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Condensateur électrique, à diélectrique en une matière polymère.
Les condensateurs électriques dits enroulés sont fabriqués de telle manière que deux ou plusieurs rubans métalliques aussi minces que possible sont enroulés en un cylindre plein ou creux avec intercalation de rubans de matière isolante également aussi minces que possible. A la place d'un ruban métallique on peut employer également comme armatures du condensateur dès rubans de matière isolante pourvus de revêtements métalliques, dans lesquels le corps de support en matière isolante'peut servir également de
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diélectrique. Les condensateurs enroulés peuvent présenter malgré un petit encombrement et une forme très maniable de grandes valeurs de capacité, et sont employés pour cette raison dans de nombreux domaines de 1'électro-technique avec avantage.
Un inconvénient des condensateurs enroulés consiste en ce que la résistance à la traction maxima admissible lors de l'enroulement des condensateurs limite le pressage des arma- tures et du diélectrique lesunes sur les autres , ,,-près l'enrou- lement, le pressage des différentes couches de condensateur ne peut guère être influencé encore. Il reste par conséquent dans le condensateur dans certaines circonstances de minimes cavités ne pouvant pas être éliminées complètement lors de l'imprégnation et contenant des inclusions d'air qui se font sentir de façon perturbatrice en modifiant la capacité, lors de l'utilisation des condensateurs en service.
Egalement dans les condensateurs en blocs à plusieurs couches, on constate ce danger qui ne peut pas être éliminé complètement, suivant l'expérience malgré le pressage des différentes couches du condensateur, possible dans ce cas contrairement aux condensateurs enroulés.
La présente invention écarte ce défaut encore augmenté par le danger d'entraînement d'humidité à l'intérieur du condensateur, aussi bien dans les condensateurs enroulés que dans les condensateurs en blocs, moyennant l'emploi des substances polymères connues déjà comme diélectrique pour les condensateurs électriques, par le fait que les corps de con- densateur formés par enroulement ou superposition (..'armatures métalliques ( en particulier de feuilles de métal) et de feuilles isolantes dépassant celles-ci de toutes parts, en ces substances polymères, sont agglomérés par soudure à leurs bords au moyen d'un traitement modéré par la chaleur.
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Pour la fabrication de condensateurs enroulés, on emploie suivant la présente invention des rubans en feuilles isolantes'étirées, de la manière suivante et avec production d'un avantage particulier : Un ruban ou plusieurs rubans, avec les armatures de condensateur consistant en des feuilles métalliques ou également en des métallisations des rubans isolants, sont d'abord enroulés de la manière usuelle en un enroulement et ensuite soumis à un traitement à chaud tel que la matière isolante revient de l'état étiré dans l'état non-étiré. Lors de cette transformation , les rubans isolants se contractent de façon surprenante. De ce fait les inclusions .-d'air inévitables dans la fabrication de l'enroulement sont expulsées en concordance avec la contra- tion progressive des rubans isolants.
Si le traitement à chaud est continué les, bords des rubans isolants dépassant les armatures métalliques sont finalement aussi soudés ensem- ble par ce traitement, de sorte qu'une rentrée d'air dans l'enroulement du condensateur en service est empêchée.
Suivant une variante on soumet les condensateurs avan- tageusement à un chauffage à un point tel seulement que dans l'état final les feuilles présentent encore une tension déter- minée et ne sont donc pas tout à fait détendues. Il est en outre particulièrement avantageux d'effectuer le chauffage par étages et il est en même temps possible d'effectuer alors, pour un état déterminé d'étirage, une compensation de la capacité de sorte que des tolérances très minimes de fabri- cation peuvent être observées.
Le procédé, qui peut être réalisé suivant différents points de vue, soumet en principe les condensateurs à un chauffage préalable qui est choisi de telle façon que les feuilles se contractent les unes contre les autres sans toute- fois se souder au bord. On emploie avantageusement à cet effet une température d'environ 80-100 C. Suivant la température et/ou
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la durée du chauffage, on peut établir des états déterminés d'étirage. Dans cet état on mesure le condensateur et par diminution des armatures on l'amène à une valeur qui correspond à la valeur finale désirée ou à une valeur diffé- rant de celle-ci d'une quantité déterminée trouvée par les essais.
Un effectue ensuite un second chauffage du conden- sateur qui doit alors avoir pour conséquence la soudure des bords sans modifier notablement la capacité réglée ou en la modifiant seulement de la quantité déterminée.
