DE755007C

DE755007C - Process for the production of an electrical wound capacitor with a high specific capacitance

Info

Publication number: DE755007C
Application number: DES138491D
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Phil Henninger
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1939-09-03
Filing date: 1939-09-03
Publication date: 1953-11-16

Description

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Wickelkondensators mit hoher spezifischer Kapazität Kunststoffe, wie Kunstharze, Cellulosederivate u. dgl., sind schon vielfach für dielektrische Zwecke vorgeschlagen worden und werden, sofern ihre dnelektrischen Werte dies zulassen, häufig beim Bau von Kondensatoren verwendet. Sehr bekannt ist Polystyrol, das ganz ausgezeichnete dielektrische Werbe aufweist. Leider tsind jedoch viele Kunststoffe für den Bau von Kondensatoren mit hoher spezifischer Kapazität, bei denen das Dielektrikum aus einem Kunststoff mit eingelagerten Teilchen; hoher Dielektrizitätskonstante, wie z. B. Titendioxyd, besteht, obwohl ihre mechanischen, Werte wesentlich geeigneter sind als diejenigen von Polystyrol, deswegen nicht brauchbar, weil ihre dielektrischen Werte unverhältnismäßig schlecht sind. Der Verlustwinkel dieser Stoffe, beispIelsweise von Cellophan oder Tylose, liegt sehr hoch. Diese Stoffe sind daher für hochwertige dielektrische Zwecke noch nicht verwendet worden.Method for manufacturing an electrical wound capacitor with high specific capacity plastics such as synthetic resins, cellulose derivatives and the like, have been proposed many times for dielectric purposes and are, if their dielectric values allow this, often used in the construction of capacitors. Well known is polystyrene, which has excellent dielectric advertising. Unfortunately, however, many plastics are highly specific for the construction of capacitors Capacitance in which the dielectric consists of a plastic with embedded particles; high dielectric constant, such as B. titanium dioxide, although its mechanical, Values are much more suitable than those of polystyrene, therefore not usable, because their dielectric values are disproportionately poor. The angle of loss these substances, for example cellophane or tylose, are very high. These Materials have therefore not yet been used for high-quality dielectric purposes.

Es wurden Untersuchungen angestellt, um die Ursache für den großen Verlustwinkel zu ergründen. Es wurden normale Kunststofffolien, wie auch solche mit besonderen, Weichmacherzusätzen, und schließlich auch solche mit die Dielektrizitätskonstante erhöhenden Zusätzen, untersucht und gefunden, daß der große Verlustwinkel nicht etwa nuir dem Stoff an sich eigen ist, sondern häufig auch auf elektrolytisch wirksame Bestandteile in der Folie zurückzuführen ist. Diese elektrolytischen Bestandteile machen mit dem Feuchtigkeitsgehalt, der z. B. aus der Luft aufgenommen wird, Ionen frei und bedingen dadurch eine Verschlechterung der Isolationsfähigkeit. Die nächstliegendste Forderung, die Kunststoffe frei von elektrolytischen Bestandteilen zu fertigen, läßt sich nicht durchführen, da während des Herstellungsprozesses der Kunststoffe bzw. während des Verarbeitungsprozesses zur Herstellung der Isolierfolie Zusätze u. dgl. erforderlich sind, die sich niemals restlos entfernen lassen. Da die elektrolytischen Bestandteile selbst nur dann schädlich sind, wenn bleichzeitig Wasser anwesend ist, m,uß sich also eine Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften auch dann erzielen lassen, wenn die Kunststoffe vollständig wasserfrei gemacht und in diesem Zustand gedialten werden.Investigations have been made to determine the cause of the major To fathom loss angle. There were normal plastic sheets, as well as such with special plasticizers, and finally such with additives increasing the dielectric constant, investigated and found that the large angle of loss is not only peculiar to the material itself, but is often can also be traced back to electrolytically active components in the foil. These electrolytic constituents make with the moisture content that z. B. off is absorbed into the air, releases ions and thereby cause deterioration the insulation ability. The closest requirement, the plastics free from To manufacture electrolytic components, can not be carried out because during the manufacturing process of the plastics or during the manufacturing process For the production of the insulating film, additives and the like are required that never change let remove completely. Because the electrolytic constituents themselves are only harmful are, if water is present at the same time, there must be an improvement in the Dielectric properties can also be achieved when the plastics are completely made anhydrous and dialed in this state.

