DE6801713U - Elektrischer kondensator - Google Patents

Description

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Unsere Zeichen Tag Blatt PP-Dr.S-im 8. Oktober 1968

C)

Beschreibung
zur Anmeldung der

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wieub&den-Biebrich

für ein Patent auf

Elektrischer Kondensator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, bestehend aus einem Elektrodenpaar und einem dielektrischen Abstandshalter, insbesondere einen Wickelkondensator, der als Dielektrikum eine thermoplastische Folie enthält.

Bis jetst stellte man Dielektrika für Kondensatoren aus Spezialpapier oder Celluloaematerialien und in jüngster Seit aus Kunststoffolien, entweder allein oder in Verbindung mit Papierbogen, her. Kunststoffolien sind im allgemeinen den Dielektrika aus Cellulosefolien Überlegen, <Jta sie höheren Spannungen pro Dickeneinheit standhalten können, veniger oft Fehler aufweisen, sum kleine Löcher oder leitende Teilehen, die die

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elektrische Festigkeit herabsetzen, und einen besseren dielektrischen Verlustfaktor haben. In Anbetracht dieser und anderer Eigenschaften kann man zur Erzielung äquivalenter Kapazität und Betriebsspannung Kondensatoren mit Dielektrika aus Kunststoffolie im allgemeinen kleiner herstellen als Kondensatoren mit Dielektrika aus Papier. Dünne Kunststoffolien haben jödssh den Nachteil, daß sie dazu neigen, sowohl aneinander als auch an den Elektrodenfolien, mit denen sie bei der Herstellung der Kondensatoren gewiekelt werden, fest su haften und su kleben. Dieses unerwünschte, im allgemeinen als "blocking" bezeichnete Kleben der Kunststoffolienoberfläehen an benachbarten Kunststoff- oder Metallfolienoberfläohen erschwert das Imprägnieren derartiger Kondensatoren nach der Wicklung. Ferner führt diese Klebetendenz zu Luft« * * einschlüssen in der endgültig gewickelten Kondensator-

•inheit und verhindert das Vordringen der dielektrischen

Flüssigkeit su allen Teilen der Wicklung. Folglich wird

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s die elektrische Festigkeit merklieh verringert, die

£ Oliaieinsatsspannung nimmt ab, die Kondensatoreinheit©η

erleiden einen vorzeitigen Durchschlag und haben «Ine verkürzte Lebensdauer. Dazu kommt, daß der nlchtporöee Charakter der Kunststoffolien eine entsprechend© Imprägnierung ersohwert.

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Nach einem Verfahren, das man «ur Verbesserung der Imprägnierung von Kondensatoren mit Kunststoffdielektrika vorgeschlagen hat, verwendet man ein poröses Material, wie Papier, in Verbindung mit der Kunststoffolie. Bei diesen Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus einem Schichtstoff oder Verbundmaterial ermöglicht die poröse Schicht, wahrscheinlich aufgrund ihrer dochtähnlichen Wirkung, eine besoere und gleichmäßigere Imprägnierung mit der dielektrischen Flüssigkeit* Die Verwendung einer Papiorsohioht vermindert jedoch die ausnutsbare Feldstärke des Dielektrikums und erhöht den Verlustfaktor.

Nach einem anderen zur Verbesserung der Imprägnierung von Kunststoffolien vorgeschlagenen Verfahren verwendet pan, entweder auf der Oberfläche der Folie oder durch ihre gesamte Masse, ein in Partikeln auftretendes dielektrisches Material, wie Aluminiumoxid. Die Verwendung von Aluminiumoxid als Staub auf der Folie hat Jedoch den Nachteil, daß es schwierig ist, «ine gleichmäßige Verteilung der Oxidpartikel auf der Folienober-fläohe tu ««haffen und aufrechtzuerhalten, und da· Einarbeiten von Aluminiumoxid in den Rohstoff vor der Polienbi !dung; hat die Nachteil·, daft «s schwierig iet, il«iohisäftig· Roh*· Btoffdiepereionen au erhalten oder das Hars su extrudieren, wenn «an ein· einwandfreie Folie erhalten

