DE69632004T2

DE69632004T2 - Elektrischer Kondensator mit Überdruckschutz

Info

Publication number: DE69632004T2
Application number: DE69632004T
Authority: DE
Inventors: Paolo 40055 Castenaso Marino
Original assignee: ITALFARAD SpA MINERBIO; ITALFARAD SpA
Current assignee: ITALFARAD SpA MINERBIO; ITALFARAD SpA
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: ITBO950505A1; IT1280253B1; EP0771014B1; EP0771014A1; DE69632004D1; ES2218567T3; ITBO950505A0

Description

1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator aus einem selbstheilenden, metallisierten Kunststofffilm mit einer überdruckgeregelten Explosionsschutz-Vorrichtung.
2. Stand der Technik
Dem Stand der Technik gemässe, konventionelle Kondensatoren besitzen eine Explosionsschutz-Vorrichtung die die Explosion des Kondensators verhindert, wenn infolge eines Fehlers Gas in dem kapazitiven Element entsteht, das einen graduellen Druckanstieg innerhalb des Gehäuses bewirkt.
Wenn dieser Druckanstieg nicht sofort unterbrochen wird, würde der Kondensator explodieren und möglicherweise in der näheren Umgebung Schäden an Menschen und Ausrüstungen verursachen.
Dem Stand der Technik bekannten Explosionsschutz-Vorrichtungen liegt allgemein das Konzept zugrunde, die interne elektrische Schaltung des Kondensators zu unterbrechen, wenn der Druck in dem Gehäuse Werte erreicht, oberhalb derer eine Explosion auftreten könnte.
Es gibt zwei Arten dem Stand der Technik gemässer Explosionsschutz-Vorrichtungen, abhängig von dem Material aus dem das äussere Gehäuse hergestellt ist.
Eine erste Art besitzt ein Metallgehäuse, bei der der obere Teil als Balg ausgebildet ist, der durch inneren Druck ausgedehnt wird, und den Deckel auswärts bewegt, wodurch ein mechanischer Zug auf eine interne elektrische Verbindung ausgeübt wird, bis sie unterbrochen wird. Eine zweite Arte besitzt ein Kunststoffgehäuse, bei dem ein Teil des Deckel verformbar ist, so dass es durch die Wirkung des Innendruckes auswärts bewegt werden kann, mit Wirkungen, die identisch zu den Wirkungen der oben beschriebenen metallischen Art sind.
Bei beidem dem Stand der Technik gemässen Arten kann die elektrische Verbindung entweder unterbrochen werden, durch Bruck einer Schwachstelle der Verbindungsleiter, die zweckmässig in einem vorangegangenen mechanischen Fertigungsschritt hergestellt worden ist, oder durch Brechen und/oder Trennung der Punktschweissung der Leitdrähte an den Köpfen des Kondensatorelementes.
Bei beiden Lösungen hat sich jedoch gezeigt, dass der mechanische Widerstand zum Bruch und/oder der Trennung der Schweissung oder des Bruches der Leiter an der Schwachstelle Werte besitzt, die von einem Kondensator zum nächsten Kondensator beträchtlich variieren und daher die notwendige Zuverlässigkeit nicht gegeben ist, da die Leiter und/oder die Schweissung vor dem Trennen und/oder dem Brechen Deformationen unterliegen können, die das Funktionieren der Explosionsschutz-Vorrichtung vereiteln.
US-A4.754.361 beschreibt eine Explosionsschuzt-Vorrichtung für einen elektrischen Kondensator, basierend auf einer weichen Zwischenschicht aus gasdurchlässigem Schaumstoff; mit dem Gehäuse ist eine Kappe mit einem bei Überdruck ausbeulenden Teil verbunden, die mehrere sich in Längsrichtung erstreckende elastische Verbindungsklemmen enthält. Die elektrischen Verbindungsklemmen sind in Querrichtung zu einem Diaphragma mit korrespondierenden Klemmen verbunden, um eine Verbindung ohne Schweissung zu realisieren.
3. Aufgabe der Erfindung
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist, die o. g. Nachteile zu beheben.
4. Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe
Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe wird ein elektrischer Kondensator mit einer überdruck-geregelten Explosionsschutz-Vorrichtung vorgeschlagen, bestehend aus:

– einem Gehäuse, in dem ein kapazitives Element aus einem selbst heilenden metallisierten Kunststofffilm angeordnet ist, das zwei einander gegenüberliegende Köpfe besitzt, an die zwei Leiter angeschweisst sind, und
– einem Deckel aus Kunststoff, der ein Explosionsschutz-Element und einen zentralen Körper enthält, der nach aussen bewegbar ist, wenn in dem Gehäuse Überdruck auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flexibler federbelasteter Kontakt des „Doppelt-Schnell-Kupplungs"-Typs aus leitendem Metall in dem bewegbaren zentralen Körper angeordnet ist, mit
– einer Anschlussklemme, die geeignet ist, einen Anschlussleiter vom Stromversorgungssystem hermetisch aufzunehmen, der von ausserhalb des Gehäuses eingeführt wird, die aber nicht das Herausziehen des Leiters gestattet, und
– einer Anschlussklemme an der Innenseite des Gehäuses, die geeignet ist, einen Leiter zur Verbindung mit dem kapazitiven Element aufzunehmen, und im Überdrucksfall seine Entkopplung gestattet, bis die elektrische Verbindung unterbrochen ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger erfindungsgemässer Ausführungsformen anhand der Zeichnungen ersichtlich, es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines explosionsgeschützten elektrischen Kondensators im normalen Betriebszustand;
1a eine Ansicht des Kondensators gemäss 1 im unverbundenen Zustand;
1c, c vergrösserte Teilansichten des Kondensators gemäss 1;
2 einen Längsschnitt einer zweiten erfindunhgsgemässen Ausführungsform eines explosionsgeschützten Kondensators im Normal – Betriebszustand;
2a eine Ansicht des Kondensators gemäss 2 im nichtverbundenen Zustand;
3,4,5,6 und 7 Ansichten weiterer unterschiedlicher Ausführungsformen.
Gemäss 1 und 1a besitzt der explosionsgeschützte elektrische Kondensator ein zylindrisches Gehäuse 1 bestehend aus einem zylindrischen Mantel 2 und einer Grundplatte 3. Ein zylindrisches kapazitives Element 4 aus einem metallisierten Kunststofffilm, das um einen Kern 5 gewickelt ist, ist in das Gehäuse 1 eingesetzt. Die Platten des kapazitiven Elementes 4 sind mit zwei Köpfen 6 und 7 verbunden, die aus einem leitenden Material hergestellt sind, das die einander gegenüber liegenden Flächen des kapazitiven Elementes 4 bedeckt.
Ein mit dem unteren Kopf 7 verbundener Leiter 8, der durch eine Hülle 8a geschützt ist, erstreckt sich axial durch den Kern 5 und tritt aus dem oberen Kopf 6 aus. Ein Leiter 9 ist an den oberen Kopf 6 angeschweisst.
Das kapazitive Element 4 wird durch einen Deckel 10 in dem Gehäuse 1 gehalten, der einen Ring 11 besitzt, der in das Gehäuse 1 eingeführt und hermetische verschweisst ist, so dass ein Bund 12 des Deckels 10 an dem Rand des zylindrischen Mantels anliegt.
Ein zentraler Körper 14 ist mittels eines flexiblen konischen Diaphragmas 13 mit dem Bund 12 verbunden.s Der zentrale Körper 14, das Diaphragma 13 und der Bund 12 sind derart monolytisch aus Kunststoff hergestellt, dass, wenn der Deckel 10 auf das Gehäuse 1 aufgebracht wird, ein Freiraum 15 verbleibt, der nach aussen hin hermetisch abgeschlossen ist.
Gemäss 1 c besitzt der zentrale Körper 14 zwei Sitze 16 und 17, die in Richtung auf den Kopf 6 offen sind; in die Sitze 16 und 17 sind zwei identische federbelastete Kontakte 18 und 19 des „Doppelt-Schnell-Kupplungs"-Typs eingesetzt. Jeder der Kontakte 18 und 19, von denen einer in vergrössertem Maßstab in 1 c dargestellt ist, besteht aus einer rechteckigen Lamelle eines leitenden Metalls, die so geformt ist, dass sie zwei parallele Teile 20 und 21 bildet, die durch zwei Stege 22 und 23 miteinander verbunden sind, zwischen denen sich eine Zunge 24 erstreckt, die in der Praxis durch Stanzen des Laminates gebildet wird; die Zunge 24 besitzt eine scharte Frontkante 24a.
