DE733609C

DE733609C - Process for the production of electrical wound capacitors

Info

Publication number: DE733609C
Application number: DES121655D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Schupp; Fritz Wilke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1936-02-21
Filing date: 1936-02-21
Publication date: 1943-03-31

Description

Verfahren zur Herstellung von elektrischen Wickelkondensatoren Die elektrischen Wickelkondensatoren werden z. B. in der Weise hergestellt, daß zwei oder mehr möglichst dünne Metallbänder mit zwischengelegten und ebenfalls möglichst dünnen Isolierstoffb_änder_n zu einem Yoll-oder Hohlzylinder aufge@vickelt werden. An Stehe von besonderen Metallbändern können als Kondensatorbeläge auch Metallauflagen auf Isolierstoffbändern dienen, @vobei -der Isolierstoffträgerkörper zugleich auch als Dielektrikum benutzt werden kann. Die Wickelkondensatoren können trotz kleinen Raumbedarfes und sehr handlicher Form große Kapazitätswerte aufweisen und werden deshalb auf vielen Gebieten der Elektrotechnik mit Vorteil verwendet.Method of manufacturing electrical wound capacitors Die electric wound capacitors are z. B. made in such a way that two or more as thin as possible metal strips with interposed and also as possible thin Isolierstoffb_änder_n to a Yoll or hollow cylinder are @ wrapped. On the side of special metal strips, metal layers can also be used as capacitor layers serve on insulating tape, @vobei -the insulating carrier body at the same time can be used as a dielectric. The wound capacitors can despite small Space requirement and very handy shape have and will have large capacity values therefore used with advantage in many areas of electrical engineering.

Da die Anforderungen an die Eigenschaften der Kondensatoren auf den verschiedenen Gebieten sehr verschiedenartig sind, wählt man die Isolierstoffbänder .dementsprechend aus, um ganz bestimmte Fertigprodukte zu erhalten. Unter anderem wird auch Isolierstoff aus Polyvinvlbgnzol, sogenanntes Polystyrol, mit Vorteil als Dielektrikum verwendet, da dessen Isolations- und Verlustwinkelwerte sehr klein sind. Der dem Polystyrol anhaftende Nachteil der geringen Biegefestigkeit. konnte dadurch überwunden werden, daß man das Polystyrol meist bei der Herstellung einem Reckungsverfahren unterzog, wobei die Moleküle ausgerichtet werden. Solche z. B. gereckten Bänder sind ohne weiteres biegefähig und sind auch schon für Wickelkondensatoren als dielektrische Zwischenlage vorgeschlagen worden, da sie nicht rissig werden und nicht brechen.Since the requirements for the properties of the capacitors on the different areas are very different, one chooses the insulating tapes .Accordingly, in order to obtain very specific finished products. Among other things insulation made of polyvinyl chloride, so-called polystyrene, is also advantageous used as a dielectric because its insulation and loss angle values are very small are. The disadvantage of the low flexural strength that is inherent in the polystyrene. could be overcome by the fact that the polystyrene is usually used in the manufacture of a Subjected stretching process, whereby the molecules are aligned. Such z. B. Stretched tapes can easily be bent and are also suitable for wound capacitors has been proposed as a dielectric interlayer because it does not crack and not break.