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Aufgab« der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung •ine« elektrischen Kondensators mit einem Kunststofffolien-Dielektrikum, das relativ hohe Spannungen aushalten kann, ohne daß ein dielektrischer Durchschlag oder eine Glimmentladung auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungagamSß durch einen elektrischen Kondensator, bestehend! aus einem Blektrodenpaar und eimern dielektrischen Abstandshalter, gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der dielektrisch« Abstandshalter aus mindestens einer nichtporöstn themopla&tiaehen Folie 3 besteht» welch« auf mindestens einer ihroir Oberflächen mit Erhebungen 4 versehen ist, und die mischen d©n Erhebungen entstandenen Räume Kit einer dielektrischen Flüssigkeit ausgefüllt sind. In einer bevorzugten Ausführung»form sind beide Oberflächen der Folie mit Erhebungen versehen.

Das Material, aus de» die nichtporöse thermoplastische PoUe₁ welche das feste Dielektrikum der erfindungsgemäßen Sondensatoren bildet, hergestellt ist, kann jedes thermoplastische filmbildend« Homopolymer* oder Copolymere sein. Hierxu gehören sub Beispiel Polyolefine, wie die Polymeren von Xthylen oder von höheren Mono-et-olefinen mit 3 odes° mehr Kohlenstoffatomen sowie deren

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Copolymer·» oder Mischpolymerisaten, die Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polystyrol und die Vinylpolymeren, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid» Copolymere aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, Copolymere aus Vinylchlorid und Acrylnitril und dergleichen, die Polykarbonate und die Polyamide. Bevorzugt wegen der guten mechanischen und dielektrischen Eigenschaften werden die hochmolekularen linearen Polymeren von Äthylen und die stereoregulären kristallinen Polymeren τοπ Buten-1, Peaten-1, 2-Methylbuten-i und ^-Methyl« pentea-1 eingesetzt. Qans besonders geeignet ist stereoreguläres Polypropylen.

Die Herstellung ron Folien aus diesen Polymeren sum Zwecke der Erfindung kann auf beliebige, bekannte Weise durch Auswaisen, Extrusion, Pressen, Aufgießen aus einer Lösung und Aufgießen einer Schmelze erfolgen. Man kann die Folien auch längs und/oder quer verstrecken, um sie monoaxial, biaxial oder in Länge- und Querrichtung gleichmäßig xu orientieren. Biaxial orientierte Folien werden erfindungsgemftß bevorzugt verwendet.

Infolge der Erhebungen und der dadurch entstandenen Vertiefungen ist die Oberfläche der Folie uneben. Diese Unebenheit wird durch Prägen erzeugt, welches die scheinbare Dicke der Folie erhöht und ihr auch sonst ein

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Anderes Aussehen geben !cum. Bas Prägen der Folie kann ■dt jeder geeigneten Vorrichtung erfolgen, «it der man die Oberfläche der Foil·, vie oben besehrieben, verändern kann. Nach einem geeigneten Verfahren bearbeitet man die Oberfläche der thermoplastischen Folie mit Hilfe eines beheizten Elements, das mit der Oberfläche nur vorübergehend Kontakt hat, so daft die Wärme und der nutige Druck das gewünschte Muster auf einer oder beiden Seiten der Folie bilden. Die Temperatur des beheizten Elements und der Druck werden so eingestellt, daft die Oberfläche der Folie mit den Qberfläeheneharakteristlkem des behei«- ten Elements geprägt wird. Vorzugsweise ist das b«heietο Element eine Metallrolle, die das gevünsehVe PrägewUBter aufweist. Das Prägen, bei dem die Folie nicht versehrt werden öarf, verleiht den Folienoberfläehen die gewünschte Unebenheit bzw. das gewünschte Muster* Vorzugsweise hat die Folie eine Dicke von 5 bis *IO ^um und je nach Foliendioke eine Prägetiefe von 0,5 bis 10 /Um.

