DE2619260C2

DE2619260C2 - Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern selbstheilender Kondensatoren

Info

Publication number: DE2619260C2
Application number: DE2619260A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Phys. 7122 Herbrechtingen Schindhelm; Reiner Dipl.-Ing. Dr. 7920 Heidenheim Simson; Werner 7920 Heidenheim Vogel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1983-05-05
Also published as: FR2349940B1; FR2349940A1; CH607278A5; US4121274A; JPS52133555A; SE7704998L; BR7702740A; IT1084674B; DE2619260A1; GB1541524A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wechsielkörpern selbstheilender Kondensatoren, insbesondere Wechselspannungskondensatoren, die: aufgewickeilte Lagen von mit Metallschichten versehenen Dielektrikumsfolien, bei denen an den Längssei'en der metallbeschichteten Flächen metallfreie Randstreifen vorgesehen sind, aufweisen, bei dem zunächst die metallfrei zu bleibenden Randstreifen der zu metallisierenden Oberflächen mit Öl abgedeckt werden, bei dem dann die Metallschichten auf diese Oberflächen aufgetragen werden, und bei dem schließlich die metallbeschichteten Dielektrikumsfolien zu Kondensatorwickelkörpern aufgewickelt werden.

Die bekannten selbstheilenden Kondensatoren mit nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Wikkelkörpern weisen im allgemeinen mit wachsender Betriebsdauer abnehmende Kapazitätswerte auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die erhöhte Kantenfeldstärke die Metallschichten im Nachbarbereich der metallfreien Randstreifen zerstört werden. Die Kantenfeldstärke g κ ist dabei folgendermaßen definiert:

£ κ-

wobei d\ die Dicke des Dielektrikums und di die Dicke der Metallschicht am Rand sind; CPw ist die Feldstärke des homogenen Feldes im Inneren des Kondensators. Die Kantenfeldstärke erreicht 10- bis lOOmal höhere Werte als die homogene Feldstärke im Inneren des Kondensators.

Ein Verfahren der eingangs angegebenen Art ist aus der DE-AS 12 63 449 bekannt. Die mit nach diesem Verfahren hergestellten Kondensatorwickeln versehenen Kondensatoren weisen abnehmende Kapazitäts- -, werte mit wachsender Betriebsdauer auf.

Aus der DE-OS 15 64 792 ist ein imprägnierter elektrischer Kondensator mit Kunststoffolie als Dielektrikum bekannt Auch derartige, im ganzen imprägnierte Kondensatoren, können mit wachsender Betriebsdauer ίο abnehmende Kapazitätswerte aufweisen.

Auch weitere, aus dem Stand der Technik bekannte

Kondensatoren weisen den genannten Kapazitätsabbau insbesondere bei Wechselspannungsanwendungen auf (DE-PS 9 74 887, AT-PS 2 94 267 und »Bauelemente der s Elektrotechnik« 1974, Band 9, Heft 6, Seiten 60 bis 62).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern selbstheilender Kondensatoren insbesondere für Wechselspannungsanwendungen anzugeben, durch die Kondensatoren erhalten werden, welche sich durch hohe Konstanz der Kapazitätswerte auch bei längeren Betriebsdauern auszeichnen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Dielektrikumsfolien Polypropylenfolien verwendet werden, daß zum Abdecken der Randstreifen ein öl verwendet wird, das bi'i entsprechender Temperung ein Anquellen der Polypropylenfoiien bewirkt, und daß mittels einer Temperung die jo Polypropylenfoiien durch verbliebene Spuren des zur Abdeckung verwandten Öles im Bereich der metallfreien Randstreifen aufgequollen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Polypropylenfoiien so angequollen, daß in den an die metallfreien Randstreifen angrenzenden Bereichen der Metallschichten Risse gebildet werden.

Die Temperung wird bevorzugt über einen Zeitraum von einem Tag bei einer Temperung von 85° C durchgeführt. Die Vorteile des Verfahrens der Erfindfung werden anhand eines Ausführungsbeispieles eines erhaltenen Kondensators aufgezeigf. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Wickelkörpers eines Kondensators vor der Temperung,

F i g. 2 den Ausschnitt II aus Fi g. 1 mit angequollener Polypropylenfolie im Bereich des Randes,

Fig.3 Dauerversuche an mit nach dem Verfahren

gemäß der Erfindung hergestellten Wickelkörpern versehenen Kondensatoren im Vergleich mit nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Wickelkörpern versehenen Kondensatoren.

