DE2925573A1

DE2925573A1 - Wickelkondensator und verfahren zur herstellung eines gewickelten kondensators

Info

Publication number: DE2925573A1
Application number: DE19792925573
Authority: DE
Inventors: Robert E Bauer; Charles C Rayburn
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1980-01-10
Also published as: GB2024516A; JPS6154244B2; US4166285A; JPS5530886A; IT7923831A0; GB2024516B; CA1116706A; IT1121911B

Description

ILLINOIS TOOL WORKS INC.

Wickelkondensator und Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Kondensators

Die Erfindung betrifft einen Wickelkondensator, bei dem eine gefaltete, metallisierte, dielektrische Schicht um Anschlußdrähte herumgewickelt ist und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensators.

Elektrische Kondensatoren, die aus einer dünnen Folie aus dielektrischem Material hergestellt sind, das auf beiden

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Seiten metallisiert ist, werden in großen Mengen in elektrischen Vorrichtungen benutzt, da sie sehr zuverlässig sind, wünschenswerte elektrische Eigenschaften haben und relativ billig sind. In der US-Patentschrift 2 470 826 ist bereits ein Kondensator beschrieben, bei dem eine doppelseitig metallisierte dielektrische Schicht um eine ungerade Anzahl in Längsrichtung gefaltet ist. Ein anderer Kondensator mit einer doppelseitig gefalteten dielektrischen Schicht ist in der US-Patentschrift 3 854 075 der Anmelderin beschrieben. Der in der letztgenannten Patentschrift beschriebene Kondensator ist hergestellt durch Falten einer doppelseitig metallisierten dielektrischen Schicht um eine gerade Anzahl, wobei dann die gefaltete Schicht um Anschlußdrähte aufgewickelt ist, die als Wickeldorne dienen und in dem Kondensator verbleiben. Ein Einsprühen der Kanten des gewickelten Kondensators ist deshalb hier nicht notwendig und nicht vorgesehen. Bei der erstgenannten Patentschrift ist vorgeschlagen, daß das gefaltete dielektrische Material nach dem Falten in Längsrichtung aufgewickelt wird und daß dann elektrische Anschlüsse an das aufgewickelte Kondensatorsegment durch Sprühen von Metall gegen die Kanten des aufgewickelten Kondensatorsegmentes hergestellt werden. Beide in diesen Patentschriften beschriebenen Kondensatortypen würden, wenn sie kommerziell praktikabel wären, sehr erwünscht sein, da im wesentlichen die gesamten dielektrischen Schichten dieser Kondensatoren in dem elektrischen Feld liegen und diese Kondensatoren ohne die Einfügung einer zusätzlichen dielektrischen Schicht in den Kondensatorkörper hergestellt werden können, obgleich ein anfänglicher unmetallisierter dielektrischer Streifen und ein schützender dielektrischer Endstreifen bei diesen Kondensatoren verwendet werden kann, falls es gewünscht wird.

Die Konstruktion der in den beiden Patentschriften vorge-

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schlagenen Kondensatoren besitzt eine Anzahl von entscheidenden elektrischen und Herstellungsvorteilen. Beispielsweise ist das Problem wesentlich reduziert, die dielektrische Schicht während der Elektrodenausdampfung, wenn die Elektrodengebiete auf die Folie aufgebracht werden, zu maskieren. Zusätzlich ist kein Schneiden notwendig, wie es die Herstellung konventioneller Wickelkondensatoren erfordert. Weiterhin ist die Kapazität pro Einheit des dielektrischen Gebietes maximiert, da die dielektrische Schicht im wesentlichen voll in dem elektrischen Feld benutzt wird. Kürzere Wickellängen pro Kapazitätseinheit werden dabei verlangt, wodurch die Wickelarbeit verringert wird. Die Länge des Dielektrikums kann auch kalibriert und vorgeschnitten werden, um so einen Kondensator mit genaueren Werten zu schaffen. Ein anderer Vorteil dieser Kondensatortypen liegt, wenn sie in zuverlässiger Weise hergestellt werden können, darin, daß keine Luftschichten zwischen den metallisierten Elektroden und den gefalteten Folienoberflächen vorhanden sind. Hierdurch wird die Spannung wesentlich erhöht, beispielsweise um 100 Volt oder mehr, bei der eine Sprühentladung beginnt, so daß diese Kondensatoren kommerziell attraktiv sind für neue Anwendungen beispielsweise in Leuchtstoff-Lichtleitungen.

Die in diesen Patentschriften vorgeschlagene Konstruktion kommerziell erfolgreicher Kondensatoren leidet jedoch unter Problemen, die durch die Anbringung von Anschlußdrähten an die gewickelten Kondensatorsegmente gegeben sind. Bei der US-Patentschrift 2 470 826 wird vorgeschlagen, daß die Anschlußdrähte an den Kondensator mittels des bekannten Schoop-Verfahrens erfolgen könnte. Die Anwendung einer Hochgeschwindigkeits-Metallsprühbedeckung an den Kanten des Kondensators ist jedoch wirtschaftlich nicht praktisch, da das aufgesprühte Metall durch das dielektrische Gebiet an den Falten hindurch-

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dringt und dabei die eine Elektrode mit der anderen kurzschließt. Wenn die Temperatur und der Druck beim Sprühen gesenkt werden, kann die Durchdringung der dielektrischen Schicht reduziert werden, dann wird jedoch die Adhäsion des aufgesprühten Metalls ebenfalls sehr schwach. Die in dieser Patentschrift vorgeschlagenen vielen Falten sind ebenfalls nicht günstig, da sie dazu neigen, das dielektrische Material zu zerren und den Kondensator sperrig und induktiv zu machen.

