SE518095C2 - Förfarande för tillverkning av en impregnerad elektrisk komponent, sådan komponent, impregnerad lindning eller stapel samt impregnerad spole - Google Patents

Description

25 5182095 Ett ofta känt behov att tillsätta sj älvslocknande substanser till materialet som bildar inkapslingen av kondensatom. Det finns flera substanser såsom brom, aluminium- hydrat etc., som kan användas i detta syfie. Emellertid medför några av dessa sub- stanser ett problem när man impregnerar kondensatorlindningen eñersom de hindrar att en effektiv impregnering sker och substanser såsom brom är av miljömässiga skäl inte ett bra val, således bör dessa inte användas till impregneringsdelen vid for- farandet for tillverkning av kondensatorn.

Enligt tidigare känd teknik tillverkas papperskondensatorer genom att linda papper, som är metalliserat eller belagt med tunn metallfolie, i två eller fler skikt, till en lindning. Dessa lindningar kan åstadkommas med en ângbarriär i detta skede genom att linda in en folie av lärnpligt material i de yttre delarna av lindningen. Lindning- arna, som har en cylindrisk form, pressas samman till en huvudsakligen platt fonn och gavel-/metallsprutas med eller utan ledningar och dylikt. Det är viktigt att lind- ningama är tillräckligt sammanpressade så att inga metaller kommer in mellan skikten i lindningen. Lindningen torkas därefter och om ledningarna inte sattes fast på lindningen i de tidigare steget är fastlödes dessa nu på den metallsprutade delen av lindningen. Lindningen monteras i en box eller i en form, och om ingen ångbarri- är har applicerats till lindningen i de tidigare stegen kan ångbarriären i form av eti- kett placeras i formen.

Formen eller boxen med lindningen utsätts för vakuum, och impregnering av lind- ningen innefattande fyllning av boxen eller formen avslutas genom att använda samma medium for impregnering och fyllning och göra detta i ett steg. Box- en/formen och dess innehåll utsätts for härdning vid detta skede och de färdiga kon- densatorema dras antingen ut ur formen eller så separeras lådoma. Kondensatorema testas och märkes naturligtvis fore paketering av desamma. 10 15 20 25 30 5183095 I det fall då lindningama tillverkas av plastmaterial istället för papper, fylls lådoma eller formama utan att använda vakuum.

En översikt av tillverkningen av kondensatorer enligt känd teknik ges i tabell I, ko- lumn 1-3.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser ett nytt förfarande för framställning av impregnerade och in- kapslade kondensatorer.

Enligt uppfinningen innefattar förfarandet för framställning av lindoma ett steg i vilket det säkerställs att lufien avlägsnas ur den färdiga lindan och att det impregne- rade materialet härdas.

Enligt uppfinningen är det även möjligt att impregnera lindningen genom att använ- da ett impregneringsmedel och därefter inkapsla densamma genom att använda ett annat medium.

Lindningen lindas av en metalliserad film, papper eller plast. Plastfilmen kan t ex innefatta polypropylen (PP), polyester (PET), polykarbonat (PC), polyfenylensulfid (PPS), polyetylennaftalen (PEN). Valet av filmmaterial är beroende på det avsedda bruket av kondensatorn.

I det nya förfarandet enligt uppfinningen framställs en lindning/stapel. Lindningen placeras företrädesvis under vakuum för att avlägsna luften och för att impregnera lindningen med t ex epoxi, vakuumet släpps därefter och luften som kommer in ut- övar ett tryck på epoxin, vilken således tvingas in i kondensatorlindningen. Lind- ningen med den impregnerande epoxin härdas i ett härdningsbad och ledningar sätts fast på kondensatorlindningen för att kunna åstadkomma elektriska kontakter för kondensatorn. Därefter placeras kondensatorn företrädesvis i en box för inkapsling lO 15 20 25 30 5184095 med t ex epoxi, varefter epoxin härdas. På detta sätt kan det impregnerande medlet användas till impregnering av lindningen vara ett annat material än det som använts för inkapsling av detsamma.

Det är ett ändamål hos föreliggande uppfinning att åstadkomma en kapslad, lindad kondensator, papper eller plast, som kan framställas i på ett enkelt och effektivt sätt.

Det är vidare ett ändamål hos föreliggande uppfinning att åstadkomma inkapslad, lindad kondensator, papper eller plast, som har en inkapsling, vilket förser med sj älvslocknande egenskaper och visar styrka och motstånd mot vanliga flussmedel, och där impregneringen av lindningen kan göras genom att använda föreningar som är mer lämpade av miljömässiga skäl än de föreningar som använts hittills.

