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Perfectionnements aux condensateurs en papier métallisé.
Cette invention se rapporte à des perfectionnements aux condensateurs en papier métallisé. Les condensateurs électriques qu'on obtient en enroulant ensemble deux bandes de papier métal- lisé et en établissant la connexion à une extrémité du rouleau ainsi formé avec la métallisation d'une bande de papier et à l'autre extrémité du rouleau avec la métallisation de l'autre bande de papier sont bien connus. Un pareil condensateur est décrit par exemple dans le Brevet belge n .462.975. L'emploi de papier métallisé simplifie considérablement le bobinage des con- densateurs en comparaison du bobinage de papier vierge conjointe- ment avec une feuille de métal, et réduit aussi beaucoup les di- mensions des condensateurs pour une capacité donnée.
Toutefois de très petits condensateurs, c'est-à-dire ceux qui possèdent une très faible capacité électrique, sont quelquefois demandés et
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et on rencontre alors des difficultés à former au moyen de deux bandes de papier métallisé des bobines qui possèdent un nombre de tours suffisamment réduit et de diamètre suffisamment petit pour répondre aux conditions électriques, et qui offrent en même temps une résistance suffisante pour pouvoir être manipulées facilement au cours de la fabrication sans se déformer, et l'un des buts de la présente invention est de créer un système de condensateur qui remplit ces conditions d'une manière satisfaisante,
bien qu'il doive être entendu que la forme d'exécution du condensateur dé- crit ici n'est pas nécessairement limitée à son application aux petites capacités précitées.
Suivant la présente invention la partie opérante essen- tielle du condensateur électrique est constituée par une bande de papier métallisé dont la surface métallisée est subdivisée par une partie continue non métallisée s'étendant suivant un trajet tortueux le long de la bande entre des aires métallisées séparées de manière à former des dessins répétés dans lesquels certaines aires s'étendent en travers de la bande, tantôt en partant d'un des bords tantôt en partant de l'autre bord, la bande étant en- roulée sous forme de bobine de telle façon que les différentes aires métallisées se recouvrent l'une l'autre dans la bobine, les aires qui partent de l'un des bords étant raccordées à un pôle du condensateur et celles qui partent de l'autre bord étant raccordées à l'autre pôle.
De cette façon, il devient possible d'obtenir un condensateur en enroulant une bande unique de pa- pier métallisé, ce qui permet npn seulement d'enrouler des bandes plus étroites mais aussi d'enrouler celles-ci sur un noyau plus petit que ceux qu'on doit adopter lorsqu'il est nécessaire d'en- rouler deux bandes de papier conjointement, et on obtient pour ces deux raisons une bobine de papier plus petite et plus résis- tante. Bien que la capacité pour une quantité donnée de papier métallisé puisse être plus faible que lorsque deux bandes sont
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enroulées ensemble, ceci n'a pas d'importance lorsqu'il s'agit de très petites capacités.
Dans une forme d'exécution du con- densateur suivant l'invention la partie non métallisée de la surface forme une étroite bande continue qui est déviée d'une manière répétée d'abord vers un côté de la bande et ensuite vers l'autre côté.
Si une ligne de démétallisationsinueuse de pas constant d'une ondulation à la suivante est tracée le long d'une bande de papier métallisé, le degré de recouvrement des aires de part et d'autre de la ligne dépend de la circonférence particulière de la bobine par rapport au pas et varie à mesure que la circonfé- rence de la bobine augmente. En réalité, si la circonférence de- vient exactement égale au pas, il n'y aura pour ainsi dire pas de recouvrement pendant quelques tours, mais une certaine petite perte de papier est tout ce qui peut en résulter. Toutefois, s'il est important d'obtenir la plus grande capacité possible pour des dimensions données de la bobine, il peut être recommandable d'établir le pas des ondulations de la bande démétallisée qui s'étend le long de la bande de papier, en fonction du diamètre de la bobine.
En conséquence, suivant une autre caractéristique de cette invention le pas des dessins répétés formés par la bande démé- tallisée augmente graduellement d'une extrémité à l'autre de la bande métallisée et correspond, au moins approximativement à deux fois la circonférence de la bobine à la partie de celle-ci que la bande occupe pendant l'enroulement, de telle sorte que les parties métallisées successives de polarités différentes se recouvrent l'une l'autre avec une exactitude approximative. De préférence, la conformation des dessins formés par la bande démétallisée n'est pas une ligne courbe sinueuse, mais prend la forme d'une ligne contournant des aires rectangulaires, c'est-à- dire que la ligne a une forme denticulée, celle-ci donnant lieu à ,des aires de recouvrement maxima entre les polarités différentes.
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Lorsqu'on emploie un papier métallisé dont le papier est très mince, il y a une limite à la tension qui peut être appli- quée à un condensateur sans donner lieu à disruption, et si l'on exécute les condensateurs en enroulant plusieurs bandes de papier, il est d'usage de se prémunir contre cet effet en enrou- lant en même temps que les bandes de papier métallisé des bandes de papier vierge destinées à agir comme isolant supplémentaire.
Si ceci est effectué suivant la présente invention, la difficulté qu'il y a d'enrouler plus d'une bande à la fois, et que l'inven- tion avait pour premier but de supprimer, subsiste encore, et il est par conséquent préférable d'adopter d'autres moyens suivant la présente invention pour augmenter la tension de disruption.