Die erfindungsgeioäßen Kondensatoren werden mit Ausnahme des verwendeten festen dielektrischen Materials in üblicher Weise konstruiert. Die beigefügten Zeichnungen geben in Figur 1 eine perspektivische Ansieht einer teilweise abgewickelten Wickelkondensatoranordnung wieder* Xn Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Kondensators nach Figur 1 gezeigt, nachdem er

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mit einen Gehäuse versehen wurde. In Figuren 3 und H sind Teilquersohnitte der dielektrischen Folie und in Figur 5 ist eine erweiterte Draufsicht auf die Ober« fläche der dielektrischen Folie angedeutet»

Die Herstellung der Kondensatoranordnung 1 ton Figur erfolgt durch Aufwickeln der Streifen 2 und 2'aus Metallfolie, sum Beispiel Aluminium, Kupfer, Tantal oder dergleichen, mit dazwischenliegendem dielektrischen Abstandshalter, welcher aus einer nichtporösen thermoplastischen Folie 3 besteht, die eine durch auf mindestens einer ihrer Oberflächen hervorstehende Erhebungen M hervorgerufene Unebenheit aufweist (siiirhe Figuren 3 und 4). Xn Figur 3 besteht der Abstandshalter aus einer thermoplastischen Folie 3, die auf beidien Oberflachen geprägt wurde, und in Figur 4 aus einer thermoplastischen Folie, die nur auf einer Oberfläche geprägt wurde*

Der elektrische Kontakt mit den Elektroden kann durch eingelegte Ansohlu&streifen $ und 6 hergestellt werden, deren Enden aus einem Ende der gewickelten Kondensatoranordnung herausragen t Zw Erzielung eines besseren Kentaktes können die AnsohluÄstreifen gegebenenfalls an die Elektroden geschweißt sein, und sur Schaffung einer breiteren Kontaktfläche mit seiner augehörigtn

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kann d»r unt«7· Teil 4«r St»if«a 5 mad 6 Tfie bei 7 enreitert

Tor de» Imprägnieren gibt mm die Elektrsden-Bielektrikua-Anordnung 1 in allgemeinen in einen behälter, tu» Beispiel in einen wie in Figur 2 geneigten Metallbehälter 10, und eehlieet den Behälter im-metiich mit litt Deckel 11 ab» - %

Obwohl es nicht gezeigt wird, «miaut dl« in Figur 2 V geiwigte Einheit 1$ ferner eine dielektrisch· Flüssig kelt, die d«n übrigen Rau» 1» Behälter 10, der ven der Kondensatoranordnung nicht elnganoeaien wird, einnimeit und den dielektrischen Abstandshalter 3 imprägniert.

Bevor »an den Behälter »lt de» Deekel «ehlleAt, befestigt »an die Kontaktbänder 5 und 6 an den Enden 12 b«w* 13» die aus de» Deckel hervorragen und von ihm isoliert sind, ü» das Entfernen von rtuehti&ksit und Luft aus dar Anordnung und das Einführen der Xnprägniemüssigk«it su ermöglichen, hat der Deekel 11 ein kleine· Lo«h IH,

Vor de» Imprägnieren trocknet »an die nungoa i» allgemeinen im Vakuum, um restliche Tevwhtig* keit su entfernen. Die Troekenteaperatwr rifhtet sieh naeh der Länge des TrotlamngeByklu·, beträgt aber la

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allgemeinen swisohen 60 und 150*0. Bei su niedriger Temperatur ict die Trocknung*wit übermäßig lang, während eine su hohe Temperatur Zersetzung und Schrumpf des Dielektrikums verursacht.

Die dielektrische Imprägnierflüssigkeit leitet man tier Kondensatoranordnung durch das Loch 14 xu, vorxugsweise während die getrocknete Anordnung sieh nooh unter Vakuum in einem geeigneten luftleeren Behälter befindet. Im allgemeinen führt man so viel Imprägnierflüssigkeit ein, das das Eendensatcrelesent im Behälter mindestens untergetaucht ist. Den Druck im Behälter erhöht man dann auf atmosphärisohen Druck und IaAt die Anordnung für einige Stunden stehen, damit die Imprägnierflüssigkeit gründlich eindringen kann. Nach dem Imprägnieren verschließt man den Kondensator, sum Beispiel indem man das Loch %b mit einer geeigneten Menge Lötmittel versieht. Für die Durchführung des Imprägnierverfahrene kann man neben den vorstehenden Verfahren auch andere Techniken, die im allgemeinen WIrme und/oder Druck verwenden_s βinsetsen.