Um das genannte Problem des Entstehens von Kurzschlüssen beim Metallaufsprühen an den gefalteten Kanten zu lösen, ist gemäß der australischen Patentschrift 159 958 vorgeschlagen worden, unmetallisierte dielektrische Streifen hinter allen Falten des gefalteten metallisierten Kondensators vorzusehen. Obgleich diese Lösung technisch durchführbar sein mag, um Anschlußleitungen an den Kondensator aus einer gefalteten metallisierten dielektrischen Schicht anzubringen, kompliziert die Anzahl der notwendigen unmetallisierten Streifen auf der dielektrischen Schicht das Herstellungsverfahren in großem Umfang sowohl für die dielektrische Schicht selbst als auch für das gefaltete Kondensatorprodukt. Beispielsweise müssen bei einem Kondensator mit fünf Faltungen zusätzlich zu den beiden unmetallisierten Randgebieten fünf unmetallisierte Streifen vorhanden sein, die entlang der gesamten Länge des dielektrischen Materials verlaufen, wobei drei dieser Streifen sich auf einer Seite der dielektrischen Schicht und zwei dieser Streifen auf der entgegengesetzten Seite der dielektrischen Schicht befinden. Es ist ersichtlich, daß Maskierungsprobleme und die Herstellungskosten einer solchen speziellen Konstruktion die Lösung gemäß dieser australischen Patentschrift wirtschaftlich unattraktiv machen. Dies trifft insbesondere deshalb zu, da der Typ der metallisierten dielektrischen Schicht, der bei dem erfindungsgemäßen Kondensator verwendet wird

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(in dem lediglich Randgebiete notwendig sind), ohne weiteres auf dem Markt erhältlich ist.

Die Anschlußdrähte gemäß der US-Patentschrift 3 854 075 werden als Aufwickeldorne verwendet zum Aufwickeln des gefalteten Kondensatorsegmentes um ein Zentrum herum in einer Weise, die der in der US-Patentschrift 2 887 649 beschriebenen ähnlich ist. Bei der ersteren Patentschrift werden leitende Folienstreifen zwischen die Anschlußdrähte und die metallisierten Elektrodengebiete gelegt, um so einen positiven Kontakt mit den Elektroden herzustellen und die Elektroden vor einer Beschädigung durch die Anschlußdrähte beim Aufwickeln zu schützen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Konstruktion zu einer höheren Fehlerra.te aufgrund des S.ichöffnens der Elektrodengebiete um den Umfang der Metallfolie aus Gründen führt, die noch nicht ganz geklärt worden sind.

Die Benutzung der Anschlußdrähte eines Wickelkondensators als Aufwickeldorne ist wünschenswert, um eine sichere Anschlußdrahtbefestigung zu erhalten, ohne daß die Notwendigkeit besteht, Metall auf die Kanten des aufgewickelten metallisierten Kondensatorsegmentes aufzusprühen. Die US-Patentschrift 3 754 311 der Anmelderin beschreibt einen solchen Wickelkondensator, bei dem Anschlußdrähte als Aufwickeldorne verwendet werden.

Bei dem Kondensator dieser Patentschrift ist ein Dielektrikum zwischen zwei Schichten von metallisierten Elektroden oder vorzugsweise Folien angeordnet. Ein Paar Anschlußdrähte werden dann gegen die äußere Fläche der Folien gelegt und gemeinsam in der Art von Aufwickeldornen gedreht, um die Folie und die Folienschichten zu einem Kondensatorkörper aufzuwickeln. Flache, oder in anderer Weise deformierte Teile, die in

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einem kurzen Endbereich jedes Anschlußdrahtes ausgebildet werden und während des Aufwickeins außerhalb des Kondensators liegen, werden dann in das Zentrum des Kondensators durch Ziehen am anderen Ende der Anschlußdrähte hineingezogen. Der Kondensatorkörper wird dann erhitzt, so daß das Dielektrikum schrumpft und dabei dafür sorgt, daß die Anschlußdrähte in extrem festem Eingriff mit den Folienschichten gehalten werden. Da die Folien zumindest 270° des Umfanges der Anschlußdrähte umfassen, wird eine sehr feste Pressverbindung mit geringem Widerstand hergestellt, die dafür sorgt, daß der Kondensator wesentlichen Hitzebeträgen während einer Lötoperation widerstehen kann. Die Elimination von Wickeldornlöchern erlaubt es, daß der Kondensator extrem kompakt ist und für viele Anwendungsfälle verwendbar ist, ohne daß die Dicke durch zusätzliches Abdichtungsmaterial vergrößert werden muß.