F i g. 1 zeigt den Aufbau eines Wickelkörpers, der aus aufgewickelten Lagen zweier Polypropylenfoiien 1 und 2 bestehi. Die Polypropylenfolien 1, 2 weisen Metallschichten 3,4 und metallfreie Randstreifen 5, 6 auf. Die Polypropylenfoiien I₁ 2 sind so verwickelt worden, daß die metallfreien Randstreifen 5,6 an entgegengesetzten Stirnseiten des Kondensators liegen. Die Kontaktierung des fertig aufgewickelten Kondensatorkörpers geschieht durch Beschoopung der Stirnseiten 7,8.

Die Polypropylenfoiien 1, 2 haben eine Stärke von 10 μίτι und die Metallschichten 3, 4 bestehen aus Aluminium und weisen einen Flächenwiderstand von 3 Ohm auf. Die metallfreien Randstreifen 5,6 haben eine Breite von 2. 5 mm. Die fertigen Kondensatoren haben die Nenndaten 3 μΡ/320 V.

Die Metallschichten 3, 4 und die metallfreien

Randstreifen 5, 6 weraen jeweils auf einer der beiden Oberflächen der Folien dadurch erhalten, daß jeweils eine Oberfläche einer Polypropylenfolie, deren Breite ein Vielfaches der Folien 1, 2 entspricht, mit einer Metallschicht versehen wird, wobei mehrere metallfreie Zonen in Längsrichtung der Folie erzeugt werden. In der Mitte dieser metallfreien Zonen wird die Folie nach der Metallisierung auseinander geschnitten, und man erhält so die Polypropyler.folien mit metallfreien Randstreifen z;:r Herstellung von Wickel körpern iu selbstheilender Kondensatoren. Die metallfreien Zonen werden üblicher Weise bei den eingangs genannten bekannten Verfahren durch eine Bandabdeckung erzeugt Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Erzeugung der metaFlfreien Zonen jeweils durch eine ölabdeckung. Der Unterschied zwischen Band- und ölabdeckung besteht darin, daß Metalhchichten jeweils am an einen metallfreien Randstreifen angrenzenden Rand bei der Bandabdeckung eine scharfe Kante aufweisen, während hier bei der ölabdeckung, wie es der F i g. 1 zu entnehmen ist, die Metallschicht keilförmig beginnt

Fig.2 zeigt einen Ausschnitt gemäß II ata Fig. 1, wobei die Polypropylenfolie 1 im Bereich des metallfreien Randstreifens 5 durch einen Tempervorgang angequollen ist. Die gestrichelten Linien 9 und 10 geben dabei den Zustand der Polypropylenfolie 1 sowie der Metallschicht 3 im Nachbarbereich des metallfreien Randstreifens 5 vor der Temperung an. Die Aufquellung der Polypropylenfolie 1 auf den in der Fig.2 jo dargestellten Zustand erfolgt durch Ölspuren, die bei dem Herstellen des metallfreien Randstreifens 5 mit einer Ölabdeckung auf der Polypropylenfolie 1 verbleiben. Die verbesserten Eigenschaften eines mit einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten η Wickelkörper ausgerüsteten Kondensators werden dadurch erklärt, daß durch die Aufquellung der Polypropylenfolie 1 im Bereich des metallfreien Randstreifens 5 der Zutritt von Luft zur Metallschicht 3 im fertigen Wickel verhindert wird und so eine Oxidation de., Aluminiumbelages durch die Kantenfeldstärke G κ vermieden wird. Gleichzeitig verhindern an der Oberfläche verbleibende Ölreste den Fetichtigkeitszutritt zur Metallschicht 3.

Die verbesserten Eigenschaften, d. h. der verringerte Kapazitätsabbau eines mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung erhaltenen Kondensors ist um so überraschender, als bereits früher versucht worden ist, den gesamten Wickel nach Fertigstellung mit öl zu imprägnieren. Derartig imprägnierte Kondensatoren wiesen aber noch stärkeren Kapazitätsabbau als die nicht imprägnierten Kondensatoren auf, was darauf zurückzuführen ist, daß hier jeweils durch das Aufquellen der gesamten Folie die aufgebrachte Metallschicht teilweise von den Folien abgelöst wird.