Suivant une caractéristique de l'invention, la partie non-métal- lisée de la bande comprend des aires non métallisées addition- nelles ménagées sur la bande entre des aires métallisées succes- sives, les aires non métallisées additionnelles étant assez grandes pour intercaler une couche supplémentaire de papier entre les aires métallisées lorsqu'on enroule la bobine. On constatera que si le pas des denticules répétés du dessin formé par la bande démétallisée augmente graduellement, comme il a déjà été décrit, les aires non métallisées additionnelles s'ajustent exactement entre les aires métallisées et on réalise ainsi un procédé fort simple pour obtenir un condensateur bobiné à haute tension au moyen d'une seule bande de papier métallisé.
En outre, conjointement avec les aires métallisées qui s'étendent en travers de la bande en partant des bords opposés, il peut y avoir des aires intermédiaires isolées des bords de la bande, de telle sorte que dans la bobine enroulée les aires iso- lées sont couplées électriquement en série avec les aires raccor- dées aux pôles du condensateur.
L'invention comprend un procédé pour produire des bandes de papier métallisé en vue de la fabrication de condensateurs .électriques, consistant à prendre une bande de papier métallisé
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sur une face et à la faire passer d'une manière continue au con- tact d'une électrode de démétallisation, pendant qu'on maintient la face métallisée à un potentiel suffisamment différent de celui de l'électrode de démétallisation pour qu'au point de contact entre les surfaces du papier métallisé et de l'électrode de dé- métallisation il existe un passage de courant électrique suffi- sant pour démétalliser le papier,
l'électrode de démétallisation étant établie ou déplacée de manière à venir en contact avec la surface métallisée du papier le long d'un parcours qui présente la même forme que l'aire démétallisée désirée.
On décrira ci-après à titre d'exemple la fabrication de condensateurs par certains procédés spécifiques suivant l'inven- tion, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue d'une bande de papier métallisé suivant la présente invention;
Fig.2 est une vue d'une variante de cette bande;
Fig. 3 est une vue en perspective d'un appareil de démétal- lisation ;
Fig. 4 est une vue en perspective d'un rouleau de démétal- lisation employé dans l'appareil de la fig.3;
Fig. 5 est un schéma des connexions;
Fig.6 est un schéma d'un appareil bobineur ;
Fig. 7 montre une autre forme d'une bande partiellement démétallisée;
Fig.8 est une coupe schématique partielle d'une bobine de condensateur électrique enroulée conjointement avec la bande de la fig.7;
Fig.9 est une vue d'une autre forme de bande et Fig.10 est une coupe schématique à travers une partie d'un condensateur bobiné au moyen de la bande de la fig.9.
Sur la Fig.l une bande de papier 11 est recouverte d'aires ou plages métallisées 12 qui partent d'un bord 13 de la bande et
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sont disposées en ordre alterné par rapport à des aires ou pla- ges métallisées 14 partant de l'autre bord 15. Les aires métalli- sées 12 sont séparées des aires 14 par une étroite bande démé- tallisée 16 qui suit un parcours denticulé s'étendant d'une fa- çon continue le long de la bande. Le pas des dents successives de la ligne augmente graduellement, sa longueur étant plus grande à l'extrémité du dessin en 18.
Le papier est complètement démé- tallisé sur les parties 19 aux extrémités, au delà des dessins denticulés de façon à constituer des bandes à bouts en papier vierge qui peuvent être utilisés pour les quelques tours du dé- but et les quelques tours de la fin lorsqu'on enroule la bande pour former une bobine de condensateur.
L'augmentation du pas entre les dents successives de la bande denticulée démétallisée 16 est fonction de l'épaisseur du papier dont la bande est faite, de telle sorte que si la bande 11 commençant près de l'extrémité 17 du dessin denticulé, est enrou- lée sur un mandrin de dimensions parti,culières telles qu'après les quelques tours initiaux de papier :non métallisé, l'air mé- tallisée 17 lorsqu'elle est appliquée est égale à la longueur de la première aire métallisée, plus la largeur de la bande dé- métallisée qui la sépare de l'air métallisée suivante, de telle sorte qu'à mesure que la bobine grandit et que la circonférence de chaque tour enroulé sur la bobine augmente, le pas des dents successives de la ligne denticulée 16 devient plus grand.
Par conséquent, chacune des aires 12 recouvre exactement au tour suivant une aire 14 et lorsque la bobine est terminée, si les aires 12 sont raccordées à un pôle du condensateur et les aires 14 au pôle opposé, on obtient un condensateur dans lequel les aires alternées 12 et 14 se recouvrent exactement l'une l'autre et dont la capacité est pratiquement aussi grande que si une même quantité de papier était enroulée en deux bandes de pola- rités opposées pour former un condensateur en bobine de la manière connue. En pratique il peut se produire certaines inexactitudes
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dans le recouvrement des aires métallisées successives, mais ceci n'empêche pas la bobine formée de présenter une capacité notable et en pratique, spécialement pour les petites capacités,
la sim- plicité plus grande qui résulte du fait de n'avoir à enrouler qu'une seule bande de papier compense largement la légère perte d'efficacité due aux défauts de concordance qui peuvent se pro- duire dans les spires successives comportant des aires 12 et 14.