Es zeigte sich, daß diese Überlegung richtig ist und darum schlägt die Erfindung vor, den Verlustfaktor von unter Verwendung von solchen an sich nicht brauchbaren dielektrischen Kunststoffen hergestellten Kondensatoren hoher spezifischer Kapazität dadurch herabzusetzen, daß die Kondensatoren unter Verwendung von an sich bekannten Einrichtungen und nach an sich bekannten Verfahren im Vakuum erhitzt werden, im Vakuum abkühlen und unter Vakuum mit einer feuchtigkeitsdichten Hülle von der Außenluft abgeschlossen werden.It turned out that this consideration is correct and therefore suggests itself the invention proposes the loss factor of using such per se not Usable dielectric plastics made capacitors of high specific Reduce capacitance by using the capacitors per se known devices and are heated in a vacuum according to methods known per se, cool in vacuum and under vacuum with a moisture-proof cover from the Outside air.

Beispielsweise wurden Kondensatoren aus Tylosefolien nach diesem Verfahren behandelt. Als Dielektrikum diente eine Tylosefolie, die zu rund 45'/o methyliert war. Die Kondensatoren zeigten nach der Schichtung mit den Belegungen einen tg 8 von weit über o,i. Die Kondensatoren wurden dann unter Vakuum bei rund o,i mm Quecksilbersäule bis zu 95°C erwärmt. Nach 7 Stunden wurde im Vakuum auf Zimmertemperatur heruntergekühlt, und es zeigte sich, daß der Verlustwinkel nunmehr einem tg d von 61,i0-4 entsprach. Die Meßfrequenz betrug i kHz. Der erreichte Wert ist recht brauchbar, während die Kunststoffolie im Anlieferutlgszustand als völlig unbrauchbar bezeichnet werden muß.For example, capacitors made from Tylose films were made using this process treated. A Tylose film, about 45% methylated, was used as the dielectric was. The capacitors showed a tg 8 after layering with the coatings from far above o, i. The capacitors were then under vacuum at around 0.1 mm of mercury heated up to 95 ° C. After 7 hours it was cooled down in vacuo to room temperature, and it was found that the loss angle now corresponded to a tg d of 61.10-4. The measuring frequency was i kHz. The value achieved is quite useful, while the Plastic film in the delivery condition can be described as completely unusable got to.

Ein anderer Versuch wurde mit Folien aus regenerierter Cellulose, einem Produkt, das der Kondensatorhersteller schon seit jeher gern verwendet hätte, wenn nicht die hohen dielektrischen Verluste die Verwendung dieses Stoffes unmöglich gemacht hätten, ausgeführt. Die Folien waren außerdem mit Titandioxyd beschwert, was die ganze Untersuchung erst besonders interessant machte, denn die Verbesserung der dielektrischen Werte der Kunststoffe allein ist nicht deswegen so wichtig, weil die Dielektrizitätskbnstantewerte dieser Stoffe denen der anderen üblichen dielektrischen Stoffe entsprechen.Another attempt was made with films made of regenerated cellulose, a product that the capacitor manufacturer would have always liked to use, if not the high dielectric losses the use of this substance is impossible would have done. The foils were also weighed down with titanium dioxide, what made the whole investigation particularly interesting, because the improvement The dielectric values of plastics alone are not so important because the dielectric constant values of these substances correspond to those of the other common dielectric materials Substances correspond.

Diese Folien, die außerdem in einer Stärke bis zu io,u einwandfrei hergestellt werden können, zeigten im Anlieferungszustand einen tg& von weit über o, i. Nach einer Vakuumausheizung bei. etwa o,i mm Quecksilbersäule bis zu einer Temperatur von 95° C und Abkühlung im Vakuum zeigten die mit dieser Folie hergestellten Kondensatoren bei 32° C einen Verlustwinkel von 9o - i oo - i o-4 bei einer Di@elektrizitätskonstante von 9-g,4.These foils, which are also flawless in a thickness up to io, u can be manufactured, showed a tg & from far in the delivery condition about o, i. After a vacuum baking at. about 0.1 mm of mercury up to a temperature of 95 ° C. and cooling in vacuo showed those with this film manufactured capacitors at 32 ° C have a loss angle of 9o - i oo - i o-4 with a dielectric constant of 9-g, 4.

Dies sind nun Werte, die es gestatten, Kondensatoren mit in das Dielektrikum eingelagerten Teilchen hoher Dielektrizitätskonstante zu fertigen, die eine Verbesserung des Kapazitätswertes von rund 70% zulassen, d. h. die Kondensatoren können bei gleicher Kapazität entsprechend kleiner ausgeführt «-erden, was gerade bei der jetzigen Entwicklung von größter Bedeutung ist.These are now values that allow capacitors to be included in the dielectric embedded particles of high dielectric constant, which is an improvement allow the capacity value of around 70%, d. H. the capacitors can be at the same Capacity made correspondingly smaller «- which is especially the case with the current development is of the utmost importance.

