DE961640C - Konstruktiver Aufbau von Kondensatorbatterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine konstruktive Lösung des Zusammenbaues von Kondensatorwickeln, insbesondere von Wickeln aus gerecktem Polystyrol, deren Leitungsbeläge aus Aluminiumfolien bestehen, zu Kondensatoreinheiten und -batterien.

Ein bekannter Aufbau von Kondensatoreinheiten ist in Bild ι dargestellt. Zwischen den isolierenden Teilen ι eines in sich steifen Rahmens sind die Kondensatoreinheiten mit z. B. je vier Wickeln 2 eingebaut, die mittels einer Gewindestange 3 und der Muttern 4 zusammengeschraubt sind. Die Gewindestange steckt in einer im Bilde nicht sichtbaren Isolationshülse, über die die Wickel mit ihrem zentrischen Loch übergeschoben sind. An den Stirnseiten sind die Wickel gegen Kupferblättchen 5 gedrückt, die Lötösen 6 für die Verschaltung mittels Drähten aufweisen. Zur gegenseitigen Isolation der Kupferblättchen sind Zwischenstücke 8 und Endstücke 9 aus Isolationsmaterial vorgesehen. Sollen die vier Wickel wie nach Bild 1 parallel geschaltet sein, so werden die einen Pole der Wickel mittels der angelöteten Drähte 7 direkt zusammengeschlossen, indes die Drähte der anderen Pole vorzugsweise über Sicherungen geschaltet sind.

Die Nachteile der beschriebenen Konstruktion sind die folgenden:

1. Die Lötarbeiten, die zum Anschluß der Drähte 7 an die Lötösen. 6 notwendig sind, gef ährden die Wickel; denn durch Unachtsamkeit kann der Lötkolben dem wärmeempfindlichen Wickel zu nahe kommen und diesen verletzen.

2. Wegen der erforderlichen Lötfähigkeit müssen die Kontaktblättchen S aus Kupfer gefertigt sein, das aber mit dem Aluminium der Wickelfolien zur Korrosion führt.

3. Die Leitung eines höherfrequenten Stromes in Drähten bedingt unerwünschte Induktivitäten.

4. Die isolierenden Zwischenstücke 8 und die Endstücke 9 verteuern die Kondensatorenbatterie und vermehren den Platzbedarf.

5. Die Kupferblättchen sind zu klein, um eine wirksame Wärmeabfuhr über die Stirnseiten der Wickel zu gewährleisten. Diese ist aber sehr wichtig, da der Wickel in radialer Richtung nur eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt.

6. Die Kondensatorenbatterie erfordert ein besonderes Gestell, in das die Einheiten gemäß Bild 1 einzubauen sind.

Erfindungsgemäß ist die Kondensatorbatterie gemäß den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Vorschriften aufgebaut. Danach sind (s. Bild 2) die Kondensatorwickel 2 zwischen Blechstreifen 11 mittels der Gewindestangen 3, die gegen die Wickel mit einer Hülle (25 in Bild 6) isoliert sind, und Muttern 4 zusammengeschraubt, so daß die Aluminiumfolien an den Stirnseiten der Wickel mit den vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Blechstreifen elektrischen Kontakt haben. Mehrere Wickelreihen 12 parallel geschaltet ergeben das in seiner Gesamtheit in Bild 2 dargestellte Teilfeld 13 einer Kondensatorenbatterie, das ein in sich steifes Konstruktionselement ist, weil die Stärke der Bleche 11 entsprechend der verlangten Steifigkeit des Aufbaues ausgelegt ist.

Erhalten die äußeren, an den Muttern 4 liegenden Blechstreifen auf Grund der Verschaltung der Felder 13 dasselbe Potential, dann liegen die Muttern 4 ohne eine Isolationszwischenlage an den äußeren Blechstreifen 11 auf und verbinden diese untereinander elektrisch. Die Vorstöße 14 mit den Löchern 15 der Blechstreifen 11 ragen über den von Wickeln besetzten Teil des Feldes 13 hinaus und dienen zum Verschalten mehrerer Felder untereinander.