La bande représentée sur la fig.l comprend un nombre re- lativement petit d'aires 12 et 14 et la fig.2 montre une bande comportant un nombre beaucoup plus grand d'aires 12 et 14 se succédant l'une l'autre et séparées par des dentelures comme dans le cas de la fig.l. Sur la fig.2 la bande est trop longue pour être représentée d'une seule pièce et elle a été subdivisée en trois sections, les traits interrompues 20 servant à indiquer comment en réalité une section se relie à l'autre.
Les bandes représentées sur les figs.l et 2 peuvent être produites dans un appareil tel que celui représenté sur les figs. 3 à 6. Sur la fig.3 un support vertical 22 monté sur une base 21 est pourvu d'un certain nombre de broches horizontales et notamment d'une broche 23 sur laquelle est monté de façon à pou- voir y tourner un rouleau de démétallisation 24. Ce dernier pos- sède un moyeu 25, en matière isolante, dans lequel se trouve une buselure 26 susceptible de tourner sur la broche 23. Une tige 27 part du support 22 et porte une buselure isolante 28 sur laquelle est monté un porte-balai 29 qui supporte un balai 30 fait d'une lame flexible en bronze phosphoreux qui porte sur la face du rouleau 24 et est raccordé par un fil 51 à une source de courant électrique.
Sur le support 22 est également montrée une broche 32 pa- rallèle à la broche 23 et servant à supporter une bobine 33 qui consiste en une longue bande de papier métallisé. Celle-ci est enroulée sur un noyau en bakélite 34 et ce dernier constitue un moyeu qu'on fait glisser sur une buselure 35. Cette buselure 35
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tourne sur la broche 32, et est repoussée contre un épaulement de la tige par un ressort 36 disposé sur l'extrémité de la tige et maintenu en place par un écrou 37. La buselure 35 est filetée sur sa surface externe, et un écrou 38 qui y est serré sert à repousser le noyau de bakélite 34 contre un rebord ménagé à l'autre extrémité de la buselure 35, derrière la bobine 33.
Par conséquent, la bobine est maintenue fermement sur la buselure 35 et mise exactement dans la position voulue par la pression du ressort 36 sur la buselure. La bande de papier métallisé est enlevée de la bobine 33 comme c'est représenté en 40 et est amenée sur les rouleaux de guidage 41, 42, 43 et de là sur le rouleau de démétallisation 24. De ce dernier elle est amenée au- tour d'un rouleau de guidage 44 sur un rouleau de rebobinage 45.
Les rouleaux de guidage 41, 42, 43 partent d'une boîte 46 qui renferme des voies de roulement à billes pour supporter les rou- leaux, de telle sorte que ceux ci peuvent tourner aisément. La face métallisée de la bande de papier 40 est disposée de façon à venir en contact avec le rouleau de démétallisation 24, et on constatera que la même face métallisée se trouve en contact avec le rouleau 42. Celui-ci est relié à la terre par l'intermédiaire du support métallique 22 et par conséquent il existe une différen- ce de potentiel entre cette face du papier et le rouleau de démé- tallisation 24 qui, comme c'est décrit précédemment, est relié à une source d'électricité.
Ainsi qu'on peut le voir par l'examen du schéma des connexions, fig.5, la source d'électricité est re- liée par l'intermédiaire d'une résistance 47 au balai 30 par la ligne 31, et l'installation comprend un condensateur 48 qui relie le balai 30 à une ligne 49 conduisant au rouleau 42 et à la terre.
Ces connexions sont semblables à celles décrites dans le brevet anglais n .595.808 pour le procédé de démétallisation qui y est décrit, et il en résulte que lorsque la surface métallisée de la bande de papier 40 rencontre la surface du rouleau 24, une déchar- ge électrique se produit entre le rouleau et la surface métallisée,
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ce qui enlève cette métallisation de la surface du papier sans, toutefois, brûler le papier lui-même. La métallisation qui recou- vre le papier est extrêmement mince, ainsi qu'il est dit dans le brevet anglais n .595.808 mentionné ci-dessus, et est d'environ 80 millimicrons d'aluminium. Le papier lui-même n'a qu'une épais- seur d'environ 8 microns, mais il n'est pas brûlé par la décharge.
Le rouleau de rebobinage 45 est monté sur une buselure 50 disposée sur une broche 51. Un écrou 52 sur la buselure 50 sert à serrer le moyeu 53 du rouleau 45 sur la buselure, et celle-ci est maintenue par friction sur la broche 51 par la pression d'un ressort 54, la construction de ces éléments étant semblable à celle de la buselure 35 sur la broche 32 déjà décrite. Il existe toutefois une différence du fait que la broche 51 au lieu d'être fixe est établie de manière à pouvoir tourner dans un bossage 55 ménagé sur le support 22, et qu'elle est actionnée à une vitesse appropriée par une poulie montée sur la broche 51 sur la face arrière du support et n'apparaissant pas sur la fig.3 du dessin.