Die Erfindung hat zum Ziel, einen noch weiter verbesserten Kondensator zu schaffen.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung verfahrensmäßig durch folgende Verfahrensschritte erreicht:

Anordnen zumindest einer dielektrischen Schicht und von zwei metallischen Elektrodenschichten zwischen einem Paar Anschlußdrähten derart, daß zumindest eine dielektrische Schicht zwischen den beiden Elektrodenschichten eingebettet ist, wobei jede dieser Elektrodenschichten in Kontakt mit einem der Anschlußdrähte kommt, die axial verlängert und quer zu der dielektrischen Schicht positioniert sind; gemeinsames Rotieren der Anschlußdrähte als Einheit dergestalt, daß die dielektrische Schicht und die Elektrodenschichten zu einem Anfangsteil eines Kondensatorkörpers

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aufgewickelt werden;

Verbinden eines elektrischen Kondensatorsegmentes, das aus einer Anzahl gefalteter Schichten besteht, die eine dielektrische Schicht, eine erste metallisierte Elektrodenschicht, die derart auf die eine Seite der dielektrischen Schicht aufgebracht ist, daß ein unmetallisiertes Randgebiet an einem Rand der dielektrischen Schicht entsteht, und eine zweite metallisierte Elektrodenschicht umfaßt, die auf die andere Seite der dielektrischen Schicht derart aufgebracht ist, daß sich ein unmetallisiertes Randgebiet entlang dem entgegengesetzten Rand der dieleketrischen Schicht erstreckt, wobei die Verbindung dadurch durchgeführt wird, daß das Ende einer der metallischen Elektrodenschichten in das elektrische Kondensatorsegment derart eingesetzt wird, daß es in Kontakt mit der ersten metallisierten Elektrodenschicht kommt, und das Ende der anderen metallischen Elektrodenschicht in das elektrische Kondensatorsegment derart eingesetzt wird, daß es in Kontakt mit der zweiten metallisierten Elektrodenschicht kommt;

Fortsetzen der gemeinsamen Rotation der Anschlußdrähte dergestalt, daß die Aufwicklung des Kondensatorkörpers vervollständigt wird;

und Bewegen der Anschlußdrähte in axialer Richtung relativ zu dem Kondensatorkörper dergestalt, daß ein deformierter Bereich jedes Anschlußdrahtes in das zentrale Gebiet des Kondensatorkörpers gelangt.

Dabei kennzeichnet sich der erfindungsgemäße Wickelkondensator durch zwei Elektrodenschichten und zumindest eine dielektrische Schicht zwischen den Elektrodenschichten, wobei ein Querteil der Elektrodenschichten und der dielektrischen Schicht zwischen einem Paar von Anschlußdrähten angeordnet ist, die axiale Teile aufweisen, um die die Schichten herum-

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gewickelt sind, wobei jede der Elektrodenschichten einen sich in Eängsrichtung erstreckenden Teil aufweist, der um einen Teil des ümfangs jedes Anschlußdrahtes derart herumgewicklt ist, daß die Elektrodenschichten fest in engem mechanischem Kontakt mit den Anschlußdrähten gehalten werden, wobei die Elektrodenschichten und die dielektrische Schicht eine relativ kurze Länge aufweisen und jede der Schichten ein Ende aufweist und ein elektrisches Kondensatorsegment in den Wickelkondensator eingefügt ist, das eine Mehrzahl von gefalteten Schichten umfaßt, die eine dielektrische Schicht, eine erste metallisierte Elektrodenschicht, die derart auf einer Seite der dielektrischen Schicht angebracht ist, daß ein unmetallisiertes Randgebiet sich längs des einen Randes der dielektrischen Schicht erstreckt, und eine zweite metallisierte Elektrodenschicht aufweist, die derart auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht angebracht ist, daß ein unmetallisiertes Randgebiet sich längs des entgegengesetzten Randes der dielektrischen Schicht erstreckt, wobei das elektrische Kondensatorelement wesentlich länger ist als die Elektrodenschichten und die dielektrische Schicht und das Ende einer der Elektrodenschichten in das elektrische Kondensatorelement derart eingesetzt ist, daß es in elektrischem Kontakt mit der ersten metallisierten Elektrodenschicht steht, und das Ende der anderen Elektrodenschicht derart in das elektrische Kondensatorelement eingesetzt ist, daß es im elektrischen Kontakt mit der zweiten metallisierten Elektrodenschicht steht, und wobei das elektrische Kondensatorsegment derart in den Kondensator aufgewickelt ist, daß es die äußeren Teile desselben bildet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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Der erfindungsgemäße Kondensator bzw. das erfindungsgemäße Verfahren benutzen eine Technik, die ähnlich der in der US-Patentschrift 3 754 311 beschriebenen ist, um das Aufwickeln eines Anfangsteils des fertigen Kondensators durchzuführen. Danach wird eine gefaltete, doppelseitig metallisierte dielektrische Schicht in den Aufwickelporzess eingeführt. Der fertige Kondensator beinhaltet infolgedessen viele Vorteile sowohl des Kondensators gemäß der US-Patentschirft 3 754 11 als auch eines gefalteten Wickelkondensators.