Det är även ett ändamål enligt föreliggande uppfinning är att framställa en konden- satorlindning, papper eller plast, vilken är lätt och effektiv att impregnera och härda och där det impregnerande medlet är mer godtagbart med hänsyn till miljön, än de föreningarna som använts hittills.

Det är vidare ett ändamål enligt föreliggande uppfinning att åstadkomma en inkaps- lad, lindad kondensator, papper eller plast, i vilken den lindade kondensatorns lind- ning visar hög spärmingstålighet, dvs. det bör inte föreligga någon risk för kortslut- ning.

Metalliserad pappersfilm har en bra egenskap jämfört med plastfilm och det är den överlägsna förmågan till självläkning som inte finns hos plastfilm. Plastfilm, dvs. film som är metalliserad med väldigt tunt metallskikt som visar ett högt Q- kvadratvärde, ger nästan likadana resultat i det här avseendet.

Andra ändamål, särdrag och fördelar enligt föreliggande uppfinning kommer att bli uppenbara vid följ ande detaljerade beskrivning. Det är emellertid underförstått att 10 15 20 25 s1ß,o9s den detaljerade beskrivningen och de specifika exemplen, där föredragna utform- ningar enligt uppfinningen, endast utgör illustrationer, eftersom olika ändringar och modifieringar inom ramen för denna uppfinning kommer att vara uppenbara för fackmannen mot bakgrund av den detaljerade beskrivning.

Kort beskrivning av tabellen och ritningar.

Tabell I Visar en översikt över förfaranden för tillverkning av kondensatorer enligt känd teknik och enligt uppfmningen.

Fig. 1 Lindning för en metalliserad filmkondensator.

Fig. 2 Förfarandet för tillverkning av lindningen enligt uppfinningen.

Fig. 3 Flödesschema visar exempel på tillverkning av en kondensator enligt föreliggande uppfinning.

I Fig. la visas en schematisk bild av en metalliserad filmkondensator utformad som enstaka exemplar och iFig.1b en sektion längs A - A. Den delvis lindade lindning- en 10 visas med de två skikten 11 och 12. Som visats i sektionen, innefattar de två skikten var för sig en elektrod 13, 14 och ett dielektrika 15, 16 (papper eller plast).

Skikten 11 och 12 placeras ovanpå varandra och rullas. Valfritt kan extra skikt pla- ceras mellan de två skikten 11 och 12. De två skikten 11 och 12 har en fri kant var- dera, 17, 18, på motsatt sida av de två filmerna. På detta sätt kan elektrodema 13, 14 på skikten 11 och 12 kontakteras separat, en på varje sida, för att sörja för elektrisk anslutning av kondensatorn.

I Fig. 2 visas ett sätt att ge lindningen dess slutliga form. Bilden i a) visar schema- tiskt en plattning av lindningen. I b) visas hur lindningens gavlar metallsprutas för kontakt. Enligt uppfinningen följs detta steg av impregnering. Impregneringen kommer att beskrivas vidare nedan. I c) visas anslutningen av en ledningen till lind- ningens ena gavel, den andra ledningen ansluten till motsatt gavel (visas inte). Slut- ligen i d) visas inkapslingen av lindningen. 5188 095 Éšooha wzoå >o w8§om8 :oo wcwmom. .ofi waâæm .m cowišon: noo 898m. 8šo8 388888 >o ^88§o> Ewas wåczæm .w .N05 .Näwnflâflfl >w wflfivwfinv: . ß :ovàwctoëoâ .ao äwficwfi: ämm .o wctowfimbcoo .fišfoæg 8 wsëæn .w=w...weê=ßo 8803.» .wšcz å w8oo8woä~8~ .w ^o8å> hšošoo 88536 wcmfihom. .v Éow8oom==3o8 m .ämm ošwüctoxmo8v 83mm mcowcmcwc: >m wfiåšmmzåoå .m cowficuc: >o 8ommmo8~8ov~ .m .Ébnnfiå .EE >o .cowficooz =flm88m .H noufinnwma: .Éo :hoämzounovfi 31608* mëäm ä. w85¶w8 :oo wEEmoH .a .åxå .w 8ow888_ zoo coxos å=o8 588388 å 8.381; :osv wssam .ß xon m cowšcäš >o mcfloëoå .w aouàwëoocoâ .ä æwssš mä .w =o88o>o wcmnëoH .w äwfišx: ow8 - 823% mcowcwcua: >o wifišmååoå .m cowcnöc: å =o¶woå8oM .N cowficocw. Eflm8o8m A »oämnoonošmâm 380.8 waoowm >o w851m8 :oo mcmfimou. .m Qšäxon m .šæš sæaâsfio äxon >o ooänfim .w wcmcuån :oo 88§o> 825 w88o8woom8~ . ß won m cowšcoc: ä wcfiooøoå .o oäw8=uo_ Hmmm .w wcfibïom. .v äw88oo_ owñ - .äwâw m8ow88u8_ >m wififimmzoooå .m âwsâä >o comwmoäšoM .N .nmbonëë v08 cowicwn: :momfläum Q I ._3«m:o1=oxm.~omm«m 38608 wmohw >o wfifiwoh .w .xop :wa wfišoš >o oušcwwwzäfl . ß .åxå :oo 8825, 828: w8oo8woom8H .w šmwå v08 8.8.8 m cowiconmfi >o møtoëoå .w wsfiäo. o. äw88oo_ Eë- äráw mcomficuc: >o wfifišmmzoooå .m oowcwooo: å coümoäëom .N âwsê=m_ šomšæ ._ ~ .zäånounoxmuommwm H :oßofw l0 15 20 25 30 5187095 En föredragen utföringsform av förfarandet för tillverkning av en lindad kondensa- tor enligt uppfinningen beskrivs med hänvisning till Fig. 3. I steg 1 placeras metalli- serade filmer i form av långsträckta band (plast eller papper) ovanpå varandra, och lindas därefter till en cylindrisk form. Metalliseringen av banden ordnas på så vis att en kant av bandet lämnas utan metall och den andra täcks med metall. De metallise- rade kanterna av filmerna används för att skapa elektrisk kontakt mellan elektroder- na och ledningarna genom att metallspruta lindningamas gavlar. Andra typer av elektriska kontaktdon kan ersätta ledningarna vid elektrisk koppling av kondensa- torn till andra elektriska komponenter. Beroende på typen av kondensator som till- verkas kan filmskikten vara fler än två.