Par conséquent, la bande 40 est actionnée par friction au moyen de la broche 51 et est tirée à travers l'appareil, mais par suite de la friction exercée par le ressort 54 il n'y a pas tendance à arrachement ou déchirement de la bande 40 lors de la mise en marche de l'appareil. On a trouvé désirable de donner au rouleau
42 mis à la terre un diamètre plus petit qu'aux autres rouleaux de guidage et de déterminer son diamètre exact empiriquement pour répondre aux conditions exactes de marche de la machine, de ma- nière que le papier métallisé soit soumis sur le rouleau mis à la terre à une pression appropriée suffisante pour qu'aucune démé- tallisation n'ait lieu à la surface du rouleau même mis à la terre, sans être trop grande pour occasionner la rupture de la bande de papier.
Ainsi qu'on le constatera sur le dessin, le rou- leau 42 est représenté comme ayant un plus petit diamètre à l'en- droit où la bande 40 passe dessus, et en pratique si on constate qu'il y a une tendance à ce qu'une décharge électrique se produise
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au contact du rouleau 42 avec la surface métallisée, on réduit le diamètre du rouleau 42 jusqu'à ce qu'on trouve que cette dé- charge disparaît, parce que toute décharge à ce rouleau tendrait à démétalliser le papier sur toute sa surface et réduirait, par suite de l'enlèvement partiel de la surface métallisée, la capaci- té des condensateurs qui sont les produits éventuels de la fa- brication.
La périphérie du rouleau de démétallisation 24 est établie de manière à présenter un dessin qui correspond au dessin den- ticulé représenté sur les figs.l et 2. Comme c'est représenté en détail sur la fig. 4 du dessin le rouleau présente sur la tranche 56 un dessin denticulé qui correspond au dessin denticulé démé- tallisé de la ligne 16 de la fig. l. Ce dessin s'étend sur une partie de la périphérie du rouleau et le restant de celle-ci pré- sente une surface cylindrique unie comme c'est représenté en 57 et sert à produire les parties complètement démétallisées 19 de la bande 11 de la fig.l.
On remarquera que la partie du bord 56 qui présente une conformation denticulée est exécutée par fraisage dans ce bord d'une série d'encoches 58 creusées dans une face du rouleau et par fraisage entre celles-ci d'une autre série d'en- coches 59 creusées dans la face opposée du rouleau. Les encoches 58 peuvent être usinées rapidement par une fraise cylindrique droite, mais si des encoches similaires étaient découpées dans la face opposée du rouleau, comme elles auraient une largeur constante, elles tendraient à l'endroit situé le plus près de l'axe du rouleau 24 à pénétrer dans le métal des encoches creu- sées dans la face opposée, ou à rendre les parois entre les en- coches inopportunément minces.
Les encoches 59 sont par consé- quent creusées à l'aide d'une fraise en bout, et elles ont un fond cylindrique comme on peut le voir clairement sur le dessin.
En vue d'équilibrer le rouleau et compenser l'enlèvement du métal - qui a eu lieu lors du découpage des encoches 58,59 on enlève une
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certaine quantité de métal en forant des trous peu profonds 60 dans la face opposée du rouleau près de sa périphérie. Le rou- leau est équilibré très soigneusement parce qu'il doit être ac- tionné par la traction exercée par la faible bande de papier 40.
Pour produire une bande telle que celle représentée sur la fig.2 du dessin, on emploie un rouleau semblable au rouleau de la fig.4, mais les encoches 58,59 du dessin denticulé sont creusées sur la plus grande partie de sa circonférence et l'une des caractéristiques de l'appareil représenté sur les figs.3 à 6 est qu'un rouleau de modèle approprié peut être employé pour tous les types de condensateurs à exécuter dans une gamme de grande étendue et pour permettre de passer de la fabrication d'un pa- pier propre à l'exécution d'un type de condensateur à celle d'un papier propre à l'exécution d'un autre type, il suffit de chan- ger de rouleau de démétallisation, en le remplaçant par un autre rouleau de même diamètre mais de modèle différent sans toucher aux autres éléments de la machine.
Lorsque la bande 40 a été enroulée sous forme de bobine 45 jusqu'à achèvement de celle-ci, on enlève la bobine 45 de l'appareil et on l'utilise alors pour former les condensateurs par enroulement dans un appareil à bobiner convenable quelconque.
Ce dernier peut être beaucoup plus simple que les appareils or- dinaires à bobiner les condensateurs en papier, et il comprend de préférence un court mandrin 60, Fig.6, qui fait saillie sur une boîte d'engrenage 61 et est actionné par une poulie 62, à gorge en V, montée sur un arbre de commande 63. L'opérateur en- roule la bande 40 autour du mandrin 60 à la main pour les pre- miers tours, puis l'appareil est mis en marche et une bobine de condensateur 64 y est enroulée. Ainsi qu'on le comprendra, il faut un support convenable pour le rouleau 45 d'où la bande 40 est déroulée, et ordinairement on fait passer celle-ci autour d'un ou de plusieurs rouleaux de tension sur son parcours vers le mandrin
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60.
Ce dernier peut avoir une face plate comme c'est indiqué en 65 pour contribuer à actionner la bande de papier pendant que la bobine 64 se forme.