Stellt man nun mit solchen gereckten Polystyrolbändern Wickelkondensatoren her, - so enthalten diese, genau wie auch andere Wik= kelkondensatoren, Lufteinschlüsse,- die nicht zu vermeiden sind. Dies bedeutet jedoch, bekanntlich einen erheblichen Nachteil, ' da die Kapazität eines solchen Kondensators nicht konstant ist und bei hohen Spannungen leicht Glimmentladungen eintreten können, die zur Zerstörung des Kondensators führen. Das an sich bekannte Verfahren, diese Lufteinschlüsse durch zusätzliche dielektrische Stoffe beispielsweise innerhalb eines Imprägniervorganges zu ersetzen, hat aber neben dem komplizierten Arbeitsgang und dem erheblichen Aufwand den großen Nachteil, daß sich ein zusammengesetztes Dielektrikum ergibt, wobei die Imprägniermittel schlechtere dielektrische Eigenschaften als das reine Kunststo-f"tdielektrikum haben. Die Erfindung macht sich nun zur Fertigung von Wickelkondensatoren mit gerecktem Polystyrol die Eigenschaft zunutze, daß_ diese gereckten Bänder durch eine Wärmebehandlng das-Bestreben haben, sich wieder auf ihre_ ursprüngliche-Länge zusammenzii= ziehen, und schlägt vor, die mit solchen gereckten Polystvrolbändern hergestellten Wikkelkondensatoren einer solchen Wärmebehandlung zu unterziehen, daß die gereckten Bänder sich aus ihrem gereckten in den ungereckten Zustand zurückverwandeln. Infolge des durch die Zusammenziehung eintretenden inneren @ckeldrückes «erden beim `Vielvorgang eingeschlossenen Luftblasen aus dem Wickelkörper herausgetrieben. Hierbei ziehen sich die freien._Ränder _der ü erstehenden Isölierstoffbahnen infolge der fehlenden `lbletällzwischenlägeweiter als der eigeritIfche Wickel zusammen, so dä-ß- äri den-Stirnseiten -lEinschnürungen entstehen, die einen geringeren Durchmesser aufweisen als das Mittelstück des Kondensatorkörpers. Bei fortgesetzter Wärmebehandlung bzw. bei _ plötzlich ansteigender Wärmeeinwirkung kann ein Züsämmenschweißen der frei aufeinanderliegenden Rändteileder Dielektrikumbänder erzielt werden, so daß der Kondensatorwickel gegen den Wiedereintritt von ,Luft -völlig @abgeschTösseri ist: , Um die Kondensatoren vollständig in sich abzukapseln, empfiehlt es sich, am Anfang und Ende eines Wickels mindestens eine Leerwindung der Isolierfolie ohne Zwischenlage von Belagmetall vorzusehen, so daß allseitig ein Zusammenschweißen des Materials eintreten kann und damit eine vollstimdi luftsichere Kapselung des Kondensators erzielt wird.If winding capacitors are produced with such stretched polystyrene tapes, - just like other winding capacitors, they contain air pockets - which cannot be avoided. However, as is well known, this means a considerable disadvantage, since the capacitance of such a capacitor is not constant and, at high voltages, glow discharges can easily occur, which lead to the destruction of the capacitor. The per se known method of replacing these air inclusions with additional dielectric substances, for example within an impregnation process, has the major disadvantage, in addition to the complicated operation and the considerable effort, that a composite dielectric results, with the impregnation agent having poorer dielectric properties than the pure plastic -f "tdielektrikum. For the production of wound capacitors with stretched polystyrene, the invention makes use of the property that, as a result of heat treatment, these stretched strips tend to contract to their_ original length again, and proposes that to subject winding capacitors made with such stretched polystyrene tapes to such a heat treatment that the stretched tapes are transformed back from their stretched to the unstretched state ang trapped air bubbles driven out of the winding body. Here, the free edges of the overhanging insulating material webs contract more than the actual wraps due to the lack of metal intervening layers, so that constrictions occur on the end faces which have a smaller diameter than the center piece of the capacitor body. With continued heat treatment or if _ suddenly increasing exposure to heat e can in Züsämmenschweißen the free superposed Rändteileder Dielektrikumbänder be achieved, so that the capacitor winding against the re-entry, air -völlig @ abgeschTösseri is: To encapsulate the capacitors fully self, it is recommended To provide at least one empty turn of the insulating film without an intermediate layer of facing metal at the beginning and end of a coil, so that the material can be welded together on all sides and thus a fully air-safe encapsulation of the capacitor is achieved.

An Hand der Zeichnung sei die Ausführung der Erfindung an zwei Beispielen noch näher erläutert.The implementation of the invention is based on two examples with reference to the drawing explained in more detail.

Fig. i zeigt im Längsschnitt einen Wickelkondensator. Zwei _aus_ -e eckten. Polystyrolbändern bestehende Filme mit den Abmessungen 50 X o, r min und» zwei Aluminiumfolienbänder mit den Abmessungen 30 X o,o6 mm sind auf einem als Wickelkern dienenden Metallzylinder i, der ein Stift oder ein Rohr sein kann, zu einem Wickel :2 aufgewickelt worden, ohne daß ein Brechen oder Einreißen der biegsamen Filme eintreten konnte. Der Wikkel ist dann ungefähr d. Stunden in einer Wärmekammer auf etwa i2o° C erwärmt worden. Hierbei trat eine Iücl:-@an<llung des Polystyrols ein, wobei die I'olvstvrolbänder sich fest z_usamtnetirogen, hierbei die Lufteinschlüsse heraüspreLiten, u(1 schließlich schweißten seine (las dünne Alutniniuniband überragenden Rinder fest zusammen.Fig. I shows a wound capacitor in longitudinal section. Two _aus_ -e turned. Films consisting of polystyrene tapes with the dimensions 50 X o, r min and two aluminum foil tapes with the dimensions 30 X o, o6 mm have been wound onto a metal cylinder i, which can be a pin or a tube, to form a roll: 2 without the flexible films breaking or tearing. The winding is then approximately d. Hours in a warming chamber to about 120 ° C. During this process, the polystyrene was deposited on the polystyrene, with the volvstvrol bands tightly fitting together, the air inclusions spreading out, and finally the cattle, which towered over the thin aluminum band, welded together firmly.