In dem Ausführungsbeispiel einer Kondensatorenbatterie nach Bild 3 ist der Zusammenbau von vier Feldern 13 mit je 4 . 4 = 16 Wickeln gezeigt, wobei alle 64 Wickel parallel geschaltet sind. Hierbei sind die einzelnen Felder 13 am unteren Ende durch Isolierleisten 16 mit Hilfe der Gewindestangen der untersten Wickel mechanisch verbunden. Diese Leisten dienen als Füße der Kondensatorenbatterie und bezwecken die Isolation gegen Erde.

Am oberen Ende sind die Aluminiumblechstreifen 11 durch Sammelschienenbleche 17, die ebenfalls aus Aluminium bestehen, elektrisch und mechanisch verbunden. Dadurch ist die ganze, in Bild 3 gezeichnete Kondensatorenbatterie ohne ein besonderes Gehäuse eine in sich steife konstruktive Einheit. An den elektrischen Querverbindungen 18 und

19 liegt die Speisespannung, die gleich oder kleiner sein kann als die Nennspannung der Wickel.

Derselbe mechanische Aufbau, jedoch mit der Querverbindung 20 in Bild 4 ist für eine Speisespannung verwendbar, die gleich oder kleiner ist als die doppelte Nennspannung der Wickel. Der elektrische Anschluß der Kondensatorenbatterie erfolgt dann an der Querverbindung 20 und an der mittleren Sammelschiene 17. Die Querverbindung

20 könnte theoretisch weggelassen werden, da die Gewindestangen 3 diese Verbindung über die Muttern 4 bereits besorgen. Jedoch ist der Kontaktdruck der Muttern 4 mit Rücksicht auf die sehr beschränkte mechanische Festigkeit der Wickel für einen größeren Strom als gerade einen Wickelstrom zu unsicher.

Zuweilen sind, z. B. zur stufenweisen Schaltung, kleinere Kapazitäten erforderlich, als eine Batterie nach Bild 3 bzw. 4 besitzt. Dann gehen die Sammelschienenbleche 17 nicht durch alle Felder 13 der Batterie hindurch; sie fallen sogar ganz weg, wenn durchweg Kapazitätsbeträge gefordert werden, die gerade denen der Felder 13 entsprechen. In diesen Fällen sind ebenso wie am unteren Ende der außen liegenden Blechstreifen 11 die Isolierleisten 16 in der Höhe der obersten Wickel mit deren Gewindestangen 3 zwei Isolierleisten 21 mitgeschraubt, die an Stelle der Sammelschienenbleche 17 die Steifigkeit der Kondensatorenbatterie gewährleisten (Bild 5). Nunmehr können wahlweise die einzelnen Felder 13 oder aber beliebige parallel geschaltete Gruppen derselben über Schalter oder Schütze wirksam gemacht werden.

Manchmal haben die äußeren, an den Muttern 4 in Bild 2 liegenden Aluminiumblechstreifen 11 nicht das gleiche Potential, beispielsweise, wenn alle vier auf einer Gewindestange 3 aufgefädelten Wickel in Serie geschaltet sein sollen. Dann ist eine der beiden Muttern 4 von dem Aluminiumblechstreifen isoliert, wie dies z. B. in Bild 6 gezeigt ist. Zwischen der Mutter 4 und dem äußeren Blechstreifen 11 ist eine der elektrischen Spannung entsprechend dicke Isolierscheibe 22 angeordnet, in die die Isolationshülse 25 fast bis zur Beilagscheibe 23 vorstößt. Auch hierbei ist der erfindungsgemäße, unmittelbare elektrische und thermische Kontakt der Stirnseite des Wickels 2 mit dem Aluminiumblechstreifen 11 gegeben, während sowohl die Mutter 4 nebst Beilagscheibe 23 als auch die Gewindestange 3 von diesem gut elektrisch isoliert ist.