Ce résultat est obtenu par un traitement à chaud plus élevé, de courte durée, qui se faitavantageusement au- dessus de 100¯ C. Les bords superposés des feuilles isolantes se soudent alorsles uns aux autres sans qu'i. se produise une transmission notable de la chaleur à l'intérieur du condensateur. Ce résultat est favorisé par la minime conduc- tibilité thermique de ces matières synthétiques.
Il résulte de la description du procédé qu' il est avantageux de choisir la valeur de la capacité initiale des condensateurs de tellmanière qu'à la fin du premier traite- ment thermique elle est plus grande que la valeur finale désirée, car la compensation peut se faire seulement sous la forme d'une diminution. La valeur intermédiaire compensée entre les deux étages de chaleur doit présenter alors une grandeur telle que la. modification subséquente par le second traitement thermique la conduit à sa valeur finale, la na- turedu second traitement ayant naturellement une impor- tance décisive pour la grandeur de la valeur intermédiaire.
Si ce traitement s'effectue tellement rapidement et à une température telle que seuls les bords se soudent extérieure- ment sans que les rubans étirés à l'intérieur du condensateur se contractent davantage les uns sur les autres, la valeur de capacité restera la même. Si par suite d'une plus longue action de la chaleur il se produit une minime variation, cette @
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valeur de variation peut s'ajouter à la valeur intermédiai- re et toutes les valeurs finales possèderont la même grandeur, si l'on suppose la même fabrication.
Pour enfermer complètement en eux-mêmes les conden- sateurs suivant la présente invention, il est à recommander de faire tourner au moins une feuille isolante, dans le cas de condensateurs enroulés, comme couche d'enroulement extérieure sans intercalation de métal d'armature autour de l'enroulement ou bien dans le cas de condensateurs en blocs, de disposer sur chaque côté du bloc une feuille isolante de sorte que de toutes parts une soudure de la matière peut se produire et qu'on produit un enveloppement complètement étanche à l'air des condensateurs. Les raccor- dements des armatures peuvent conformément à ce but être adaptés de différentes manières, par exemple sous la forme de fils ou de pattes en zig-zag.
La réalisation de l'invention va êtreexplkquée à l'aide des dessins au moyen de plusieurs exemples pour des condensateurs enroulés et en blocs.
La fig. 1 montre en coupe longitudinale un conden- sateur enroulé suivant la présente invention. Deux rubans faits par exemple en polystyrol étiré, ayant les dimensions 50 x 0,1 mm, et deux rubans de feuille d'aluminium ayant les dimensions 30 x 0,06 mm sont enroulés en un enroulement 2 sur un cylindre métallique 1 qui sert de noyau d'enroulement et qui peut être une broche ou un tube et l'enroulement est ensuite chauffé pendant 4 heures environ dans une chambre de chauffage à environ 120 C. Alors se produit la transfor- mation du polystyrol en suite de quoi les rubans de polystyrol se contractent solidement l'un contre l'autre, expulsent ainsi les inclusions d'air et finalement les bords dépassant @ le ruban mince d'aluminium se fixent par soudage.
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Lors du choix des dimensions des rubans isolants, il faut tenir compte de ce que les rubans ne secontractent pas seulement, Iprs du traitement thermique, dans la sens longitudinal mais aussi dans le sens de la largeur et cela comme le montre la fig. I, plus fortement dans les couches extérieures de l'enroulement que dans les couches intérieu- res dans lesquelles le frottement des couches de ruban set plus grand. Les rubans isolants doivent par conséquent présenter en largeur un excès minimum détermine au-delà de la largeur des feuilles de métal. Un peut également em- ployer des rubans qui augmentent de largeur versles couches extérieures.
Dans l'intérêt de l'augmentation de la résic- tance au percement, on peut disposer entre deux armatures métalliques, au lieu d'un @eul ruban isolant, également plusieurs rubans isolants, Au cylindre métallique relié conductivement à une armature on soude un fil isolé 3 comme un ligne d'amenée.; L'autre ligne d'amenée consiste également en/ fil isolé 4 dont l'extrémité nue est aplatie et pressée comme patte de raccordement dans l'enroulement. Le corps de condensateur est dans son ensemble inséré dans un tube 5 en matière isolante qui peut être fermé d'un côté ou des deux côtés et peut par exemple êtrefait en verre ou en polystyrol.
Un modèle de condensateur de cette réalisation présentait pour un diamètre extérieur de 13 mm de l'enroulement une capacité de 4000u F et une résistance d'isolement de plus de 107 mégohms, c'est-à-dire plus de 40.000 mégohme pour I F.