Bei der Auswahl der Abmessungen der Iso-1 ierbänder muß berücksichtigt werden, daß die Bänder sich bei der Wärmebehandlung nicht nur in der, Längsrichtung, sondern auch in der Breitenrichtung_zusammenzielien, -und zwar, wie Fig. i auch erkennen läßt, in den äußeren Wickellagen stärker als in den inneren Wickellagen, in .denen die Reibung der Randlagen größer ist. Die Isolierbänder müssen infolgedessen in ihrer Breite einen bestimmten Mindestüberschuß über die Breite der Metallfolie aufweisen. Es können auch Bänder verwendet werden, die nach den äußeren Lagen zu an Breite zunehmen. Im Interesse der Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit lassen sich zwischen zwei Metallbelegungen an Stelle eines einzelnen auch mehrere Isolierbänder anordnen. An den mit einem Belag leitend verbundenen Metallzylinder ist als eine Zuleitung ein isolierter Draht 3 angelötet. Die andere Zuleitung besteht ebenfalls aus einem isolierten Draht 4., dessen blankes Ende breitgedrückt als Anschlußfahne imWickel fest eingepreßt ist. Der Kondensatorkörper ist als Ganzes in ein Rohr 5 aus Isolierstoff eingesetzt, das ein- oder beidseitig verschlossen sein und z. B. aus Glas oder Polystyrol bestehen kann. Ein Musterkondensator dieser Ausführung wies bei etwa 13 mm Außendurchmesser des Wickels eine Kapazität von 4ooo pF und. einen Isolationswiderstand von mehr als io' Megohm auf, d. h. mehr als .4o ooo Megohm für i icF.When selecting the dimensions of the insulating tapes, one must take into account that the strips not only move in the, longitudinal direction, but also in the direction of the width, - namely, like Fig. i too shows, stronger in the outer wrapping layers than in the inner wrapping layers, where the friction of the edge layers is greater. As a result, the insulating tapes must in their width a certain minimum excess over the width of the metal foil exhibit. It is also possible to use tapes that follow the outer layers increase in width. In the interest of increasing the dielectric strength There are also several insulating tapes between two metal layers instead of a single one arrange. The metal cylinder, which is conductively connected to a covering, is a Lead an insulated wire 3 soldered on. The other lead also exists from an insulated wire 4. whose bare end is pressed wide as a terminal lug is firmly pressed in the winding. The whole of the condenser body is in a tube 5 Used from insulating material that can be closed on one or both sides and z. B. can be made of glass or polystyrene. A sample capacitor of this type had a capacitance of 400 pF and about 13 mm outside diameter of the coil. an insulation resistance greater than 10 megohms, d. H. more than .4o ooo megohms for i icF.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wickelkondensators gemäß der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. i dadurch unterscheidet, daß der Wickelkern nicht aus einem 1Ietallzvlinder, sondern aus einem beispielsweise 5 mm starken Stift aus gerecktem Polystyrol besteht. Dieser Stift 6 ist mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Nuten versehen, in die die Anschlußdrälite i und S eingelegt sind, auf die an ihren blanken Enden die Enden der Metallbeläge des Kondensators in mehreren Windungen aufgewickelt sind. Die Anwendung der Nuten ist an sich auch bei Wickelkernen aus anderen Isolierstoffen vorteilhaft, jedoch ergibt die Verwendung eines Wickelkernes aus einem gereckten Polystyrol noch einen besonderen Vorteil. Bei der Durch-- des Kondensatorkörpers verkürzt w ärnium, sich nätnlicli auch der Kernstift und vergrößert dabei seinen Durchmesser. Hierdurch wird auf den Wickel auch von innen le_er ein erheblicher Druck ausgeübt. der einerseits die Zuführungen fest mit den Belegungen in den \uten verprellt und andererseits die Beseitigtitig der 1Iolilriiume mit Lufteinschlüssen begiinstigt.2 shows a further embodiment of a wound capacitor according to the invention, which differs from the embodiment according to FIG. This pin 6 is provided with two diametrically opposite grooves into which the connection wires i and S are inserted, onto which the ends of the metal coatings of the capacitor are wound in several turns at their bare ends. The use of the grooves is also advantageous in itself for winding cores made of other insulating materials, but the use of a winding core made of an expanded polystyrene still has a particular advantage. When transit - shortening of the capacitor body w ärnium, located nätnlicli also the core pin and enlarged while its diameter. As a result, considerable pressure is also exerted on the roll from the inside. which, on the one hand, blocks the feeds firmly with the coverings in the utes and, on the other hand, favors the elimination of the olililiums with air inclusions.

