden. Dabei wird das Kondensatorgehäuse 10 mit aufgesetztem Deckel 12 auf einen Amboß 23 gesetzt. Über eine Sonotrode 24 wird ein definierter mechanischer Druck über die Wandungen von Kondensatorgehäuse 10 und Deckel 12 auf den Amboß 24 ausgeübt. Gleichzeitig werden Amboß 23 und Sonotrode 24 durch einen Motor in Drehung versetzt, wobei die Sonotrode 24 mit einer Ultraschall- Frequenz in der Größenordnung von 20 kHz in Achsrichtung zum Schwingen erregt wird. Die Drehgeschwindigkeit ist so eingestellt, daß sich für die scheibenförmigen End­ stücke von Amboß 23 und Sonotrode 24 gleiche Umdrehungsge­ schwindigkeiten ergeben und Kondensatorgehäuse 10 sowie Deckel 12 ohne Schlupf mitrotieren und dabei hermetisch miteinander verschweißt werden. Dieses Ultraschall-Schweiß­ verfahren erfordert auch bei sehr kleinen Becherdurchmessern keine konstruktiv zu aufwendigen Schweißmaschinen und ge­ währleistet eine ausgezeichnete Aluminium-Aluminium-Ver­ bindung, ohne daß besondere Vorkehrungen zur Vermeidung einer Bildung von Aluminiumoxid erforderlich sind. Die Schwingungsrichtung des Ultraschalls sollte dabei bei der Ausführungsform des Kondensators nach Fig. 1 parallel und bei der Ausführungsform nach Fig. 3 senkrecht zur Längs­ achse des Kondensators erfolgen, weil damit eine starke Reibung zwischen den aneinanderliegenden Aluminiumflächen und damit eine intensive Verschweißung hervorgerufen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum dichten Verschweißen des zylindrischen, einen Kondensatorwickel umgebenden Bechergehäuses eines elek­ trischen Kondensators mittels eines kreisscheibenförmigen Deckels, wobei das Bechergehäuse einen Durchmesser kleiner als 60 mm, vorzugsweise kleiner als 30 mm aufweist und Becher sowie Deckel aus Metall, vorzugsweise Aluminium, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangsrand des Deckels oder Bechers in etwa 90° umgebogen und zur Anlage an eine Ringfläche des jeweils anderen Bauteils ge­ bracht wird und daß daraufhin die aneinanderliegenden Flächen der beiden Bauteile durch Ultraschall-Verschweißen metallisch miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwellen in einer Richtung parallel zu den aneinanderliegenden Flächen der beiden Bauteile ausge­ sendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangsrand des Deckels um etwa 90° nach oben in Richtung weg vom Becherboden umgebogen und zur Anlage an die innere Randfläche des Bechers gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand des Bechers um etwa 90° nach außen umgebogen und zur Anlage an den Ringrand des Deckels ge­ bracht wird und daß nach dem Verschweißen der aneinander­ liegenden Flächen diese gemeinsam um etwa 90° nach unten bis zur Anlage an die äußere Mantelfläche des Bechers umge­ bogen werden.

5. Elektrischer Kondensator, dessen Bechergehäuse und Deckel gemäß dem Verfahren von Anspruch 3 miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bechergehäuse (10) die Form eines durchgehend geraden Zylinders hat.

6. Elektrischer Kondensator, dessen Bechergehäuse und Deckel gemäß dem Verfahren von Anspruch 4 miteinander ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bechergehäuse (10) ein Zylinder mit geringfügig eingezogenem oberen Rand­ bereich ist.

7. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine umlaufende Dämpfungssicke (19) im oberen Bereich des Gehäusebechers (10).