DE518497C - Aus Metallfolie und festem Isolierstoff bestehender zylindrischer Wickelkondensator,dessen Wickel zwischen zwei Metallzylindern eingeschlossen ist - Google Patents
Aus Metallfolie und festem Isolierstoff bestehender zylindrischer Wickelkondensator,dessen Wickel zwischen zwei Metallzylindern eingeschlossen istInfo
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Description
- Aus Metallfolie und festem Isolierstoff bestehender zylindrischer Wickelkondensator, dessen Wickel zwischen zwei Metallzylindern eingeschlossen ist Die Erfindung betrifft einen aus Metallfolie und festem Isolierstoff bestehenden zylindrischen Wickelkondensator, dessen Wickel zwischen zwei- Metallzylinden eingeschlossen ist. Ein Mangel solcher Kondensatoren bestand bisher in der Anbringung einer zuverlässigen Stromzuführung zu den beiden Kondensatorbelegungen. Man hat zwar bereits vorgeschlagen, den den Kern für die Wicklung bildenden inneren Metallzylinder mit der inneren Belegung in unmittelbare Verbindung zu bringen, hat aber diese Maßnahme nicht auch auf die Verbindung der äußeren Belegung mit dem äußeren Metallmantel übertragen. Meist sind Streifen aus dünnem Blech für die Verbindung der Belegungen mit den beiden Metallzylindern beim Aufrollen der Wicklung mit eingewickelt worden. Die scharfen Kanten dieser Blechstreifen können aber leicht zu Verletzungen des Dielektrikums führen, und eine einzige solche Verletzung würde genügen, den Kondensator außer Stand zu setzen, hohe Spannungen auszuhalten. Solche Beschädigungen ergeben sich besonders dann leicht, wenn ein zunächst kreiszylindrisch mit genügend großem Hohlraum gewickelter Kondensator durch Druck in eine andere Form, z. B. flach oder prismatisch, gebracht wird. Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei einem Kondensator der eingangs genannten Art der innere Metallzylinder an der einen, der äußere Zylinder an der anderen Metallfolie längs des ganzen Umfanges unmittelbar anliegt.
- Das Lockerwerden des Wickels bei der betriebsmäßigen Erwärmung des Kondensators wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Kondensators nach der Erfindung dadurch bekämpft, daß die beiden Metallzylinder aus Materialien verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.
- Um bei der Verwendung der Kondensatoren für Hochspannung, wenn sie mit einem über die Ränder der Belegungen hinausragenden Dielektrikum versehen sind, die Durchschlagsgefahr, die z. B. dadurch gegeben ist, daß durch einen Grat am Rande einer Metallfolie das Dielektrikum beschädigt wird, zu verringern, werden vorteilhaft die Ränder der beiden Belegungen gegeneinander versetzt angeordnet.
- Ferner werden für die Verwendung der Wickelkondensatoren gemäß der Erfindung für Hochspannungszwecke in Batterien mehrere Verbesserungen vorgeschlagen, auf die bei Erläuterung der betreffenden Ausführungsform näher eingegangen wird.
- In den Abb. i bis 3 ist die grundlegende Ausführungsform eines Wickelkondensators gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
- Zwischen den beiden Metallzylindern a und b ist die Wicklung c, bestehend .aus zwei z. B. durch Isolationspapier voneinander getrennten Metallfolien, eingeschlossen. Wie aus Abb. i ersichtlich, ist die innere Metallfolie gegenüber der äußeren in der Achsrichtung des Zylinders um einige Millimeter versetzt. Dadurch entsteht zwar ein minimaler Kapazitätsverlust bzw., wenn eine bestimmte Kapazität vorgeschrieben ist, ein geringfügiger Mehrverbrauch an Metallfolien; dafür ist aber die Gefahr bedeutend verringert, den ganzen Kondensator ersetzen zu müssen, weil die Durchschlagsgefahr infolge der nicht mehr unmittelbar gegenüberstehenden Kanten der Belegungen erheblich herabgesetzt ist.
- Deutlicher als Abb. :2 zeigt Abb. 3, wie um den Metallkern a zunächst die durch die mit i bezeichnete ausgezogene Linie dargestellte innere Metallfolie vollständig herumgelegt ist. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Verbindung der Metallfolie i mit dem Zylinder a hergestellt. Hinter der Umschließungsstelle der Metallfolie i beginnt erst die punktiert eingezeichnete Isolationszwischenlage. Auf diese legt sich sodann, um ein Stück versetzt, die Metallfolie der anderen Belegung e,. die gestrichelt angedeutet ist. Die zur Zylinderachse parallel verlaufenden Längskanten der beiden Wicklungen sind also gegeneinander versetzt. Es macht vor Beginn des Aufrollens der Belegungenmithin keineSchwierigkeit, dieseLängskanten derbeidenMetallfolien gratfreizumachen.