Das Entfernen der Lufteinschlüsse läßt sich dadurch noch eilieblich begünstigen, claß die Wärmebehandlung unter Vakuum vorgenommen wird. Dabei kann das Vakuum entweder nur während der Rückwandlung der gereckten Isolierstoffbänder oder nur während des Zusammenschweißens der überstehenden Ränd;#r oder während beider Vorgänge vorgenommen werden. Die Behandlungstetnperatur kann zum Zweck eines beschleunigten Zusammenschweißens der Ränder gegebenenfalls erhöht werden. Um ein sicheres Zusammenschweißen der Ränder zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die aufzuwickelnden Isolierbänder sehr sauber zu hälten und gegebenenfalls einer Vorreinigung zu unterziehen.The removal of the air inclusions can thus still be done at will favor that Heat treatment is carried out under vacuum. The vacuum can either only be applied while the stretched insulating strips are being converted back or only during the welding of the protruding edges; #r or during both Operations are made. The treatment temperature can be accelerated for the purpose of a Welding together of the edges may be increased. To ensure that they are welded together safely To ensure the edges, it is advisable to use the insulating tape to be wound up to be kept very clean and, if necessary, subjected to a preliminary cleaning.

Es sei erwähnt, daß es bereits bekanntgeworden ist, Wickelkondensatoren mit Stvrol oder Polymerisationsprodukte des Styrols enthaltendem Dielektrikum in der Weise herzustellen, daß man einen Papierwickelkondensa-. tor mit den gelösten oder durch Wärmeeinwirkung flüssig gehaltenen Polvmerisaten imprägniert. Hierbei besteht das Dielektrikum also aus einem Gemisch . von Papier und Kunststoffen, das keineswegs die elektrischen Werte aufweisen kann wie ein Dielektrikum, das ausschließlich aus Polystvrol besteht.It should be mentioned that it has already become known, wound capacitors with dielectric containing styrene or polymerization products of styrene in the way to make a paper wrap condenser. gate with the solved or impregnated polymerizates kept liquid by the action of heat. Here the dielectric consists of a mixture. of paper and plastics, that in no way can exhibit the electrical values like a dielectric that exclusively consists of polystyrene.

Die bei den bekannten Kondensatoren in Anwendung gebrachte Wärmebehandlung hat auch nichts mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu tun, da das bekannte Verfahren die Wärme zur Polvmerisation des Stvrols bzw. zum Austreiben der Lösungsmittel und somit zur Herstellung des Kondensators benutzt, während bei dem hier gekennzeichneten Verfahren der Kondensator auch ohne Wärme, nämlich durch Aufwickeln von den gereckten Isolierstoffbändern und den Belägen gefertigt wird. Danach kann eine Wärmebehandlung in Anwendung kommen, die dann lediglich eine Entreckung der Isolierbänder bewirkt, ohne jedoch auf die Herstellung und die Wirkung des Dielektrikums an sich einen Einfluß auszuüben.The heat treatment used in the known capacitors also has nothing to do with the method according to the invention, since the known method the heat to polymerize the Stvrols or to drive off the solvents and thus used to manufacture the capacitor, while in the case of the one marked here Process the condenser even without heat, namely by winding up the stretched Isolation strips and the coverings is made. Thereafter, a heat treatment can be carried out come into use, which then only causes the insulating tapes to be stretched, but without affecting the production and the effect of the dielectric per se Exert influence.

Claims

HATPNTANSPIZÜCIIn: r. Process for the production of electrical wound capacitors using stretched polystyrene tapes, characterized in that one or more glass dielectric tapes made of stretched polystyrene together with the capacitor linings consisting of metal tapes or metallizations of insulating tapes are first wound in the usual way to form a coil and then one Heat treatment are subjected to the fact that the stretched tapes transform themselves back from their stretched in the unstretched state. z. Method according to claim I. characterized in that the free edge parts of the insulating strips are welded together after the stretching by a further heat treatment, preferably at a higher temperature. 3. Capacitor, manufactured according to the method according to claims i and 2, characterized in that at least one empty turn .der insulating strips without an intermediate layer at the beginning and end of a winding. of facing metal is provided. Capacitor, manufactured according to the method according to claims 1 and 2, characterized in that a pin made of stretched material of the insulating strips serves as the winding core, which pin is provided with diametrically opposed grooves for receiving the connecting lines for the capacitor linings. Electrical capacitor manufactured by the method according to the claims. i and 2, characterized in that the coverings are designed as metallizations applied to the polystyrene strips in finely divided form.