Aussitôt qu'une bobine de condensateur est complètement enroulée sur le mandrin 60, la dernière spire est momentanément collée par un peu d'adhésif ou par une pointe de graisse ou au- trement et on fait glisser la bobine de condensateur pour la retirer longitudinalement du mandrin dont l'extrémité est laissée libre dans ce but comme le montre la fig. 6 et on peut alors commencer sans délai à enrouler un autre condensateur sur le mandrin.
Lorsque les bobines sont terminées, on projette du métal sur les extrémités d'une manière semblable à celle décrite dans le brevet belge n .478.793 de manière à former une base de cuivre projeté ou son équivalent à laquelle on peut souder les fils ou les chapeaux des bornes. En pratique, le diamètre du mandrin 60 peut être très petit, soit 1/lOe. ou 3/64e. de pouce, d'où l'on peut déduire les faibles dimensions des condensateurs qui peuvent être obtenus suivant l'invention. Des condensateurs de 1/10e de pouce de diamètre et de 1/4 de pouce de longueur peuvent être fa- cilement produits suivant l'invention avec une capacité d'environ 0,01 microfarads si l'on emploie du papier de 8 microns d'épais- seur. Si l'on augmente l'épaisseur du papier jusqu'à 15 microns la capacité peut être réduite à 0,003 microfarads.
Dans le premier cas, le condensateur résistera à une tension de 150 volts, tandis que pour du papier de 15 microns d'épaisseur le condensateur peut résister à 350 volts, du papier vernis étant employé dans les deux cas.
Lorsqu'il est nécessaire de résister à une tension encore plus élevée, on peut employer une bande démétallisée en 70 comme le montre la fig.7, présentant des aires métallisées largement espacées 71 qui partent du bord 72 de la bande et des aires mé- tallisées intermédiaires 73 qui partent du bord 74. Sur la fig.8, si 60 représente le mandrin sur lequel le condensateur est enroulé,
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il peut y avoir alors plusieurs couches 75 de papier démétalli- sé disposées entre les couches 71, 73 d'aires métallisées, ce qui augmente la résistance d'isolement du condensateur, tandis qu'évi- demment sa capacité est aussi réduite en même temps.
Suivant une variante, une bande peut être démétallisée comme c'est représenté sur la fig. 9 en 80, de manière à présenter des aires 81 qui partent d'un bord de la bande et sont disposées en regard d'aires 82 qui partent de l'autre bord de la bande, et entre ces aires peuvent être disposées d'autres aires métallisées 83 qui ne s'étendent pas jusqu'aux bords de la bande, des deux côtés de celle-ci. Il en résulte que lorsque le condensateur est enroulé comme c'est représenté sur la fig.10, les aires 81,82 alternent avec des spires de papier qui portent des aires 83, et on obtient alors l'équivalent de deux condensateurs en série l'un par rapport à l'autre.
Cette idée peut évidemment être développée davantage, en augmentant le nombre d'aires qui s'intercalent entre des aires telles que 81,82 lorsque le condensateur est enroulé, un grand nombre de dessins différents étant possibles pour obtenir des condensateurs multiples montés en série ou en série-parallèle.
On fera remarquer qu'on n'a décrit, à titre d'exemple, qu'un seul procédé pour l'exécution de dessins métallisés sur la bande, mais que tout autre procédé pour l'exécution de ces dessins pourrait être adopté, bien que celui décrit soit estimé le meilleur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to metallic paper capacitors.
This invention relates to improvements to metallized paper capacitors. The electric capacitors obtained by winding together two strips of metallized paper and establishing the connection at one end of the roll thus formed with the metallization of a strip of paper and at the other end of the roll with the metallization of the other strip of paper are well known. Such a capacitor is described, for example, in Belgian Patent No. 462,975. The use of metallized paper considerably simplifies the winding of capacitors as compared to winding virgin paper together with metal foil, and also greatly reduces the dimensions of the capacitors for a given capacitance.
However very small capacitors, that is to say those which have a very low electrical capacity, are sometimes required and
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and one then encounters difficulties in forming, by means of two strips of metallized paper, coils which have a sufficiently small number of turns and of a sufficiently small diameter to meet the electrical conditions, and which at the same time offer sufficient resistance to be able to be handled easily during manufacture without deforming, and one of the objects of the present invention is to create a capacitor system which satisfies these conditions,
although it should be understood that the embodiment of the capacitor described here is not necessarily limited to its application to the aforementioned small capacitors.
According to the present invention the essential operative part of the electric capacitor consists of a strip of metallized paper, the metallized surface of which is subdivided by a continuous non-metallized part extending in a tortuous path along the strip between separate metallized areas. so as to form repeated patterns in which certain areas extend across the strip, sometimes starting from one edge and sometimes starting from the other edge, the strip being wound in the form of a coil in such a way that the different metallized areas overlap each other in the coil, the areas which start from one of the edges being connected to one pole of the capacitor and those which leave from the other edge being connected to the other pole .
In this way, it becomes possible to obtain a capacitor by winding a single strip of metallized paper, which not only allows narrower strips to be wound but also these to be wound on a smaller core than those. which should be adopted when it is necessary to wind two strips of paper together, and for these two reasons a smaller and stronger paper roll is obtained. Although the capacity for a given amount of metallized paper may be lower than when two bands are
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coiled together, this does not matter when it comes to very small capacities.