Die Zunge 24 ist nach innen gefaltet und bildet zusammen mit dem Teil 21 eine Verbindungsklemme für einen Draht, mittels der der elektrische Kondensator mit dem Energieversorgungs-System verbunden werden soll, und der so ausgebildet ist, dass er in die Klemme durch die Öffnung 25, die durch die Stege 22 und 23 begrenzt ist, eingeführt werden kann.
Eine zweite Zunge 26, die ebenfalls mit dem parallelen Teil 21 verbunden ist, ist parallel zur Zunge 24 gefaltet; sie endet mit einer Kante 27, die nach innen gefaltet ist, d.h. in Richtung auf die Fläche des Teiles 21. Die Zunge 26 bildet zusammen mit dem Teil 20 eine zweite Verbindungsklemme für den Leiterdraht 9. Wie in 1c detaillierter dargestellt ist, werden die federbelasteten Kontakte 18 und 19, wenn sie in die Sitze 16 und 17 eingeführt worden sind, durch die Einschnitte 28 und 29 gehalten, gegen die die Kante 30 des Teiles 20 und die Kante 31 des Teiles 21 mit der Zunge 26 in Eingriff kommt. Um einen besseren Halt der Kontakte 18 und 19 in den Sitzen 16 und 17 auf der Seite der Kante 31 zu gewährleisten, ist in dem Teil 21 ein Zahn 32 gebildet und so geformt, dass er sich, wenn der Leiter 9 in den zugeordneten Sitz eingeführt wird, zurück biegt, und sich anschliessend nach aussen bewegt, um den Einschnitt 29 zuverschliessen.
In dem Körper 14 sind auch zwei Öffnungen 33 und 34 vorgesehen, um die federbelasteten Kontakte 18 und 19 mit den beiden Anschlussleitern 35 und 36 zu verbinden.
Gemäss 1c besitzt jede der Öffnungen 33 und 34 einen Teil 37 mit einem grösseren Durchmesser, der in einen Teil 38 mit einem kleineren Durchmesser übergeht, der in die Sitze 16 und 17 an der Öffnung 25 der Kontakte übergeht und die Innenfläche des Teiles 21 tangiert.
Die Hülle 39 des Anschlussleiters wird hermetisch in die Öffnung 37 grösseren Durchmessers eingeführt und der metallische Leiter 40 innerhalb der Hülle wird auf druckdichte Art in die Öffnung 38 kleineren Durchmessers eingeführt.
Wenn die metallischen Leiter 40 der Anschlussleiter 35 und 36 in die zugeordneten Kontakte 18 und 19 eingeführt sind, werden sie wirksam von der Frontkante 24a der Zunge 24 festgehalten, die durch Einschnitte in die Leiter 40 ihr Herausziehen verhindert.
Gleichzeitig werden die Leiter 9 und 8 zwischen dem Teil 20 und der Zunge 26 der Kontakte 16 und 17 gehalten. Jedoch gestattet die runde Kante 27, dass sie herausgezogen werden können.
Unter normalen Betriebsbedingungen besitzt der elektrische Kondensator die in 1 dargestellte Konfiguration, in der das Diaphragma 13 in Richtung auf die Innenseite des Gehäuses gefaltet ist, und die Drähte 35 . und 36 durch die Kontakte 18 und 19 perfekt mit den Leitern 8 und 9 verbunden sind.
Wenn ein Kurzschluss auftritt und Gas innerhalb des elektrischen Kondensators erzeugt wird, steigt der Innendruck an, bis sich das Diaphragma 13 nach aussen wölbt und die Leiter 8 und 9 von den Kontakten 18 und 19 trennt. Diese Trennung wird dadurch ermöglicht, dass die Leiter 8 und 9 zwischen dem Teil 20 und der gerundeten Kante 27 herausgleiten können. Wenn die Leiter 8 und 9 gelöst werden, wird die Energieversorgung des elektrischen Kondensators unterbrochen; damit wird auch die Gaserzeugung durch den Kurzschluss unterbrochen.