- Am äußeren Ende der Kondensatorwicklung liegen die Verhältnisse entsprechend, nur mit dem Unterschiede, daß sich die äußere Delegung e gegen den ganzen Umfang derInnenfläche des äußerenMetallzylinders b nach Aufhören der äußeren Isolationszwischenlage anlegt. Vordem wird zweckmäßig wiederum der zur Zylinderachse parallele Rand der inneren Belegung i Bratfrei gemacht.
- Um einen guten elektrischen Kontakt der beiden Belegungen. i. und e mit den beiden Metallzylindern a bzw. b herzustellen und ein Verschieben des Mantels b auf dein Wickel zu verhindern, wird der äußere Zylinder b in an sich bekannter Weise in erwärmtem Zustande über den Wickel geschoben und legt sich nach Erkalten infolgedessen unter Druck auf den Wickel.
- Da die unvermeidliche betriebsmäßige Erwärmung eine Erweiterung des Ringraumes zwischen den beiden Zylindern verursacht, wenn diese aus demselben Material bestehen, und dadurch eine Lockerung des Wickels entsteht, wodurch das Einziehen von Luft und Feuchtigkeit in den Wickel begünstigt wird, sind gemäß der Erfindung die beiden Zylinder aus Materialien z-erschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Durch entsprechende Wahl des Materials für die beiden Metallzylinder, z.B. Messing für den inneren, Kupfer für den äußeren, läßt sich erreichen, daß ihr Abstand innerhalb weiter Temperaturgrenzen nahezu konstant bleibt. Dabei kommen naturgemäß solche Dielektrika in Frage, die bei den vorkommenden Temperaturerhöhungen bereits weich werden, so daß der Wickel, um fest zu bleiben, eines erhöhten Druckes bedarf.- Dieser erhöhte Druck kommt bei gleichbleibendem Abstande der beiden Metallzylinder zueinander durch die Wärmeausdehnung der Bestandteile des Wickels zustande. Wenn andererseits derart sich erweichende Materialien nicht Verwendung finden und das Dielektrikum überdies eine stärkere Temperaturausdehnung aufweist als die Metalle, empfiehlt sich -umgekehrt, als Wickelkern a einen Zylinder aus einem sich langsam dehnenden Material, als Mantel b einen Zylinder aus Material mit einem großen Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden.
- Um die beiden Stirnseiten des Wickels gegen Beschädigungen zu schützen und zugleich das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in das Innere des Wickels zu verhindern, sind Endverschlüsse aus Isoliermaterial in an sich bekannter Anordnung vorgesehen. Zu diesem Zwecke stehen die beiden 1Vleta117-ylinder an den Enden des Wickels um ein gewisses Maß über. Die einfachste Art des Verschlusses erhält man dadurch, daß der Ringraum zu beiden Stirnseiten des Wickels mit einer isolierenden, an Metall gut haftenden Vergußmasse ausgefüllt wird, die zur Verlängerung der Kriechstrecke mit einem nach außen heraustretenden Wulst versehen werden kann. Einen Verschluß dieser Art zeigt Abb. 4. Zwei andere Ausführungsformen des Verschlusses veranschaulichen die Abb. 5 und 6. Bei ihnen findet ein Ring aus festem Isoliermaterial Anwendung, der sich mit seiner äußeren oder inneren konisch gestalteten Mantelfläche gegen den entsprechend erweiterten Rand des äußeren oder inneren Metallzylinders legt, während die zylindrischen gegeneinanderliegenden Flächen des Verschlußringes und der Metallzylinder durch ein feingängiges Gewinde verbunden sind.
- Mit Rücksicht auf die Notwendigkeit, die Verlustwärme aus dem Innern des Kondensators abzuleiten, darf die Dicke des Wickels ein bestimmtes, von der Spannung abhängendes Maß nicht überschreiten. Das Höchstmaß liegt nach praktischen Erfahrungen bei normaler Beanspruchung des Kondensators bei etwa 7 bis $ mm. Da es andererseits erwünscht ist, den Durchmesser des Wickelkerns nicht zu klein zu wählen, erfordern derartige Kondensatoren einzeln schon viel Raum. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sie in der aus Abb.7 ersichtlichen Anordnung, bei der die Schnittpunkte der Zylinderachsen in einer senkrecht zu ihnen gedachten Ebene dreiseitige Dreiecke bilden, montiert werden. Diese Anordnung erfordert eine Isolation der einzelnen Zylinder gegeneinander wegen ihrer großen Spannungsdifferenzen, so daß dadurch die an sich günstige Raumausnutzung dieser Anordnung wieder beeinträchtigt wird.
- Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, daß die einzelnen. Zvlinderkondensatoren in an sich bekannter '\Greise konzentrisch ineinander angeordnet sind, so daß sie einen räumlich sowohl wie elektrisch einheitlichen Mehrfachkondensator bilden. Die dabei vorgesehenen ringförmigen Zwischenräume dienen zum Durchtritt eines Kühlmittels und zur Herstellung der gewünschten elektrischen Schaltverbindungen. Ordnet man die Einheiten noch in einer durch die gewünschte Schaltfigur bestimmten Reihenfolge an, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß immer nur zwei Zylinder von gleichem elektrischem Potential einander unmittelbar gegenübertreten, so daß auf eine besondere Isolation dieser Zylinder gegeneinander verzichtet werden kann, wodurch die Herstellung der in Betracht kommenden Schaltverbindungen sehr erleichtert wird.
- Die Abb. 8 und 9 zeigen zwei beispielsweise Ausführungsformen solcher Mehrfachkondensatoren; die -Nbb. io und ii zeigen die zugehörigen Schaltbilder.
- Wie aus Abb. 8 hervorgeht, besteht der Kondensator aus drei Einheiten lz, 1, in, die unter sich durch die Anschlußklemmen k, L, !il verbunden sind.
- Die Ausführung entsprechend Ahb.9 besteht aus sechs Einheiten in Sternschaltung. Je zwei Einheiten 1? und h', 1 und l', m und ni.' sind in einer Phase parallel geschaltet. Die Verbindungen dieser Kondensatoreinheiten mit den Anschlußklemmen K. L_. II und dem Sternpunkt D ergibt Abb. i i.
- Bei beiden Ausführungsformen liegen nur Kondensatoren gleichen elektrischen Potentials unmittelbar nebeneinander. Sollen mehrere Mehrfachkondensatoren gemäß der Erfindung parallel geschaltet werden, so wird man sie ebenfalls zweckmäßig so anordnen, daß alle Außenzvlinder gleiches Potential haben.
- Eine weitere Ausgestaltung des Mehrfachkondensators nach der Erfindung ergibt sich beim Bau von Schwingungskreisen dadurch, daß man die Selbstinduktionsspule für den jeweiligen Schwingungskreis in den Ringraum zwischen zwei Einzelkondensatoren unterbringt. Falls zwischen den beiden ineinandergeschachtelten Einzelkondensatoren beträchtliche Spannungsdifferenzen bestehen, wird die Spule mehrlagig gewickelt, und zwar so, daß der mittlere Spannungsabfall in der Spule dem Spannungsabfall angepaßt wird, der in dem Raum zwischen den beiden Einzelkondensatoren herrschen würde, wenn die Spule nicht vorhanden wäre. Dadurch ist erreicht, daß nirgends eine Erhöhung der vorherigen Spannungsdifferenzen auftritt. Diese Maßnahme bedeutet also eine Sicherung gegen Durchschlag bzw. Überschlag von einem Einzelkondensator zu dem benachbarten.
Claims (9)
- PATEN TANSPRÜCHr: i. Aus Metallfolie und festem Isolierstoff bestehender zvlindrischer Wickelkondensator, dessen Wickel zwischen zwei Metallzylindern eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallzylinder an der einen, der äußere Zylinder an der anderen Metallfolie längs des ganzen Umfanges unmittelbar anliegt.
- 2. Wickelkondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallzylinder aus Materialien derart verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, daß ein Lockerwerden des Wickels bei der betriebsmäßigen Erwärmung vermieden ist.
- 3. Hochspannungskondensator nach Anspruch i und a mit über die Ränder der Belegungen hinausragendem Dielektr ikum, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der beiden Belegungen gegeneinander versetzt verlaufen.
- 4.. Mehrfachkondensator, der aus Einzelkondensatoren nach einem der Ansprüche i bis 3 zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinderkondensatoren konzentrisch ineinander angeordnet sind.
- 5. Mehr fachkondensator nachAnspruch.I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnenKondensatoren noch freierRaum zum Durchtritt eines Kühlmittels und zur Anbringung ihrer elektrischen Verbindungen vorgesehen ist.
- 6. Mehrfachkondensator nach Anspruch :I und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verschiedenen Einzelkondensatoren sich nur Metallzylinder gleichen elektrischen Potentials gegenüberstehen.
- 7. Mehrfachkondensator nach den Ansprüchen .4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei zv lindrischen Kondensatören eine Selbstinduktionsspule eingebaut ist. B.
- Mehrfachkondensator nachAnspr uch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der Selbstinduktionsspulen dem elektrischen Felde angepaßt ist, das ohne Dasein dieser Spulen vorhanden wäre.
- 9. Mehrfachkondensator nachAnspruch 8, gekennzeichnet durch eine derartige Wicklung der Spule, daß die Abstände eines auf der Spule fortschreitenden Punktes von den Metallzylindern der benachbarten beiden Kondensatoren stets in ihrer Größe erhalten bleiben.
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1925
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