I steg la är lindningens gavlar delvis maskerad för att spreja ett tunt metallskikt (ca 0,4 mm) på vardera änden av lindningen och fortfarande lämna tillträde för lind- ningen för impregneringsmedlet.

I steg 2 metallsprutas lindningens gavlar på vilken ledningen därefter skall svetsas.

En alternativ väg är att metallspruta gavlama i steg 2 utan att maskera någon del därav. För att kunna sörja för inträde av impregneringen i lindningen, görs spår i de metalliserade gavlama i steg 2a för att tillåta impregneringen att gå in i lindningen.

I ännu en utföringsform kan det metallsprutade skiktet vara så tunt och poröst att tillträde för impregneringsmedlet in i lindningen ges genom metallskiktet.

I steg 3 utsätts lindningen företrädesvis för en torkningsprocess vid omkring ll0°C i omkring 12 timmar. Detta kan utföras under vakuum. Kondensatorlindningen enligt uppfinningen sätts därefter under vakuum i steg 4, i t ex ett kärl i vilket vakuum pumpas. 10 15 20 25 30 5188095 Under tiden, i steg 5, avgasas epoxiharts i flytande form noggrant och hälls i detta steg över kondensatorlindningen för att impregnera densamma. Temperaturen hos det resulterande epoxibadet hålls vid t ex 60-70°C.

I steg 6 släpps vakuumet och trycket av den inflödande luften tillåts utöva sin verkan på den impregnerade lindningen i t ex en halvtimme. Varaktigheten av denna period ligger inom ramen för experimentella färdighetema hos fackmannen att bestämma, och är beroende på t ex sådant som storlek av lindningen, materialet, det impregne- rande medlet, etc.

Denna period sörjer för att luften skall kunna pressa hartset in i kondensator- lindningen och tränga in i eventuella hålrum i kondensatorlindningen, både i filmer- na och mellan filmema, så att väsentligen ingen luft kommer att föreligga där. Såle- des bör den impregnerande substansen ha en låg viskositet av företrädesvis 20 mPa.s vid 60-70°C för åstadkomma detta. Exempel på epoxi som används är t ex en bisfe- nol-A diglycidyleter eller en blandning av bisfenol-A och bisfenol-F. Det impregne- rande medlet kan även innefatta ett eller fler härdande medel och acceleratorer.

I fallet partiell impregnering av lindningen kan impregneringen utföras utan att ap- plicera vakuum eftersom kapillärkrafier kommer att fylla lindningen med tillräckligt mycket impregneringsmedel.

Efter denna behandling uppvisar kondensatorlindningen epoxi inom och även på ut- sidan av lindningen. Lindningen kan i steg 7, t ex centrifugeras för att avlägsna överskottet av epoxin, dock är detta inte alltid nödvändigt. Andra sätt/medel för att avlägsna eller ta bort överskott av epoxi ligger inom ramen för uppfinningen.