Viele Mangel des bekannten Standes der Technik werden durch den Kondensator gemäß der US-Patentschrift 3 754 311 überwunden, der grob genommen aus zwei oder mehr Schichten einer schrumpffähigen, thermoplastischen, dielektrischen Folie besteht, die zwischen zwei Folienstreifen angeordnet ist, wobei die äußeren Flächen der Folienstreifen mit einem Paar sich axial erstreckender Anschlußdrähte in Eingriff stehen. Die Anschlußdrähte haben Abflachungen oder andere Deformationen, die sie nach dem Aufwickeln und Hitzeschrumpfen des Dielektrikums an den Folien verankern und verhindern, daß die Anschlußdrähte gedreht oder aus dem Kondensator herausgezogen werden. Da herausgefunden wurde, daß die Folienstreifen und der dielektrische Streifen dazu neigen, sich zu fälteln, wenn sie um Anschlußdrähte von nicht gleichmäßigem Querschnitt herumgewickelt werden, wurde der Kondensator um glatte Teile der Anschlußdrähte herumgewickelt und es wurden die deformierten Teile der Anschlußdrähte axial ins Innere des Kondensators gezogen, nachdem die Aufwicklung vollendet war und die Lagen miteinander versiegelt werden, jedoch bevor die Hitzeschrumpfoperation durchgeführt wurde.

Der Kondensator gemäß dieser Patentschrift verwendete die

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Hitzeschrumpfeigenschaften von biaxial ausgerichteten Folien. Solche Folien enthalten Polyester, Polypropylen, Polystyren, Polycarbonat und Kombinationen davon. Eine Variation von besonderen Ausbildungseigenschaften wie Verlustfaktor und Relation von Temperatur zu Kapazität kann dadurch erhalten werden, indem eine besondere Folie oder Kombination von Folien verwendet wird, die die gewünschten Eigenschaften haben.

Dieser Kondensator besaß den Vorteil, daß relativ große, starre Anschlußdrähte benutzt wurden, beispielsweise Nr. oder Nr. 22 AWG. Die Anschlußdrähte konnten entweder axial, radial oder als Ständertypen ausgebildet sein.

Obgleich das Kondensatorsystem gemäß der US-Patentschrift 3 754 311 und der Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sind, daß sie selbstummantelnd sind, kann eine Mehrzahl anderer Ummantelungssysteme innerhalb der Typ- und Temperaturgrenzen des Materials benutzt werden. Beispielsweise können die Einheiten in Epoxyharz oder Phenol eingetaucht, gewachst, geformt, umhüllt, gefüllt, eingedost oder sonswie ummantelt werden.

Da die Anschlußdrähte als Aufwickeldorn dienen und nach dem Aufwickeln an ihrem Platz verbleiben, besteht für diesen Kondensatortyp nicht die Möglichkeit, daß er sich in Aufwickeldornöffnungen abwickelt, wie es häufig bei konventionellen Wickelsystemen üblich ist, bei denen ein herausziehbarer Aufwickeldorn verwendet wird. Der feste Kern des Kondensators, der durch die Anschlußdrähte erzeugt wird,stellt somit eine Basis für eine stabile Ausführung dar. Da die äußeren Falten, die die Randgebiete enthalten, in etwa bis zum Zentrum der Streifen sich erstrecken, besteht eine Leit-

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fähigkeit zwischen jeder Windung des Kondensators, so daß kein Einsprühen der Enden notwendig ist und die Windungen des Kondensators anstatt in Serie parallel aufgeladen werden.

Anders als bei konventionellen Konstruktionen mit Hitzeschrumpfstreifen, wie sie in der US-Patentschrift 2 735 beschrieben sind, haben die Anschlußdrähte einen Druckkontakt über die gesamte Folienbreite und über annähernd 270° um ihre Umfange. Dieser große Betrag von engem Druckkontakt stellt nicht nur einen niedrigen Kontaktwiderstand sicher, sondern gestattet es auch, daß die Folien und die Anschlußdrähte Hitze innerhalb des Kondensatorabschnittes leiten und verteilen und so das Dielektrikum vor Überhitzung in lokalisierten Hochtemperaturgebieten schützen, wenn der Kondensator in Stromkreise eingelötet wird. Durch das Vorsehen von Deformationen wie abgeflachten Gebieten auf den Anschlußdrähten, die zentral in dem Kondensatorabschnitt liegen, werden die Anschlußdrähte fest gegen Translations- und Rotationsbewegungen blockiert.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1-7 Längsschnitte, in denen die

Positionen von zur besseren Klarheit vergrößert dargestellten,verschiedenen Folienstreifen und dielektrischen Schichten des Anfangsteils des Kondensators relativ zueinander und Anschlußdrähte vor dem Aufwickeln, nach einer viertel, einer halben, einer dreiviertel, einer ganzen, einer eineinviertel und einer eineinhalb Aufwicklung ersichtlich sind,

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Pig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8

' in Fig. 5, welche Fig. den Punkt dar

stellt, an dem ein Eingriff eines gefalteten Teils mit dem anfänglichen dielektrischen und Folienteil des Kondensators auftritt,