Es ist offensichtlich, dass die beschriebene Erfindung in hervorragender Weise die erfindungsgemässe Aufgabe erfüllt. Insbesondere erfolgt die Unterbrechung der Energieversorgung nicht mehr in der dem Stand der Technik gemässen Art durch Bruch der Verbindung der Leiter 8 und 9 mit den Köpfen 6 und 7 oder durch Bruch der Leiter 8 und 9 an einer Schwachstelle, sondern durch Herausziehen der Leiter 8 und 9 aus den Verbindungsklemmen und daher mehr präzise und zuverlässig, da für die Trennung der Kontakte ein niedrigerer Innendruck erforderlich ist, als für das Bruchverfahren.
Die beschriebene erfindungsgemässe Ausführungsform des elektrischen Kondensators gestattet zahlreiche Modifikationen und Variationen, ohne dass sie vom Gegenstand der Erfinding abweichen.
2 und 2a zeigt eine Ausführungsform, bei der der zentrale Körper 14 in Verbindung mit dem Körper eines Kolbens 41 bewegbar ist, der hermetisch gleitend in einem Sitz 42 des Ringes 11 angeordnet ist; und der so ausgeführt ist, dass er im Falle eines Überdruckes an einem internen Anschlag 43 des Bundes 12 stoppt.
3 und 4 zeigen verschiedene mögliche Ausführungsformen der Mittel, mit denen der elektrische Kondensator aus einer Grundplatte befestigt werden kann. Insbesondere können zusätzlich zu einem Gewindezapfen 44, der von dem Boden ausragt, Pratzen 45 und 46 vorgesehen werden, die steif mit dem Bund 12 verbunden sind, und die so geformt sind, dass sie zusammen schnappende Füsse 47 oder gabelartige Füsse 48 besitzen.
Schliesslich zeigt 7 eine Ausführungsform, bei der die Kupplung der federbelasteten Kontakte 18 und 19 mittels eines Steckers 49 mit Kontaktklingen 50 zur Verbindung der Anschlussleiter und mit einem Stift 51, der in druckdichter Weise durch die Öffnungen 33 und 34 des zentralen Körpers 14 derart eingeführt ist, dass er nicht lösbar in die federbelasteten Kontakte 18 und 19 eingeführt ist.
Es ist zu beachten, dass, wenn der elektrische Kondensator ohne die Anschlussleiter 35 und 36 oder ohne die Stecker 49 geliefert wird, die Öffnungen 33 und 34 in den zentralen Körper 14 durch Diaphragmen, verschlossen sind, die monolytisch mit dem Körper 14 verbunden sind, und die durchstossen werden können, wenn die metallischen Leiter 40 der Anschlussleiter 35 und 36 in die Öffnungen 33 und 34 eingeführt werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit in den elektrischen Kondensator zu vermeiden.
Wenn in einem der Ansprüche erwähnte technische Eigenschaften durch Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind diese Bezugszeichen nur zum Zwecke und der Erhöhung der Verständlichkeit der Ansprüche eingesetzt worden; diese Bezugszeichen besitzen keine einschränkende Wirkung auf die beispielhafte Beschreibung des durch dieses Bezugszeichen gekennzeichneten Elementes.