Durch Kontrollversuche konnte nachgewiesen werden, daß bei Zutritt von Luft und damit auch von Feuchtigkeit die Verlustwinkelwerte der ausgeheizten Kondensatoren sofort erheblich ansteigen. Jedoch lassen sich die vorher erzielten Werte ohne weiteres durch eine nochmalige V akuumausheizung reproduzieren.Control experiments have shown that upon entry of air and thus also of moisture, the loss angle values of the baked out Capacitors will immediately increase significantly. However, the previously achieved Reproduce values without further ado by repeated vacuum bakeout.

Es ist also, um die durch die Behandlung erzielten brauchbaren Werte konstant zu halten, erforderlich, den Kondensator sicher von Feuchtigkeitszutritt abzuschließen. Dies kann nun dadurch geschehen, daß man den gewickelten Kondensator in einen Behälter einsetzt und ihn darauf der Vakuumauisheizung unterzieht und nach Beendigung der Vakuumbehandlung im Vakuum gegen Feuchtigkeitsaufnahme sichert. Beispielsweise hat sich als ausreichend herausgestellt, daß man den Kondensator nach beendeter Entfeuchtung mit vorzugsweise im Vakuum vorbehandeltem 01 imprägniert und ihn unmittelbar nach der Entfernung aus der Vakuumkammer, bevor das Öl seinerseits Feuchtigkeit aufnimmt, beispielsweise durch Verlöten dicht verschließt. An Stelle von Öl können auch entsprechend andere Isolierstoffe, z. B. Chlor-N aphthaline od. dgl., Anwendung finden. Auch hat sich gezeigt, daß es ausreicht, wenn man in den Kondensator vollständig feuchtigkeitsfreie Luft einläßt und ihn dann sofort dicht verschließt.So it is about the usable values achieved by the treatment To keep constant it is necessary to keep the condenser safe from ingress of moisture complete. This can now be done by removing the wound capacitor inserts in a container and then subjects it to the vacuum heating and afterwards Termination of the vacuum treatment in a vacuum protects against moisture absorption. For example has been found to be sufficient that you can use the capacitor after Dehumidification is impregnated with 01, preferably pretreated in a vacuum, and immediately after removal from the vacuum chamber before the oil in turn moisture receives, for example, tightly closed by soldering. Instead of oil you can also according to other insulating materials, e.g. B. chlorine-naphthalenes or the like., Application Find. It has also been shown that it is sufficient if one is completely in the condenser lets in moisture-free air and then immediately closes it tightly.

Es können auch noch andere ebenfalls an sich bekannte Verfahren Anwendung finden, sofern sie nur einen Zutritt von Feuchtigkeit zu dem Kondensator nach beendeter Vakuumausheizung unter allen Umständen verhindern, denn- mit dem Zutritt selbst von geringsten Feuchtigkeitsmengen steigt der Verlustwinkel des Kondensators sehr schnell an.Other methods, which are also known per se, can also be used find, provided they only allow access to moisture to the capacitor after the vacuum bakeout is complete, prevent under all circumstances, because - with the Ingress of even the smallest amounts of moisture, the loss angle of the condenser increases very quickly.

Nach dem Verfahren, nach der Erfindung lassen sich Kondensatoren mit sehr hoher spezifischer Kapazität fertigen, wenn man sich der mit Dielektrizitätskonstante erhöhenden. Stoffen. beschwerten. Kunststoffolien bedient. Gegenüber Papierkondensatoren haben die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten den Vorteil, daiß die Kunststoffe sich besser mit den einzulagernden Teilchen hoher D'ielektrizitätskonstante vereinigen lassen.According to the method, according to the invention, capacitors can be used very high specific capacitance, if you look at the dielectric constant increasing. Fabrics. complained. Plastic films served. Compared to paper capacitors those produced by the method of the invention have the advantage that the plastics unite better with the particles to be embedded with a high dielectric constant permit.

Claims

PATENT CLAIM: Process for the production of an electrical wound capacitor with a high specific capacity, in which the dielectric is made of a plastic with embedded particles of high dielectric constant, e.g. B. titanium dioxide, consists characterized in that a naturally flexible and thinly producible cellulose derivative, like cellophane or tylose, which in itself is useless for dielectric purposes, is used to build the capacitor and that the capacitor afterwards for so long is subjected to the known vacuum heating until a sufficiently small Loss angle is reached, and that then means known per se in use be brought to the winding body with moisture ingress with security exclude. To distinguish the subject matter of the invention from the prior art are The following publications were considered in the granting procedure: German Patent specifications No. Gor 510, 658 36r.