Bestimmte bekannte laprägnierflttssigkeiten können im Sahmen d»r vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignet« Imprägniermittel sind sun Beispiel Mineralöl, Hi sinus öl, Bauiwollaaatöl ₃ Siliconöl, Polybuten und

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jede der verschiedenen aromatischen Halogenkohlenwasser-

•tof!Verbindungen. Beispiele für aromatische Halogenverbindungen sind die chlorierten Diphenyle, die chlorierten Diphenylketone, Pentachlornitrodiphenyl und seine Alkyl-» derivate, chloriertes Benzol und Benzolderivate und der» gleichen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Es wurde eine Gruppe von Leistungskondensatoren hergestellt, die Jeweils ein umwickeltes Paar Elektrodenfellen aus Aluminium hatten, die durch eine 25 /um dicke thermofixierte, biaxial orientierte Polypropylenfolie, die auf beiden Oberflächen bis zu einer Tiefe von 4 ^um geprägt war» getrennt waren. Die Prägung wurde durch Führen der Folie zwischen ein auf 110 bis 14O*C erhitztes Paar Prägewalzen vorgenommen, so daß in der sehr kurzen Zelt des Kontaktes mit der Walze die Oberflächen der Folie wärmeverforat und ihnen die Qberflächencharakterietiken der Prägewalzen aufgeprägt wurden. Zum Vergleich stellte nan eine Gruppe von Kondensatoren gleicher Konstruktion her, i>ei denen jedoch die Polypropylenfolie nicht geprägt war. Beide Gruppen wurden rcLt chloriertem Diphenyl, zu« BeUpiel AROCLOR ® (Monsanto Chem. Corp,), als dielektrischer Flüssigkeit unter den gleichen Bedingungen imprägniert. Die durchschnittliche Olitraneinsatz-

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spannung der Vergleiohsgruppe der Kondensatoren war viel niedriger als die der Gruppe mit der geprägten Polypropylenfolie. Diese Versuche selgten, da* das Prägen der Follenoberflache die leprägnierbarkeit von fchermopl*sti·- schen dielektrischen Folien verbessert.

Eine »weite Vergleichsgruppe von Kondensatoren gleich«? Größe wurde wie im vorangegangenen Beispiel konstruiert alt der Ausnahme, daß nan statt der geprägten Polypropylenfolie eine Verbundfolie verwendete, die sieh aus einer nicht geprägten 12 /um dicken Polypropylenfoli· und «inem 12 /um dicken Kondensatorpapier susaswensetste. Daaait durchgeführt« Versuche »eisten, da« die Kondensatoren des erfinäungegemäßen Beispiels eine höhere aiimmeinsatsspannung hatten als die Vergleiehskondensatoren ' "' mit der Verbundfolie.

■ Versuche, die man alt einer Reihe von iiit Flüssigkeit

° lBsprägnlerten Kondensator η durchfuhrt«, die Dielektrika

aus linearen Polyäthylen- und Polyäthylenterephthalatfolien enthielten, die sowohl geprägt als auch ungeprtgt

waren, zeigten, daß in allen Fällen die Lebensdauer

§ eines «in« geprägte Folie enthaltenden Kondensators

erheblieh länger ist als die Lebensdauer ein·» Kondensa-

tors »It einer nicht geprägten Folie<

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Claims (5)

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1. Elektrischer Kondensator aus einem Elektrodenpaar und «ine» dielektrischen Abstandhalter, dadurch gekenn- «elehnet, daß der dielektrisch« Abstandshalter aus mindestens einer niöhtporösen thermoplastisch«« Folie (3) besteht, welche auf mindestens einer Ihrer Oberflächen mit Erhebungen (A) versehen ist, und die »wischen den Erhebungen entstandenen Räume mit einer dielektrischen Flüssigkeit ausgefüllt sind,

2. Elektrieeher Kondensator nach Anspruch 1, dadureh gekennzeichnet, daß beide Folienoberflächen alt Erhebungen versehen

3* Slektriseher Kondensator nach Ansprüchen 1 und 2, dadureh gekennseiohnet, daß die niohtpordse thermoplastische Folie biaxial orientiert ist.

4, Elektrischer Kondensator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadureh gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein Polyolefin ist«

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5. El»ktrie«h«r Kond«ne*tor n*eh Aneprüthwt 1 bte *, dadurch g«kennswichn«t, uäA das

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