Claims

Elektrischer Kondensator mit einem überdruck-geregeltem Explosionsschutz bestehend aus: – einem Gehäuse (1 ), in dem ein kapazitives Element (4) aus einem selbst heilenden metallisierten Kunststofffilm angeordnet ist, das zwei einander gegenüberliegende Köpfe (6, 7) besitzt, an die zwei Leiter (8, 9) angeschweisst sind, und – einem Deckel (10) aus Kunststoff, der ein Explosionsschutz-Element und einen zentralen Körper (14) enthält, der nach aussen bewegbar ist, wenn in dem Gehäuse (1) Überdruck auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flexibler federbelasteter Kontakt (18, 19) des „Doppelt-Schnell-Kupplungs"-Typs aus leitendem Metall in dem bewegbaren zentralen Körper (14) angeordnet ist, mit – einer Anschlussklemme (24, 21), die geeignet ist, einen Anschlussleiter vom Stromversorgungssystem hermetisch aufzunehmen, der von ausserhalb des Gehäuses eingeführt wird, die aber nicht das Herausziehen des Leiters gestattet, und – einer Anschlussklemme (26, 20) an der Innenseite des Gehäuses, die geeignet ist, einen Leiter zur Verbindung mit dem kapazitiven Element aufzunehmen, und im Überdrucksfall seine Entkopplung gestattet, bis die elektrische Verbindung unterbrochen ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – die federbelasteten Kontakte (18, 19) in zugeordneten Sitzen (16, 17) des zentralen Körpers (14) angeordnet sind; – jeder der Kontakte (16, 17) aus einer Lamelle aus einem leitenden Metall besteht, die so gebogen ist, dass ein erster Teil (20) und ein zweiter Teil (21) gebildet werden, die eben und parallel zueinander angeordnet und an einer Kante durch zwei Stege (22, 23) miteinander verbunden sind, die zwischen sich eine Öffnung (25) begrenzen; – eine erste Zunge (24) zwischen die Stege (22, 23) ragt, die eine scharfe Frontkante (24a) besitzt und die mit dem ersten Teil (20) in einem spitzen Winkel derart verbunden ist, dass sie zusammen mit dem zweiten Teil (21) die Anschluss-Klemme (24, 21) bildet, die ein Herausziehen des Anschlussleiters verhindert; – eine zweite Zunge (26), die mit der Kante des zweiten Teiles (21) verbunden ist, die der Kante gegenüber liegt, die mit den Stegen (22, 23) verbunden ist; und – die zweite Zunge (26) weitgehend parallel zu der ersten Zunge (24) gebogen ist und eine runde Kante (27) besitzt, um die Anschlussklemme (26, 20) zu bilden, die ein Herausziehen des Leiters (8, 9) gestattet.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass – jeder der Anschlussleiter (35, 36) des Kondensators durch eine Öffnung (33, 34) des zentralen Körpers (14) mit dem federbelasteten Kontakt (18, 19) verbunden ist; – die Öffnung (33, 34) des zentralen Körpers (14) eine äussere Bohrung (37) mit einem grossen Durchmesser zur druckdichten Einführung einer Hülle (39) des Anschlussleiters (35, 36) und eine innere Bohrung (38) mit einem kleinen Durchmesser zur druckdichten Einführung des innerhalb der Hülle (39) liegenden metallischen Leiters (40) besitzt; und – die Dichtung entweder in der Bohrung (37) grossen Durchmessers oder in der Bohrung (38) kleinen Durchmessers oder in beiden erzielt wird.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass – der zentrale Körper (14) zwei Öffnungen (33, 34) für zugeordnete Stecker (49) mit einem Stift (51) besitzt, der in druckdichter Weise durch die Öffnung (33, 34) in die Anschlussklemmen (24, 21) eingeführt wird; und – eine Flachsteckklemme (50) für einen zugeordneten Anschlussleiter (35, 36) ausserhalb des zentralen Körpers (14) mit dem Stift (51) fest verbunden ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Körper (14) mit dem Deckel (10) durch ein konisches Diaphragma (13) verbunden ist, dass das Gehäuse (1) hermetisch abschliesst.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Körper (14) fest mit einem Kolben (41) verbunden ist, der hermetisch in dem Gehäuse (1) geführt ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungselemente (44, 45, 46) zur Befestigung des Kondensators an einem Tragelement fest mit dem Gehäuse (1) verbunden sind.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma (13) fest mit einem Bund (12) eines Ringes (11) verbunden ist, der in das Gehäuse (1) eingesetzt und hermetisch mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (41) in einem Ring (11) geführt ist, der in das Gehäuse (1) eingesetzt und in dem Gehäuse (1) hermetisch fixiert ist.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (12) einen Anschlag (43) zur Positionierung des elektrischen Kondensatorelementes in dem Gehäuse (1) besitzt.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Sitze (16, 17) Einschnitte (28, 29) zur Halterung der federbelasteten Kontakte (18, 19) besitzen.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (21) einen Zahn (32) besitzt, der auswärts ragt, um mit einem der Einschnitte (28, 29) in Eingriff zu kommen.
Elektrischer Kondensator nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (33, 34) des zentralen Körpers (14) durch ein Diaphragma verschlossen sind, das brechen kann, wenn die Anschlussleiter (35, 36) darin eingeführt werden.