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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.
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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.
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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.
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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.
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In den Abb. i bis 3 ist die grundlegende Ausführungsform eines Wickelkondensators
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Abb. 8 und 9 zeigen zwei beispielsweise Ausführungsformen solcher
Mehrfachkondensatoren; die -Nbb. io und ii zeigen die zugehörigen Schaltbilder.
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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.
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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.
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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.
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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.