Le condensateur peut se réaliser également sous une forme telle que les deux raccordements des armatures consis- tent en des fils isolés aplatisleurs extrémités nues tandis que sur le noyau d'enroulement on place une ou plu- sieurs spires de feuille isolante comme isolement par rapport au noyau. Le noyau lui-même peut, surtout lorsqu'il est
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pourvu d'un trou concentrique, servir d'organe de support pour le montage en appareillage. Il peut également être fait en matière isolante, par exemple en matière cérami- que ou en verre.
La fig. montre une autre forme de réalisation d'un condensateur enroulé suivant l'invention, qui se distin- gue de la forme de réalisation suivant la fig. 1 par le fait que le noyau d'enroulement n'est pas formé,d'un cylindre métallique mais consiste en une tige, de 5 mm d'épaisseur par exemple, en matière polymère étirée. Cette tige 6 est pourvue de deux rainures diamétralement opposées dans lesquelles sont logés les fils de raccordement 7 et 8 sur lesquels les extrémités des armatures métalliques du condensateur sont enroulées en plusieurs spires sur leurs extrémités nues . L'emploi de ces rainures est avantageux également dans le cas de noyaux d'enroulement en d'autres matières isolantes, mais l'emploi d'un noyau d'Enroulement en matière polymèreétirée présente encore un avantage particulier.
Lors du chauffage du corps de condensateur, la tige de noyau se raccourcit également et augmente ainsi son diamètre. Il s'exerce ainsi sur l'enroulement, également de l'intérieur, une pression considérable qui presse d'une part les fils d'amenée solidement contre les armatures dans les rainures et favorise d'autre part l'élimination des cavités abec inclusions d'air.
En outre, dans le condensateur suivant la fig. 2, le chauffage n'a pas été poussé jusqu'au désétirage complet des feuilles, de sorte que le corps de condensateur est toujours sous tension mécanique. De ce fait il peut supporter sans dommage particulier des surcharges thermiques de courte durée sous l'effet desquelles les feuilles ont seulement la tendance de se contracter davantage car elles se trouvent encore dans un état étiré. Par conséquent les pattes de raccordement insérées librement restent enfermées
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solidement et assurent un bon contact.
La fig. 3 contre en vue de cêté un condensateur en bloc suivant la présente invention. sur une plaque de base II qui est faite par exemple en polystyrol, on a empilé, entre les barres de raccordement 12 et 12 vissées sur la plaque, un paquet 14 de feuilles isolantes par exemple en polystyrol, alternant avec des feuilles d'aluminium. Les feuilles d'aluminium possèdent des pattes de raccordement découpées en zig-zag ou recourbées qui sont reliées lter- nativement à l'une des deux barres 18 ou 13.
Les bordes qui dépassent, appartenant aux feuilles de polystyrol sont soudés ensemble par suite du traitement à chaud et en outre le paquet 14 dans son ensemble essoudé sur lu plaque WI.
Pendant le'traitement à chaud, le paquet 14 peut être maintenu pressé sur la plaque de base II sous une forte pression de ressorts ( indiquée au dessin en traiss @@- terrompue par deux ressorts et une plaque de pression).
L'élimination des inclusions d'air peut encore être favorisée considérablement par le fait que le traitement à chaud est effectué sous le vide. Le vide peut être employé soit seulement pendant la retransoformation de la. matière polymère, soit seulement pendant la soudure des bore.!-, qui dépassent, soit pendant les deux processus, la tempérsture de traitement peut éventuellement être élevée en vue d'une soudureaccélérée des bords, pour assure une soudure certaine des bords,
il est à recommander de maintenire très propre les rubans isolants à enrouler et de les soumettre éventuellement à un nettoyage préalable.
On peut employer pour la fabrication suivant la présente invention de ces condensateurs toutes les matières polymères qui peuvent se souder par un traitement tnermi- que. On peut envisager principalement l'emploi .::le composés vinyliques comme le polystyrol, le chlorure polyvinylique ou des esters d'acide polyacrylique ou des polymérisats mixtes de ceux-ci.
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Electric, dielectric capacitor made of a polymer material.
The so-called coiled electric capacitors are manufactured in such a way that two or more metal tapes as thin as possible are wound in a solid or hollow cylinder with interposed ribbons of insulating material also as thin as possible. Ribbons of insulating material provided with metallic coatings, in which the support body of insulating material can also serve as an insulating material, can also be used instead of a metallic tape.