För att härda den impregnerade epoxin i kondensatorlindningen placeras den, i steg 8, i ett varmt vätskebad för att härda vid en temperatur av ca 90 till l50°C. Flera mål uppnås genom att använda denna åtgärd. Härdningsbadet sörjer för en järrm tempe- 10 15 20 25 30 s1s9n9s ratur för härdning, överskottsepoxi, som fortfarande sitter fast på lindningen, kan tas bort från kondensatorlindningen genom inverkan av vätskebadet och dessutom för- hindrar vätskebadet kondensatorlindningama från att klibba ihop.

Användning av vätska för härdning medför ytterligare fördelar, eftersom många lindningar på detta sätt kan härdas i varje sats. För den händelse någon liten mängd epoxi fattas är det möjligt för vätskan att ersätta tomrummet och således hålla luft utanför den färdiga kondensatorlindningen.

Under härdningen av den impregnerade lindningen i badet, kan badet långsamt röras om eller agiteras för att främja härdningsprocessen.

Om kondensatorlindningarna skulle härdas i luft, som i tidigare känd teknik, måste de trumlas under härdningen för att inte fastna i varandra. Härdning av de epoxi- behandlade lindningama i luft kommer att ge ett tunt skikt av epoxi i lindningens gavlar, vilket gör anslutningen av kontaktmedel, t ex ledningar svåra. Om lindning- ama är små kan de trots trumlingen fastna i varandra.

Olika typer av härdningsvätskor kan användas enligt uppfinningen vid härdning av kondensatorlindningar eller spolar. En sådan härdningsvätska är en olja, DINP, men andra oljor vanligtvis använda för impregnering av kondensatorspolar kan även an- vändas. Det viktiga kännetecknen hos en härdningsvätska som skall användas är goda elektriska egenskaper, vilket innebär att de skall sörja för bra isolerande och dielektriska egenskaper.

I steg 10 förses lindningen med kontaktmedlen, ledningar eller anslutningsmedel för ytmonterade anordningar.

Lindningama inkapslads därefter, i steg l 1, genom att använda en lämplig förening eller komposition, vilket i en föredragen fonn enligt uppfinningen är en annan före- l0 l5 20 25 30 s1awo9s ning än den som används för impregnering av lindningen. Impregneringsmedlet be- höver inte nödvändigtvis vara självslocknande. Om en fuktbarriär behövs kan den, i ett tidigare skede, interfolieras i de yttre delama av lindningen före inkapsling eller så kan den placeras i en box i vilken ett fuktbarriärskikt anordnats, eller så kan box- en i sig själv utgöra en fuktbarriär.

I en ytterligare utföringsfonn av kondensatorn enligt uppfinningen kan metallfolier interfolierade med pappers- eller plastfilmer ersätta de metalliserade filmema. I detta utförande blir impregneringen och en därpå följande härdning i ett vätskebad ännu viktigare för att uppnå ett bra resultat.

Kondensatom enligt uppfinningen kan även förses med andra kontaktmedel än led- ningar, den kan t ex förses med ytmetalliserade kontaktytor direkt på lindningen för att tillåta montering på ytan på t ex ett substrat. Den monterade lindningen kan där- efter kapslas in om det är nödvändigt på grund av omgivningens karaktär.

Fördelen med förfarandet enligt uppfinningen är att det kan användas på lindningar som är gjorda av papper och/eller plast. När papperslindningama har impregnerats och härdats kan de behandlas på samma sätt som plastlindningar, som har gått ige- nom samma behandling eller icke-impregnerade plastlindningar. Detta betyder, att produktionsmässigt sett, kan lindningarna, pappers- eller plastbaserade, användas för framställning av kondensatorer genom att använda samma åtgärder och utrust- ning. De kan båda kapslas in genom användning av t ex epoxi utan att det är nöd- vändigt att tillsätta föreningar som innefattar brom etc., som behövs vid tillverkning av pappers-kondensatorer för att ge dessa självslocknande egenskaper.

Istället för epoxi kan andra termohärdande harts, såsom polyester, polyuretan etc., användas för inkapsling. Fyllmedel, t ex aluminiumhydrat, kan sättas till inkaplings- föreningen/kompositionen för att uppnå speciella utmärkande för att ge sj älvslock- nande egenskaper och för att förhindra sprickbildnig.