Die eingangs erwähnten Nachteile der bekannten, beschriebenen Ausführung der Kondensatorenbatterie sind durch den erfindungsgemäßen Aufbau alle behoben: iao

1. Die langwierige Lötarbeit fällt fort.

2. Von der Aluminiumfolie des Wickels an bis zur Speisestelle der gesamten zu erstellenden Kondensatorenbatterie sind alle Kontaktflächen aus Aluminium. Erst die Übergänge zu kupfernen Teilen des restlichen Stromkreises werden mit Zwi-

schenlagen von korrosionssicherem Blech, ζ. Β. Aluminium auf Kupfer plattiert, ausgeführt. Auf diese Weise wird nur eine sehr geringe Menge von dem teuren plattierten Blech verbraucht. Zum Schütze gegen die Bildung von isolierendem Aluminiumoxyd werden die Kontaktflächen mit Vaseline bestrichen und dann geschmirgelt. Der nach dem Abwischen des Schmirgels von den Kontaktflächen verbleibende Fettfilm schützt vor Oxydation.

ίο 3. Die erfindungsgemäßen Aluminiumblechstreifen 11 haben infolge ihrer Breite, die etwas größer ist als der Wickeldurchmesser, gegenüber Drähten nur eine verschwindend kleine Induktivität. Daher sind die erfindungsgemäßen Kondensatorenbatterien praktisch induktionsfrei.

4. Da mit Ausnahme der Isolierscheiben 22 in Bild 6, die nur für Sonderfälle in Frage kommen, keine Isolierteile zwischen den auf einer Gewindestange 3 aufgefädelten Wickel vorhanden sind, ist die erfindungsgemäße Kondensatorenbatterie von kleinster herstellbarer Baugröße. Die ausschließliche Verwendung von Aluminium für alle metallischen Teile, die Blechstreifen 11, die Gewindestangen 3, die Muttern 4 und Beilagscheiben 23, sowie für die Sammelschienenbleche 17 und die Brücken 18 und 19 bzw. 20 erbringt ein sehr geringes Gewicht und einen niedrigen Herstellungspreis der Kondensatorenbatterien.

5. Die erfindungsgemäßen Aluminiumblechstreifen 11 wirken als kräftige Kühlrippen, die den Wickeln die Verlustwärme in axialer Richtung entzieht. Nachdem die Folien aus gerecktem Polystyrol um eine Größenordnung schlechter die Wärme leiten als die Aluminiumfolien, hat die Wärmeabgabe in radialer Richtung eine nur untergeordnete Bedeutung; denn sie ist mit höheren Übertemperaturen im Wickelinneren verbunden. Dagegen bewirken die Blechstreifen 11 bei gutem Wärmekontakt mit den Stirnseiten der Wickel eine vom Radius unabhängige, gleichmäßige Kühlung.

6. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Kondensatorenbatterie benötigt kein besonderes Gestell zum Einbau der Elemente nach Bild 1. Durch das Zusammenschrauben der Bleche 11 mit den Wikkein 2, das günstigerweise mit einem Kraftschlüssel erfolgt, ferner durch die Sammelschienenbleche 17 und die isolierenden Fußleisten 16 ergibt sich bereits ein genügend fester und steifer Aufbau der Kondensatorenbatterie, die somit keiner zusätzliehen Konstruktionsteile bedarf.

Im Falle des elektrischen Durchschlages eines Wickels ist die Möglichkeit eines Wickelbrandes gegeben, der weitere gesunde Wickel gefährdet. Um diese Gefahr zu beseitigen, sind über die einzelnen Wickel dünne Isolierhülsen 24 nach Bild 6 übergeschoben, die etwas kürzer sind als der Abstand zweier Bleche 11 voneinander. Die Hülsen 24 ersticken einerseits einen Brand und schützen andererseits vor Feuerschaden sowohl als auch vor zufälligen mechanischen Beschädigungen der Wickel.