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dielectric. Coiled capacitors can exhibit large capacitance values in spite of a small footprint and very handy shape, and are therefore employed in many fields of electrical engineering with advantage.
A drawback of wound capacitors is that the maximum admissible tensile strength when winding the capacitors limits the pressing of the armatures and the dielectric one on top of the other, ,, - after winding up, pressing. of the different capacitor layers can hardly be influenced yet. In some circumstances, therefore, there remain minimal cavities in the capacitor which cannot be completely eliminated during impregnation and which contain air inclusions which are felt in a disturbing manner by changing the capacitance, when the capacitors are used. in service.
Also in capacitors in blocks with several layers, we see this danger which cannot be completely eliminated, according to experience despite the pressing of the different layers of the capacitor, possible in this case unlike coiled capacitors.
The present invention eliminates this defect, which is further increased by the danger of entrainment of humidity inside the capacitor, both in coiled capacitors and in block capacitors, by using polymer substances already known as dielectric for them. electric capacitors, in that the capacitor bodies formed by winding or superposition (.. 'metal reinforcements (in particular of metal sheets) and of insulating sheets protruding from them on all sides, in these polymeric substances, are welded together at their edges by means of a moderate heat treatment.
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For the manufacture of coiled capacitors, according to the present invention tapes of stretched insulating sheets are employed in the following manner and with the production of a particular advantage: One or more ribbons, with the capacitor armatures consisting of metal foils or also in metallizations of the insulating tapes, are first wound in the usual manner into a winding and then subjected to a heat treatment such that the insulating material returns from the stretched state to the unstretched state. During this transformation, the insulating tapes contract surprisingly. Thereby the inevitable air inclusions in the manufacture of the winding are expelled in accordance with the progressive constraint of the insulating tapes.
If the heat treatment is continued, the edges of the insulating tapes protruding from the metal reinforcements are finally also welded together by this treatment, so that re-entry of air into the winding of the capacitor in use is prevented.
According to a variant, the capacitors are advantageously subjected to heating to such an extent that only in the final state the sheets still exhibit a determined voltage and are therefore not completely relaxed. It is also particularly advantageous to carry out the heating in stages and at the same time it is then possible to carry out a capacitance compensation for a given stretching state so that very small manufacturing tolerances can be effected. be observed.
The process, which can be carried out from different points of view, in principle subjects the capacitors to a preheating which is chosen in such a way that the sheets contract against each other without, however, welding at the edge. A temperature of about 80-100 ° C., depending on the temperature and / or
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the duration of the heating, it is possible to establish certain states of stretching. In this state the capacitor is measured and by reduction of the armatures it is brought to a value which corresponds to the desired final value or to a value different from the latter by a determined quantity found by the tests.
A second heating of the capacitor is then carried out which must then result in the welding of the edges without appreciably modifying the set capacity or by modifying it only by the determined quantity.
This result is obtained by a higher heat treatment, of short duration, which is carried out advantageously above 100 ° C. The superimposed edges of the insulating sheets are then welded to each other without i. there is a noticeable transmission of heat inside the condenser. This result is favored by the minimal thermal conducibility of these synthetic materials.
It follows from the description of the process that it is advantageous to choose the value of the initial capacitance of the capacitors in such a way that at the end of the first heat treatment it is greater than the desired final value, since the compensation can be obtained. do only in the form of a decrease. The intermediate value compensated between the two heat stages must then have a magnitude such as. subsequent modification by the second heat treatment brings it to its final value, the nature of the second treatment naturally having a decisive importance for the magnitude of the intermediate value.
If this treatment is carried out so quickly and at such a temperature that only the edges are welded on the outside without the strips stretched inside the capacitor contracting further on each other, the capacitance value will remain the same. If as a result of a longer action of heat there is a small variation, this @
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variation value can be added to the intermediate value and all the final values will have the same magnitude, assuming the same manufacture.
In order to completely enclose the capacitors according to the present invention within themselves, it is recommended to rotate at least one insulating foil, in the case of coiled capacitors, as the outer winding layer without interposing reinforcing metal around it. winding or in the case of block capacitors, to place on each side of the block an insulating sheet so that on all sides welding of the material can occur and that a completely sealed envelope is produced. air from condensers. The connections of the reinforcements can in accordance with this purpose be adapted in various ways, for example in the form of wires or zig-zag tabs.
The embodiment of the invention will be explained with the aid of the drawings by means of several examples for coiled and block capacitors.