Fig. 9 eine schematische Endansicht des

Kondensatorabschnittes, in der das Versiegeln und Abschneiden einer äußeren dielektrischen Schicht gezeigt ist,

Fig. 10 eine Draufsicht auf den Kondensator

unmittelbar nach der Aufwicklung,

Fig. 11 eine ähnliche Draufsicht wie in

Fig. 10, wobei jedoch jeder der Anschlußdrähte über einen kurzen Bereich seiner Länge deformiert ist,

Fig. 12 einen Querschnitt durch den deformierten Teil eines der Anschlußdrähte in Fig. 11 entlang der Linie 12-12,

Fig. 13 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 11,

wobei eine Zwischenposition beim Voneinanderwegziehen der Anschlußdrähte zwecks Verbringung der deformierten Bereiche in das Innere des Kondensators gezeigt ist,

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Fig. 14 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 13,

wobei jedoch die Anschlußdrähte des Kondensators vollständig mit ihren deformierten Bereichen in den Kondensator hineingezogen sind und eine äußere dielektrische Schicht mittels Hitzeschrumpfung aufgebracht ist,

Fig. 15 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 14,

wobei jedoch die Anschlußdrähte zur Seite weggebogen sind,

Fig. 16 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 11,

wobei jedoch die Anschlußdrähte beide an der gleichen Seite des Kondensators deformiert worden sind,

Fig. 17 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 16,

jedoch in dem Zustand, in dem die Anschlußdrähte mit ihren deformierten Bereichen in den Kondensator hineingezogen worden sind, und

Fig. 18 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 17,

wobei jedoch die Anschlußdrähte nach Hitzeschrumpfen des Kondensators auseinandergebogen und abgeschnitten worden sind.

Die Fig. 1-14 illustrieren die Verfahrensschritte zur Herstellung des verbesserten Kondensators 10. Das Wickeln des Anfangsteils des Kondensators ist in den Fig. 1-7 dargestellt. Der anfängliche Wickelschritt besteht darin, daß ein

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thermoplastischer Streifen einer dielektrischen Schicht 12 zwischen zwei Folienstreifen 16 und 18 angeordnet wird. Abhängig von der Spannung die der Kondensator haben muß, kann die Breite der Folienstreifen unterschiedlich sein und geringer als die Breite des Streifens der dielektrischen Schicht, um so die gewünschte Breite von isolierenden Randbereichen vorzusehen. Ein Paar länglicher Anschlußdrähte 20 und 22 werden an entgegengesetzten Seiten der Schicht 12 und der Folienstreifen 16 und 18 angeordnet und in einem nicht gezeigten Wickelkopf montiert, der sie im Uhrzeigersinn um ein gemeinsames Zentrum zwischen ihnen so dreht, daß die Schichten in der in den Fig. 2-7 gezeigten Weise während des Wickelprozesses aufgewickelt werden. Aus Fig. 7 kann ersehen werden, daß die Folienstreifen 16 und 18 in engem Kontakt mit ihren entsprechenden Anschlußdrähten 20 und 22 über einen Winkel von annähernd 270° der Drahtumfänge gehalten werden. Weiterhin ist ersichtlich, daß die Folienstreifen 16 und 18 im Zentrum des Kondensators durch die dielektrische Schicht 12 getrennt sind.

Eine oder beide der als Elektroden wirkenden Folienstreifen 16 und 18 können direkt auf einer oder beiden Seiten der tragenden dielektrischen Schicht aufmetallisiert sein, eine getrennte Folie ist für diese Elektroden jedoch zu bevorzugen. Ein Teil eines im Handel erhältlichen metallisierten dielektrischen Folienstreifens 30, der von einer Rolle abgewickelt werden kann, die geeignet ist zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kondensators,ist in Fig. 8 gezeigt, die einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 5 darstellt. Der metallisierte dielektrische Streifen besitzt eine dielektrische Schicht 32 aus einem dünnen dielektrischen Folienmaterial beispielsweise Polyester, Polyproylen, Polystyren, Polycarbonat oder einem anderen geeigneten Material. Eine dünne metallisierte

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Elektrodenschicht 34 ist auf die obere Fläche der dielektrischen Schicht 32 aufgebracht, während eine dünne metallisierte Elektrodenschxcht 40 auf die untere Fläche der dielektrischen Schicht in solcher Weise aufgebracht ist, daß unmetallisierte Randgebiete 36, 38 sich in Längsrichtung entlang der Ränder des Streifens 30 auf entgegengesetzten Seiten des Streifens erstrecken, wie es aus Fig. 8 ersichtlich ist.