Der einzige Vorteil, den die gegenseitige Isolierung der Wickel 2 durch die Zwischen- und Endstücke 8 und 9 gemäß Bild 1 hat, ist die Möglichkeit, jeden einzelnen Wickel über eine Sicherung 10 zu schalten. Erfindungsgemäß werden aber die Kondensatorenbatterien mit Hilfe eines Differentialschutzes gesichert. Beispielsweise ist bei einer Kondensatorenbatterie nach Bild 3 der eine Stromanschluß 31 in der Mitte der Brücke 19, wie Bild 7 zeigt, und es sind links und rechts von dem Anschluß zwei Stromwandler 26 mit der Brücke 19 verkettet. Die beiden Stromwandler speisen die bifilare Wicklung eines Differentialrelais, so daß bei normalem Betrieb, wenn beide Stromwandler den gleichen Stromdurchgang haben, sich die Amperewindungen am Differentialrelais gegenseitig aufheben. Erst wenn ein Wickelschaden eintritt, fließt der gesamte Strom über nur einen Wandler durch die Kondensatorenbatterie hindurch, wobei das Differentialrelais betätigt wird. Dieses führt durch Magnetkraft unmittelbar eine Schaltbewegung aus oder aber, wie beispielsweise in Bild 7 gezeigt ist, es bringt mittels einer Sekundärwicklung 28 einen Heizfaden 29 zum Durchschmelzen, so daß die Schaltbewegung zur Öffnung eines Kontaktes 30 freigegeben wird. Durch Öffnung des Kontaktes 30 wird das Hauptstromschütz ausgelöst, über welches der Hauptstromkreis, in den die Kondensatorenbatterie eingeschleift ist, gespeist wird.

Sind zwei Einheiten 32 von Kondensatorenbatterien in Serie geschaltet, so ergibt sich die in Bild 8 angegebene, einfache Möglichkeit des Differentialschutzes. Bei normalem Betrieb ist die Stromverteilung symmetrisch, so daß der Stromwandler 26 nicht induziert wird. Dagegen ist bei einem Wickeldurchschlag die Stromverteilung entsprechend den in Bild 8 eingezeichneten Pfeilen derart, daß der Wandler mit dem halben Nennstrom einer Kondensatoreinheit induziert wird. Bei dieser Ausführung des Differentialschutzes arbeitet der Wandler 26 nur auf eine einfache Relaisspule.

Mehrere Stromwandler nach der Anordnung gemäß Bild 7 und 8 können auf entsprechende Wicklungszweige eines einzigen Relais arbeiten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Konstruktiver Aufbau von Kondensatorbatterien mit Wickel aus Aluminiumfolien, insbesondere mit Zwischenlagen aus gerecktem Polystyrol, vorzugsweise für höhere Frequenzen als Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wickel mit ihren Stirnseiten mittels einer Gewindestange (3), die durch die zentrischen Löcher der Wickel hindurchgeht, jeweils gegen Blechstreifen (11) aus gut leitendem Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium, gepreßt und zu einer Gruppe (12) hintereinandergeschalteter Kondensatoren zusammengefaßt sind, und daß die Blechstreifen sowohl als Sammelleitungen wie auch als tragende Konstruktionsteile für mehrere solche Kondensator-

   gruppen (12) dienen und zusammen mit den Gewindestangen ein mechanisch festes Bauelement (13) bilden.
2. 2. Konstruktiver Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bauelemente durch isolierende Fußleisten (16) am einen Ende der Blechstreifen (11) und durch Sammelschienenbleche (17, Bild 3) und/oder aber isolierende Querleisten (21, Bild 5) zu einer in sich steifen konstruktiven Einheit zusammengefaßt sind.
3. 3. Konstruktiver Aufbau nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestangen (3) an einer ihrer beiden Verschraubungen vorzugsweise durch eine isolierende Unterlagscheibe von dem äußeren Blechstreifen (11) isoliert sind.
4. 4. Konstruktiver Aufbau nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheiten durch einen Differentialschutz gesichert sind, der aus einem Relais und Stromwandlern besteht, die im Falle eines Wicklungsdurchschlages durch die Verlagerung der Stromverteilung in den Blechstreifen (11) das Relais mit wirksamen Amperewindungen versorgen und zum Ansprechen bringen.
5. 5. Konstruktiver Aufbau nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wickel mit Schutzhüllen (24) aus einem elektrisch isolierenden Material umgeben sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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