In one embodiment of the capacitor according to the invention the non-metallized part of the surface forms a narrow continuous strip which is repeatedly deflected first to one side of the strip and then to the other side. .
If an infinite demetallization line of constant pitch from one corrugation to the next is drawn along a strip of metallized paper, the degree of coverage of the areas on either side of the line depends on the particular circumference of the spool. relative to the pitch and varies as the circumference of the coil increases. In fact, if the circumference becomes exactly equal to the pitch, there will be virtually no overlap for a few turns, but some small paper loss is all that can result. However, if it is important to obtain the greatest possible capacity for given dimensions of the reel, it may be advisable to establish the pitch of the corrugations of the demetallized strip which runs along the paper web, depending on the diameter of the coil.
Accordingly, in accordance with another feature of this invention the pitch of the repeated patterns formed by the demetalised strip gradually increases from one end of the metallized strip to the other and corresponds, at least approximately to twice the circumference of the spool. to the part thereof which the strip occupies during winding, such that successive metallized parts of different polarities overlap each other with approximate accuracy. Preferably, the conformation of the patterns formed by the demetallized strip is not a sinuous curved line, but takes the form of a line going around rectangular areas, i.e. the line has a denticulate shape, that here giving rise to maximum overlap areas between the different polarities.
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When using a metallized paper of which the paper is very thin, there is a limit to the voltage which can be applied to a capacitor without giving rise to disruption, and if the capacitors are run by winding several strips of paper, it is customary to guard against this effect by winding together with the strips of metallized paper strips of virgin paper intended to act as additional insulation.
If this is done in accordance with the present invention, the difficulty of winding more than one tape at a time, and which the invention first object to eliminate, still remains, and it is therefore preferable to adopt other means according to the present invention to increase the disruption voltage.
According to one characteristic of the invention, the non-metallized part of the strip comprises additional non-metallized areas formed on the strip between successive metallized areas, the additional non-metallized areas being large enough to interpose a layer. extra paper between the metallized areas when winding the spool. It will be seen that if the pitch of the repeated denticles of the pattern formed by the demetallized strip increases gradually, as has already been described, the additional non-metallized areas adjust exactly between the metallized areas and a very simple process is thus carried out to obtain a capacitor wound at high voltage by means of a single strip of metallized paper.
Further, together with the metallized areas which extend across the web from opposite edges, there may be intermediate areas isolated from the edges of the web, so that in the wound coil the isolated areas are electrically coupled in series with the areas connected to the poles of the capacitor.
The invention comprises a method for producing strips of metallized paper for the manufacture of electric capacitors, comprising taking a strip of metallized paper
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on one face and passing it continuously into contact with a demetallization electrode, while the metallized face is maintained at a potential sufficiently different from that of the demetallization electrode so that at the point contact between the surfaces of the metallized paper and the de-metallization electrode there is a sufficient passage of electric current to demetallize the paper,
the demetallization electrode being established or moved so as to contact the metallized surface of the paper along a path which has the same shape as the desired demetallized area.
The manufacture of capacitors by certain specific processes according to the invention will be described below by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig.l is a view of a strip of metallized paper according to the present invention;
Fig.2 is a view of a variant of this strip;
Fig. 3 is a perspective view of a demetalization apparatus;
Fig. 4 is a perspective view of a demetallization roller employed in the apparatus of FIG. 3;
Fig. 5 is a circuit diagram;
Fig.6 is a diagram of a winding device;
Fig. 7 shows another form of a partially demetallized strip;
Fig.8 is a partial schematic sectional view of an electric capacitor coil coiled together with the strip of Fig.7;
Fig.9 is a view of another form of strip and Fig.10 is a schematic section through part of a capacitor wound by means of the strip of Fig.9.
In Fig.l a strip of paper 11 is covered with metallized areas or areas 12 which start from an edge 13 of the strip and
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are arranged in alternating order with respect to metallized areas or plates 14 extending from the other edge 15. The metallized areas 12 are separated from the areas 14 by a narrow demetalised strip 16 which follows a denticulate path s' extending in a continuous fashion along the strip. The pitch of the successive teeth of the line increases gradually, its length being greater at the end of the pattern in 18.
The paper is completely de-metallized on the parts 19 at the ends, beyond the denticulate designs so as to form tipped strips of virgin paper which can be used for the few turns at the start and the few turns at the end when The tape is wound up to form a capacitor coil.
The increase in the pitch between successive teeth of the demetallized denticulate strip 16 is a function of the thickness of the paper from which the strip is made, so that if the strip 11 starting near the end 17 of the denticulate pattern, is coarse - laid on a mandrel of partial dimensions such that after the few initial turns of paper: unmetallized, the air metallized 17 when applied is equal to the length of the first metallized area, plus the width of the de-metallized strip which separates it from the next metallized air, so that as the spool grows and the circumference of each turn wound on the spool increases, the pitch of the successive teeth of the denticulate line 16 gets bigger.