Weiterhin ist der Fig.2 zu entnehmen, daß die Metallschicht 3 im Nachbarbereich des metallfreien Randstreifens 5 durch das Anquellen der Polypropylenfolie 1 angehoben wird und daß in dem keilförmig ausgebildeten Teil Risse 11 aufweist. Diese Risse 11 < >o führen zu einem Abbau der hohen Kantenfeldstärken und bewirken somit eine weitere Verbesserung des unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellten Kondensators,

Für die ölabdeckung können sämtliche bekannten Öle verwendet werden, die eine Anquellung der Polypropylenfolie 1 bewirken. Beispielsweise seien hier mineralische öle sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe genannt.

Es ist überraschend, daß ein einen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Wickelkörper aufweisender Kondensator, dessen metallfreie Randstreifen durch eine Ölabdeckung erzeugt worden sind, so hervorragende Eigenschaften aufweist. Nach der weiter oben angeführten Formel sind die Kantenfeldstärken bei einem derartigen Kondensator nämlich höher als bei den bekannten Kondensatoren, da die Dicke di der Metallschicht am Rand durch den keilförmigen Anstieg bedeutend geringer ist als bei den Metallschichten, welche mit Bandabdeckung hergestellt worden sind.

Weiterhin ist hervorzuheben, daß durch die Erzeugung der metallfreien Randstreifen mk'.els ölabdeckung ein definierter Ölauftrag am Randstreifen erfolgt und so die Polypropylenfolien nur in den dafür vorgesehenen Bereichen angequollen wird. Ein Anquellen der gesamten Polypropylenfolie würde nämlich, wie bereits ausgeführt, zu einem verstärkten Kapazitätsabbau führen. Da im Nachbarbereich des metallfreien Randstreifens noch ein bißchen öl auf der Folie vorhanden ist (das ist der Grund für den keilförmigen Anstieg der Metallschicht 3), erfolgt an diesen Steilen ein leichtes Anquellen und damit die gewünschte Rißbildung der Metallschicht 3 im Nachbarbereich des Randstreifens 5.

Die Temperung des Wickelkörpers zur Vollendung des Quellvorganges erfolgt zweckmäßigerweise einen Tag bei 85° C.

In F i g. 3 sind Dauerversuche an nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Wickelkörper aufweisenden Kondensatoren der obengenannten Nenndaten, sowie an Vergleichskondensatoren ohne angequollene, metallfreie Randstreifen angegeben. Die Kondensatoren wurden bei einer Umgebungstemperatur von 70° C an eine Wechselspannung von 560 V angelegt. In der Fig.3 ist die Kapazitätsänderung aC/C'm Prozent in Abhängigkeit von der Versuchsdauer t in Stunden angegeben. Die Kurve 12 wurde an gemäß der Erfindung hergestellte Wickelkörper aufweisenden Kondensatoren aufgenommen. Wie der Figur leicht zu entnehmen ist, weisen die herkömmlichen Kondensatoren (Kurve 13) mit laufender Versuchsdauer eine deutliche Kapazitätsabnahme auf, wogegen die anderen Kondensatoren dies.; Kapazitätsabnahme nicht aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann auch bei der Herstellung von Wickelkörpern angewendet werden, deren Polypropyleniolien auf beiden Seiten eine Metallschicht und einen metallfreien Randstreifens aulweisen, wobei die aneinanderliegenden Metallschichten des Wickels auf gleichem Potential sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern selbslheilender Kondensatoren, insbesondere Wechselspannungskondensatoren, die aufgewickelte Lagen von mit Metallschichten versehenen Dielektrikumsfolien, bei denen an den Längsseiten der metallbeschichteten Rächen metallfreie Randstreifen vorgesehen sind, aufweisen, bei dem zunächst die metallfrei zu bleibenden Randstreifen der zu metallisierenden Oberflächen mit Öl abgedeckt werden, bei dem dann die Metallschichten auf diese Oberflächen aufgetragen werden, und bei dem schließlich die metallbeschichteten Dielektrikumsfolien zui Kondensatorwickelkörpern aufgewickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikumsfolien Poiypropylfolien verwendet werden, daß zum Abdecken der Randstreifen ein Öl verwendet wird, das bei entsprechender Temperung ein Anquellen der Polypropylenfolien bewirkt, und daß mittels einer Tcmpcrung die Poiypropylenfoiien durch verbliebene Spuren des zur Abdeckung verwandten Öles im Bereich der metallfreien Randstreifen aufgequollen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polypropy.'enfolien so angequollen werden, daß in den an die metallfreien Randstreifen angrenzenden Bereichen der Metallschichten Risse gebildet, werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, tiiG die Temperung über einen Zeitraum von einem Tag bei einer Temperatur von 85° C durchgeführt wird.