Bei der Ausbildung gem. Fig. 8 ist die Längsausdehnung des metallisierten Streifens 30 durch die Pfeile 46 gekennzeichnet, während die Pfeile 48 dessen schmalere Querausdehnung kennzeichnen. Das in Fig. 8 dargestellte Kondensatorsegment ist in Längsrichtung viermal entlang der Faltlinien 42 gefaltet, die sich in Richtung der Länge des Streifens 30 erstrecken. Der erfindungsgemäße Kondensator ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß vier Faltlinien vorhanden sind, da ein solcher Kondensator mit jeder Zahl von Faltlinien, die größer als zwei ist, hergestellt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbexspxel sind die Faltlinien so voneinander getrennt, daß die Randgebiete 36, 38 ungefähr in der Mitte der Querdimension des metallisierten Streifens 30 enden. Die Ausdehnung der Randgebiete 36, 38 über die metallisierten Elektrodenschichten 34, 40 hinaus beträgt vorzugsweise mindestens 0,05 cm.

Nachdem beim dargestellten Ausführungsbexspxel das Aufwickeln bis zu einer vollen Wicklung fortgeschritten ist, wie in Fig. 5 dargestellt, wird der metallisierte, gefaltete, dielektrische Streifen 30 in den Wickelkondensator einbezogen. Dies wird in der in den Fig. 5 und 8 gezeigten Weise durchgeführt, indem der Folienstreifen 16 von der dielektrischen Schicht 12 getrennt wird, während der Folienstreifen 18 in Kontakt mit der dielektrischen Schicht bleibt. Die Enden der

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Folienstreifen 16 und 18 und die dielektrische Schicht werden infolgedessen zwischen den Falten des metallisierten dielektrischen Streifens derart aufgenommen, daß der Folienstreifen 16 in Kontakt mit der Elektrodenschicht 34 des gefalteten dielektrischen Streifens 30 und der Folienstreifen 18 in Kontakt mit der Elektrodenschicht 40 kommt. Während in Fig. 5 eine Anfangswindung der Folienstreifen 16 und 18 und der dielektrischen Schicht 12 dargestellt ist, wobei der gefaltete metallisierte Streifen nach einer Drehung der Anschlußdrähte 20 und 22 aufgenommen wird, sei klargestellt, daß dieses nur beispielhaft ist und daß der gefaltete metallisierte Streifen mit der dielektrischen Schicht 12 und den als Elektroden dienenden Folienstreifen 16 und 18 auch bei einem größeren oder kleineren Drehungsbetrag der Anschlußdrähte 2 und 22 verbunden werden kann, wenn dieses gewünscht wird.

Nachdem der gefaltete metallisierte Streifen 30 und die dielektrische Schicht 12 und die Folienstreifen 16 und 18 miteinander verbunden sind, wird das Wickeln fortgesetzt, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, bis ein Kondensatorsegment vollständig aufgewickelt ist, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Um eine hohe Kapazität zu erreichen, müssen viele Windungen des gefalteten metallisierten Streifens 30 und nur wenige Windungen der anfänglichen als Elektroden dienenden Folienstreifen 16 und 18 und des dielektrischen Streifens vorgesehen werden. Aus diesem Grund ist die Darstellung in Fig. 9 lediglich schematisch, und die gestrichelte Linie stellt dabei die Kante des metallisierten dielektrischen Streifens 30 dar, wobei die Anschlußdrähte 20 und 22 ebenfalls dargestellt sind. Da die Anzahl der Windungen der dielektrischen Schicht 12 und der Folienstreifen 16 und so gering ist, sind sie in Fig. 9 nicht dargestellt.

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Das Aufwickeln des Kondensators wird dann fortgesetzt, bis die gewünschte Länge des gefalteten Streifens 30 für die gewünschte Kapazität aufgewickelt ist. Danach wird der Streifen 30 durch mehrere äußere Umwicklungen mit einem hitzeschrumpfbaren dielektrischen Streifen 12' geschützt, wie aus Fig. 9 ersichtlich. Wenn genügend äußere Umwicklungen mit dem dielektrischen Streifen 12' ausgeführt sind, können diese miteinander in irgendeiner üblichen Weise wie beispielsweise durch Verkleben, die Anwendung eines Klebebandes oder durch Hitzeversiegeln versiegelt werden, wobei eine Kombination eines Hxtzeversiegelungs- und Schneidmessers 28 verwendet werden kann, wie es in der US-Patentschrift 2 950 070 beschrieben ist.

Nach der Vervollständigung der Wicklungs- und Versiegelungsoperation hat der Kondensator die in Fig. 10 gezeigte Form, bei der die Anschlußdrähte 20 und 22 von beiden Enden des Kondensatorkörpers 26 hervorstehen. Da die kreisförmigen Anschlußdrähte relativ leicht in dem Kondensatorkörper 26 gleiten können, wird an jedem Anschlußdraht 20, 22 eine Deformation beispielsweise in Form eines abgeflachten Bereichs 20b, 22b ausgeformt, wie es in den Fig. 11 und 12 sichtbar ist, indem durch einen nicht gezeigten Zylinder relativ großen Durchmessers (etwa 2,5 cm) der Anschlußdraht gegen eine ebenfalls nicht dargestellte flache Platte gedrückt wird. Nachdem die Anschlußdrähte von einer ursprünglichen Dicke d bis auf eine Dicke d¹, die vorzugsweise ein Drittel bis einhalb der Dicke d beträgt, deformiert sind, werden sie in axialer Richtung relativ zum Kondensatorkörper 26 gezogen (Fig. 13), so daß die deformierten Bereiche 20b, 22b in Kontakt mit den Folienstreifen 16 und 18 im Zentrum des Kondensatorkörpers kommen. Da die Deformation durch einen Zylinder, der auf einen kreisförmigen Anschlußdraht drückt, durchgeführt wird, wird