Fig. 1 shows in longitudinal section a coiled capacitor according to the present invention. Two tapes made for example of drawn polystyrene, having the dimensions 50 x 0.1 mm, and two tapes of aluminum foil having the dimensions 30 x 0.06 mm are wound in a winding 2 on a metal cylinder 1 which serves as a winding core and which may be a spindle or a tube and the winding is then heated for about 4 hours in a heating chamber at about 120 C. Then the transformation of the polystyrol takes place whereby the ribbons of polystyrol tightly contract against each other, thus expelling air inclusions and finally the edges protruding @ the thin aluminum tape secure by welding.
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When choosing the dimensions of the insulating tapes, it must be taken into account that the tapes do not only contract, before the heat treatment, in the longitudinal direction but also in the width direction, as shown in fig. I, more strongly in the outer layers of the winding than in the inner layers in which the friction of the tape layers is greater. The insulating tapes must therefore have a minimum excess width determined beyond the width of the metal sheets. One can also employ tapes which increase in width towards the outer layers.
In the interest of increasing the resistance to drilling, it is possible to place between two metal reinforcements, instead of a single insulating tape, several insulating tapes, To the metal cylinder connected conductively to a reinforcement, a insulated wire 3 as a feed line .; The other feed line also consists of / insulated wire 4, the bare end of which is flattened and pressed as a connecting tab in the winding. The capacitor body as a whole is inserted in a tube 5 of insulating material which can be closed on one side or on both sides and can for example be made of glass or polystyrene.
A capacitor model of this realization had for an outer diameter of 13 mm of the winding a capacity of 4000u F and an insulation resistance of more than 107 megohms, that is to say more than 40,000 megohms for I F .
The capacitor can also be produced in such a form that the two connections of the armatures consist of insulated wires flattened with bare ends while on the winding core one or more turns of insulating foil is placed as insulation against the coil. core. The nucleus itself can, especially when it is
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provided with a concentric hole, serve as a support member for fitting into the switchgear. It can also be made of insulating material, for example ceramic material or glass.
Fig. shows another embodiment of a coiled capacitor according to the invention, which differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the winding core is not formed of a metal cylinder but consists of a rod, 5 mm thick for example, of stretched polymer material. This rod 6 is provided with two diametrically opposed grooves in which are housed the connecting wires 7 and 8 on which the ends of the metal reinforcements of the capacitor are wound in several turns on their bare ends. The use of these grooves is also advantageous in the case of winding cores made of other insulating materials, but the use of a winding core of stretched polymeric material still has a particular advantage.
When heating the capacitor body, the core rod also shortens and thus increases its diameter. There is thus exerted on the winding, also from the inside, a considerable pressure which on the one hand presses the feed wires firmly against the reinforcements in the grooves and on the other hand promotes the elimination of cavities with inclusions. of air.
Further, in the capacitor according to fig. 2, the heating was not pushed until the sheets were completely unstretched, so that the capacitor body is still under mechanical tension. As a result, it can withstand thermal overloads of short duration without particular damage under the effect of which the sheets only have the tendency to contract more because they are still in a stretched state. As a result, the freely inserted connection tabs remain locked.
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firmly and ensure good contact.
Fig. 3 against a side view of a block capacitor according to the present invention. on a base plate II which is made for example of polystyrol, there has been stacked, between the connecting bars 12 and 12 screwed on the plate, a bundle 14 of insulating sheets, for example of polystyrene, alternating with aluminum foils. The aluminum sheets have zig-zag cut or curved connecting legs which are interconnected with one of the two bars 18 or 13.
The protruding edges belonging to the polystyrene sheets are welded together as a result of the heat treatment and further the pack 14 as a whole wiped onto the WI plate.
During the heat treatment, the pack 14 can be kept pressed on the base plate II under strong spring pressure (indicated in the line drawing - interrupted by two springs and a pressure plate).
The removal of air inclusions can be further enhanced considerably by the fact that the heat treatment is carried out under vacuum. The vacuum can be used either only during the retransoformation of the. polymer material, either only during the welding of boron.! -, which protrude, or during the two processes, the temperature of treatment can possibly be raised with a view to an accelerated welding of the edges, to ensure a certain welding of the edges,
it is recommended to keep the insulating tapes to be wound up very clean and to subject them to prior cleaning.
Any polymeric material which can be heat-welded can be employed for the manufacture according to the present invention of these capacitors. One can mainly consider the use. :: vinyl compounds such as polystyrol, polyvinyl chloride or esters of polyacrylic acid or mixed polymerizates thereof.