Consequently, each of the areas 12 overlaps exactly on the following turn an area 14 and when the coil is finished, if the areas 12 are connected to one pole of the capacitor and the areas 14 to the opposite pole, we obtain a capacitor in which the areas alternate 12 and 14 overlap exactly with each other and have a capacitance nearly as large as if the same amount of paper were wound into two strips of opposite polarity to form a coil capacitor in the known manner. In practice, certain inaccuracies may occur
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in the covering of the successive metallized areas, but this does not prevent the coil formed from having a significant capacity and in practice, especially for small capacities,
the greater simplicity which results from the fact of having to wind only one strip of paper largely compensates for the slight loss of efficiency due to the mismatches which can occur in successive turns comprising areas 12 and 14.
The strip shown in Fig. 1 comprises a relatively small number of areas 12 and 14 and Fig. 2 shows a strip having a much larger number of areas 12 and 14 succeeding each other and separated by serrations as in the case of fig.l. In fig. 2 the strip is too long to be shown in one piece and has been subdivided into three sections, the dotted lines 20 serving to indicate how in reality one section connects to the other.
The bands shown in Figs. 1 and 2 can be produced in an apparatus such as that shown in Figs. 3 to 6. In fig. 3 a vertical support 22 mounted on a base 21 is provided with a certain number of horizontal pins and in particular a pin 23 on which is mounted so as to be able to turn a roller of demetallization 24. The latter has a hub 25, made of insulating material, in which there is a nozzle 26 capable of rotating on the spindle 23. A rod 27 starts from the support 22 and carries an insulating nozzle 28 on which is mounted a door. -broom 29 which supports a broom 30 made of a flexible phosphor bronze blade which bears on the face of the roller 24 and is connected by a wire 51 to a source of electric current.
Also shown on support 22 is a spindle 32 parallel to spindle 23 and serving to support a spool 33 which consists of a long strip of metallized paper. This is wound on a bakelite core 34 and the latter constitutes a hub which is slid over a nozzle 35. This nozzle 35
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rotates on spindle 32, and is pressed against a shoulder of the rod by a spring 36 disposed on the end of the rod and held in place by a nut 37. The nozzle 35 is threaded on its outer surface, and a nut 38 which is clamped there serves to push back the bakelite core 34 against a flange formed at the other end of the nozzle 35, behind the coil 33.
Consequently, the spool is held firmly on the nozzle 35 and brought into exactly the desired position by the pressure of the spring 36 on the nozzle. The strip of metallized paper is removed from the reel 33 as shown at 40 and is brought over the guide rollers 41, 42, 43 and from there onto the demetallization roll 24. From the latter it is brought around. a guide roller 44 on a rewind roller 45.
The guide rollers 41, 42, 43 originate from a box 46 which contains ball bearing tracks for supporting the rollers so that they can turn easily. The metallized face of the paper strip 40 is arranged so as to come into contact with the demetallization roll 24, and it will be noted that the same metallized face is in contact with the roll 42. The latter is connected to earth by through the metal support 22 and therefore there is a potential difference between that face of the paper and the demetallization roll 24 which, as previously described, is connected to a source of electricity.
As can be seen by examining the circuit diagram, fig. 5, the source of electricity is linked through a resistor 47 to the brush 30 through line 31, and the installation comprises a capacitor 48 which connects the brush 30 to a line 49 leading to the roller 42 and to earth.
These connections are similar to those described in UK Patent No. 595,808 for the demetallization process described therein, and as a result, when the metallized surface of the paper web 40 meets the surface of the roll 24, a discharge electrical occurs between the roller and the metallized surface,
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which removes this metallization from the surface of the paper without, however, burning the paper itself. The metallization which covers the paper is extremely thin, as stated in British Patent No. 595,808 mentioned above, and is about 80 millimicrons of aluminum. The paper itself is only about 8 microns thick, but it is not burnt by the landfill.
The rewind roller 45 is mounted on a nozzle 50 disposed on a spindle 51. A nut 52 on the nozzle 50 serves to clamp the hub 53 of the roller 45 on the nozzle, and the latter is held by friction on the spindle 51 by the pressure of a spring 54, the construction of these elements being similar to that of the nozzle 35 on the pin 32 already described. There is a difference, however, in that the spindle 51 instead of being fixed is set so as to be able to rotate in a boss 55 provided on the support 22, and that it is actuated at an appropriate speed by a pulley mounted on the. pin 51 on the rear face of the support and not appearing in fig.3 of the drawing.
Therefore, the strip 40 is frictionally actuated by means of the pin 51 and is pulled through the apparatus, but as a result of the friction exerted by the spring 54 there is no tendency to pull or tear the strip. 40 when switching on the device. We found it desirable to give to the scroll
42 ground a smaller diameter than the other guide rollers and to determine its exact diameter empirically to meet the exact running conditions of the machine, so that the metallized paper is subjected to the weighted roll. earth at an appropriate pressure sufficient so that no demetallization takes place on the surface of the roll, even if it is earthed, without being too great to cause the paper web to break.
As will be seen in the drawing, the roller 42 is shown as having a smaller diameter where the strip 40 passes over it, and in practice if it is found that there is a tendency to slip. that an electric shock occurs
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in contact of the roller 42 with the metallized surface, the diameter of the roller 42 is reduced until it is found that this discharge disappears, because any discharge at this roller would tend to demetallize the paper over its entire surface and would reduce , as a result of the partial removal of the metallized surface, the capacitance of the capacitors which are the possible products of the manufacture.