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ein weicher übergang zwischen den beiden Querschnitten des Anschlußdrahtes erreicht, so daß die deformierten Bereiche 20b, 22 b leicht über die Oberfläche der Folienstreifen 16 und 18 gleiten, ohne diese zu verletzen. Obgleich der Typ der verwendeten Folienstreifen nicht extrem kritisch ist, hat sich herausgestellt, daß Zinnfolien etwas bessere Resultate ergeben als Aluminiumfolien, da Zinnfolien sich dem Hitzeschrumpfen der dielektrischen Schicht ohne Entstehen von Runzeln anpassen, die manchmal in Aluminiumfolien entstehen. Weiterhin sind Zinnfolien sehr verformbar und ermöglichen es, daß die Anschlußdrähte leicht über ihre Oberfläche gleiten.

Nachdem die deformierten Bereiche 20b, 22b der Anschlußdrähte in das Zentrum des Kondensatorkörpers 26 hineingezogen worden sind, wird der Kondensator für eine begrenzte Zeit einer Hitzeeinwirkung ausgesetzt, um die dielektrische Schicht 12 und insbesondere den Streifen 12' zusammenschrumpfen zu lassen und dabei Luft zwischen den einzelnen Schichten zu entfernen und die Folienstreifen 16 und 18 in festen,engen Druckkontakt mit den Anschlußdrähten 20, 22 zu bringen. Obgleich der Kondensator nach der Hitzeschrumpfung der Schichten 12 und 12' (Fig. 14) ohne zusätzliche Versiegelung gebrauchsfertig ist, ist es natürlich möglich, zusätzliche Versiegelungsmaterialien aufzubringen oder die Anschlußdrähte in irgendeiner gewünschten Form, beispielsweise wie in Fig. 15 gezeigt, radial nach außen, zu biegen.

Die Fig. 16-18 zeigen eine modifizierte Form des Kondensators mit einseitig hervorstehenden anstatt axial sich erstreckenden Anschlußdrähten. Diese Kondensatorform wird dadurch erreicht, indem die abgeflachten Bereiche an den Anschlußdrähten am gleichen Ende vorgesehen werden, so daß,

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wenn diese in den Kondensatorkörper 26^r hineingezogen werden, ihre entgegengesetzten Enden 20*, 22' in die gleiche Richtung zeigen. Nachdem der Kondensatorkörper 26' in Fig. 17 erhitzt ist, um die dielektrische Schicht schrumpfen zu lassen, nimmt er die in Fig. 18 gezeigte Form an, wonach dann die Anschlußdrähte 20', 22' in divergierende Richtung gebogen und abgeschnitten werden können, wie es in Fig. 18 dargestellt ist.

Der aufgewickelte,metallisierte,erfindungsgemäße Kondensator ist im wesentlichen nichtinduktiv und alle Windungen des Kondensators werden in größerer Weise parallel anstatt in Reihe aufgeladen, so daß deshalb ein Kondensator mit geringem Verlustfaktor entsteht. Indem man die äußeren Falten, die die Randgebiete 36, 38 enthalten, sich bis ungefähr über die Mitte der Querdimension des metallisierten Streifens 30 erstrecken läßt, besteht eine Leitfähigkeit zwischen jeder Windung des Kondensators, so daß jedes Ende des aufgewickelten Abschnittes eine kontinuierliche Elektrode ist und somit keine Sprühoperation notwendig ist, wenn das lange Segment fertiggestellt ist. Zusätzlich bewirkt diese Konstruktion eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke über der Faltenbreite, wodurch eine gleichmäßige Wicklung ohne sanfte Biegungen an den Enden entsteht. Bei der Herstellung des Kondensators muß Obacht gegeben werden, um sicherzustellen, daß die äußeren Flächen der metallisierten Elektrodenschichten 34, 40 im wesentlichen frei von nichtleitenden Oxyden sind, um so eine gute Leitfähigkeit zwischen den Schichten des Kondensators und einen niedrigen Kontaktwiderstand zwischen den Folienstreifen 16 und 18 und den entsprechenden metallisierten Elektrodenschichten 40 und 34 sicherzustellen. Die erfindungsgemäße Konstruktion bietet ebenso einen wesentlich niedrigen Widerstand für den Ladestrom.