Claims (19)

l0 15 20 25 51811095 Patentkrav

1. Förfarande tillverkning av en impregnerad elektrisk komponent såsom lindade eller staplade kondensatorer, spolar etc. innefattande följande steg: utsätta komponenten för ett impregnerande steg med ett impregnerande termo- härdande medel, och därefter i ett härdande steg placera nämnda komponent i ett härdande bad för att härda det impregnerande termohärdande medlet närvarande i komponenten.

2. Förfarande enligt krav 1 ivilken det impregnerande steget utförs under vaku- um, varvid nämnda steg innefattar inmatning av nämnda impregnerande termo- härdande medel på nämnda elektriska komponent, varvid ett bad bildas vilket täcker komponenten, under det att väsentligen allt vakuum bibehålles i vakuum-karnrnaren, och därefter att släppa nämnda vakuum.

3. Förfarande enligt krav 1 och 2 i vilket det impregnerande termohärdande medlet avgasas innan komponenten utsätts för det.

4. Förfarande enligt vilket som helst av föregående krav, kärmetecknat av att komponenten utsätts för ett torkningssteg före impregneringssteget.

5. Förfarande enligt något av föregående krav i vilket nämnda impregnerande terrnohärdande medel är ett tennohärdande harts.

6. Förfarande enligt något av krav 1 - 5 i vilket det impregnerande termo- härdande medlet är en epoxi innefattande en härdare och en accelerator och att tem- peraturen hos epoxin under det impregnerande steget hålls vid ca. 60 - 70°C i ca 30 minuter. 10 15 20 25 30 51812 095

7. Förfarande enligt något av kraven 1 - 5, i vilket det impregnerande tenno- hårdande medlet är en polyesterförening och temperaturen på polyestem under im- pregneringssteget hålls vid ca. 60-70°C under ca 30 minuter.

8. Förfarande enligt något av föregående krav kärmetecknad av att den elektriska komponenten efter impregnering utsätts för en centrifugeringsbehandling för att ta bort överskott av impregneringsmedel.

9. Förfarande enligt något av föregående krav kärmetecknad av att den elektriska komponenten efter impregnering genomgår rengöring i ett lösningsmedlet, t ex eta- nol.

10. Förfarande enligt något av föregående krav kärmetecknad av att temperaturen hos det härdande badet hålles vid ca 90 - 150°C och att härdningstiden ca 2 - 12 timmar.

11. ll. Förfarande enligt krav 10 kännetecknad av att den elektriska komponenten ef- ter härdning utsätts för en centrifugeringsbehandling för att avlägsna överskott av härdningsmedel.

12. Förfarande enligt något av krav 10 - 11 kännetecknad av att den elektriska komponenten efter härdning utsätts för rening i ett lösningsmedel, t ex etanol.

13. Förfarande för framställning av en kondensator genom att använda impregne- ringen enligt något av kraven 1 - 12, varvid förfarandet vidare innefattar följande steg: framställning av den elektriska komponenten genom lindning av metalliserade filmer till lindningar, eller stapla metalliserade filmer till staplar med andra väsentli- gen identiska metalliserade filmer, varvid filmerna innefattar papper och/eller plastmaterial som bär på ett metallskikt på åtminstone en yta, 10 15 20 25 51813095 valfritt metallsprutning, åtminstone delvis, av gavlarna av nämnda lindning eller två sidor av nämnda stapel, före impregnering, så att tillträde lärrmas till kom- ponentens inre delar for impregneringsmedlet.

14. Förfarande framställning av en kondensator genom att använda impregnering- en enligt något av krav 1 - 12, vidare innefattande stegen: tillhandahållande av nämnda elektriska komponent genom att linda filmer in- terfolierade med metallfolie till lindningar, eller stapling av filmer med metallfolie med andra väsentligen identiska filmer, varvid filmerna innefattande papper- eller plastmaterial, valfritt metallsprutning av, åtminstone delvis, närrmda lindnings gavlar eller två sidor av nämnda stapel, fore impregnering, så att tillträde lämnas till kompo- nentens inre delar för impregneringsmedlet.

15. Förfarande for framställning av en kondensator enligt krav 13 och 14 vidare innefattande stegen att tillhandahålla kontaktmedel i kontakt med de två metall- sprutade gavlarna hos nämnda lindning eller de två gavlarna av nämnda stapel och kapsla in lindningar och staplarna.

16. Förfarande för framställning av en kondensator enligt krav 13 och 14 vidare kännetecknad av att det inkapslande medlet är en termiskt härdande harts, t ex epoxi, eller polyester eller polyuretan.

17. Elektrisk komponent tillverkad enligt något av kraven 1 - 16.

18. lmpregnerad lindning eller stapel tillverkad enligt något av kraven 1 - 16.

19. lmpregnerad spole tillverkad enligt något av kraven 1 - 10.