The periphery of the demetallization roll 24 is set so as to present a pattern which corresponds to the toothed pattern shown in Figs. 1 and 2. As shown in detail in Fig. 1. 4 of the drawing the roll has on the edge 56 a denticulate design which corresponds to the demountable denticulate design of line 16 of FIG. l. This design extends over a portion of the periphery of the roll and the remainder of it has a smooth cylindrical surface as shown at 57 and serves to produce the fully demetallized portions 19 of web 11 of FIG. .l.
It will be noted that the part of the edge 56 which has a denticulated conformation is carried out by milling in this edge a series of notches 58 cut out in one face of the roller and by milling between these of another series of recesses. notches 59 dug in the opposite face of the roller. The notches 58 can be machined quickly by a straight cylindrical milling cutter, but if similar notches were cut in the opposite side of the roll, as they would have a constant width, they would tend to the location closest to the roll axis. 24 to penetrate the metal of the notches hollowed in the opposite face, or to make the walls between the notches inappropriately thin.
The notches 59 are therefore hollowed out with the aid of an end mill, and they have a cylindrical bottom as can be clearly seen in the drawing.
In order to balance the roller and compensate for the removal of the metal - which took place during the cutting of the notches 58,59, a
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certain amount of metal by drilling shallow holes 60 in the opposite side of the roll near its periphery. The roller is balanced very carefully because it must be actuated by the pull exerted by the weak strip of paper 40.
To produce a strip such as that shown in fig. 2 of the drawing, a roller similar to the roller of fig. 4 is used, but the notches 58,59 of the denticulated pattern are cut out over most of its circumference and the One of the characteristics of the apparatus shown in figs. 3 to 6 is that a roll of the appropriate model can be used for all types of capacitors to be executed in a wide range and to allow to pass from the manufacture of 'a paper suitable for the execution of one type of capacitor to that of a paper suitable for the execution of another type, it suffices to change the demetallization roller, replacing it with another roll of the same diameter but of a different model without affecting the other parts of the machine.
When the tape 40 has been wound up into a coil 45 until completion thereof, the coil 45 is removed from the apparatus and then used to form the winding capacitors in any suitable coiling apparatus.
The latter can be much simpler than ordinary paper capacitor winders, and it preferably comprises a short mandrel 60, Fig. 6, which protrudes from a gearbox 61 and is actuated by a pulley. 62, V-groove, mounted on a drive shaft 63. The operator winds the strip 40 around the mandrel 60 by hand for the first turns, then the apparatus is started and a spool of capacitor 64 is wound therein. As will be appreciated, a suitable support is required for the roll 45 from which the web 40 is unwound, and usually this is passed around one or more tension rollers on its path to the mandrel.
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60.
The latter may have a flat face as indicated at 65 to help actuate the web of paper as the spool 64 is forming.
As soon as a capacitor coil is fully wound onto mandrel 60, the last turn is momentarily glued with a little adhesive or a pinch of grease or otherwise and the capacitor coil is slid to remove it longitudinally from the. mandrel whose end is left free for this purpose as shown in fig. 6 and one can then start without delay to wind another capacitor on the mandrel.
When the coils are finished, metal is sprayed on the ends in a manner similar to that described in Belgian Patent No. 478,793 so as to form a base of sprayed copper or its equivalent to which the wires or caps can be soldered. terminals. In practice, the diameter of the mandrel 60 may be very small, ie 1/10 th. or 3 / 64th. of an inch, from which we can deduce the small dimensions of the capacitors which can be obtained according to the invention. Capacitors 1 / 10th of an inch in diameter and 1/4 of an inch in length can easily be produced according to the invention with a capacity of about 0.01 microfarads if 8 micron d paper is used. 'thickness. By increasing the paper thickness to 15 microns the capacity can be reduced to 0.003 microfarads.
In the first case, the capacitor will withstand a voltage of 150 volts, while for paper 15 microns thick the capacitor can withstand 350 volts, varnished paper being used in both cases.
Where it is necessary to withstand an even higher tension, a demetallized strip 70 can be employed as shown in Fig. 7, having widely spaced metallized areas 71 which extend from the edge 72 of the strip and the metallized areas. intermediate tallized 73 which start from the edge 74. In fig.8, if 60 represents the mandrel on which the capacitor is wound,
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there can then be several layers 75 of demetallized paper arranged between the layers 71, 73 of metallized areas, which increases the insulation resistance of the capacitor, while obviously its capacity is also reduced at the same time. .
According to a variant, a strip can be demetallized as shown in FIG. 9 at 80, so as to present areas 81 which start from one edge of the strip and are arranged opposite areas 82 which start from the other edge of the strip, and between these areas can be arranged other metallized areas 83 which do not extend to the edges of the strip, on both sides thereof. As a result, when the capacitor is wound as shown in fig. 10, the areas 81, 82 alternate with turns of paper which carry areas 83, and we then obtain the equivalent of two capacitors in series l 'one in relation to the other.
This idea can obviously be developed further, by increasing the number of areas which are inserted between areas such as 81,82 when the capacitor is wound up, a large number of different designs being possible to obtain multiple capacitors connected in series or in series-parallel.
It will be noted that, by way of example, only one method for making metallized designs on the web has been described, but any other process for making such designs could be adopted, although that the one described is considered the best.
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