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Claims

Patentansprüche

1., Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Kondensators, wobei eine gefaltete, metallisierte, dielektrische Schicht um Anschlußdrähte herumgewickelt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anordnen zumindest einer dielektrischen Schicht (12) und von zwei Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) zwischen einem Paar Anschlußdrähten (20,22) derart, daß zumindest eine dielektrische Schicht (12) zwischen den beiden Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) eingebettet ist, wobei jeder dieser Elektrodenschichten (Folienstreifen 16, 18) in Kontakt mit einem der Anschlußdrähte (20,22) kommt, die axial verlängert und quer zu der dielektrischen Schicht (12) positioniert sind; gemeinsames Rotieren der Anschlußdrähte als Einheit dergestalt, daß die dielektrische Schicht 12 und die Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) zu einem Anfangsteil eines Kondensatorkörpers (26) aufgewickelt werden; Verbinden eines elektrischen KondensatorSegmentes, das aus einer Anzahl gefalteter Schichten (Streifen 30) besteht, die eine dielektrische Schicht (32) , eine erste metallisierte Elektrodenschicht (34) , die derart auf die eine Seite der dielektrischen Schicht (32) aufgebracht ist, daß ein unmetallisiertes Randgebiet (36) an einem Rand der dielektrischen Schicht (32) entsteht, und eine zweite metallisierte Elektrodenschicht (40) umfaßt, die auf die andere Seite der dielektrischen Schicht (32) derart aufgebracht ist, daß sich ein unmetallisiertes Randgebiet (38) entlang dem entgegengesetzten Rand der dielektrischen Schicht (32) erstreckt, wobei die Verbindung

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ORIGINAL INSPECTED

dadurch durchgeführt wird, daß das Ende eines der metallischen Elektrodenschichten (Folienstreifen 16) in das elektrische Kondensatorsegment derart eingesetzt wird, daß es in Kontakt mit der ersten metallisierten Elektrodenschicht (34) kommt, und das Ende der anderen metallischen Elektrodenschicht (Folienstreifen 18) in das elektrische Kondensatorsegment derart eingesetzt wird, daß es in Kontakt mit der zweiten metallisierten Elektrodenschicht (40) kommt;

Fortsetzen der gemeinsamen Rotation der Anschlußdrähte (20,22) dergestalt, daß die Aufwicklung des Kondensatorkörpers (26) vervollständigt wird; und Bewegen der Anschlußdrähte (20,22) in axialer Richtung relativ zu dem Kondensatorkörper (26) dergestalt, daß ein deformierter Bereich (20b,22b) jedes Anschlußdrahtes in das zentrale Gebiet des Kondensatorkörpers (26) gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide metallische Elektrodenschichten Metallfolienstreifen (16,18) umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige dielektrische Schicht (12) verwendet wird, deren Ende in das Kondensatorsegment derart eingesetzt wird, daß sie an eine der metallisierten Elektrodenschichten (40) angrenzt.

4. Wickelkondensator, bei dem eine gefaltete, metallisierte, dielektrische Schicht um Anschlußdrähte herumgewickelt ist, gekennzeichnet durch zwei Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) und zumindest eine dielektrische Schicht (12) zwischen den Elektrodenschichten, wobei ein Querteil der Elektrodenschichten und der dielektrischen

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Schicht zwischen einem Paar von Anschlußdrähten (20,22) angeordnet ist, die axiale Teile aufweisen, um die die Schichten herumgewickelt sind, wobei jede der Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) einen sich in Längsrichtung erstreckenden Teil aufweist, der um einen Teil des Umfangs jedes Anschlußdrahtes (20,22) derart herumgewickelt ist, daß die Elektrodenschichten fest in engem mechanischem Kontakt mit den Anschlußdrähten gehalten werden, wobei die Elektrodenschichten (Folienstreifen16,18) und die dielektrische Schicht (12) eine relativ kurze Länge aufweisen und jede der Schichten ein Ende aufweist und ein elektrisches Kondensatorsegment (metallisierter Streifen 30) in den Wickelkondensator eingefügt ist, das eine Mehrzahl von gefalteten Schichten umfaßt, die eine dielektrische Schicht (32), eine erste metallisierte Elektrodenschicht (34), die derart auf einer Seite der dielektrischen Schicht (32) angebracht ist_r daß> ein unmetallisiertes Randgebiet (36) sich längs des einen Randes der dielektrischen Schicht (32) erstreckt, und eine zweite metallisierte Elektrodenschicht (40) aufweist,, die derart auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht {32) angebracht ist, daß ein unmetallisiertes Randgebiet (3S)-sich längs des entgegengesetzten Randes der dielektrischen Schicht (32) erstreckt, wobei das elektrische Kondensatorsegment (Streifen 30) wesentlich länger ist als die Elektrodenschichten (Folienstreifen 16,18) und die dielektrische Schicht (12) und das Ende einer der Elektrodenschichten (Folienstreifen 16) in das elektrische Ktfnden- satorsegment derart eingesetzt ist, daß" es in elektrischem Kontakt mit der ersten metallisierten Elektrodenschicht (34) steht, und das Ende der anderen Elektrodenschicht (Folienstreifen 18) derart in das elektrische Kondensatorsegment eingesetzt ist, daß es im elektrischen Kontakt

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mit der zweiten metallisierten Elektrodenschicht (40) steht, und wobei das elektrische Kondensatorsegment (Streifen 30) derart in den Kondensator aufgewickelt ist, daß es die äußeren Teile desselben bildet.

5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenschichten aus Metallfolienstreifen (16,18) bestehen.

6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der dielektrischen Schicht (12) derart in das elektrische Kondensatorsegment eingesetzt ist, daß es an eine der Elektrodenschichten (40) angrenzt.

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