DE2705173C2 - Elektrischer Wickelkondensator mit Abschaltsicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wickelkondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Die Erfindung ist insbesondere vorgesehen für derartige Kondensatoren, bei denen der Kondensatorkörper in einem Gehäuse aus Metall oder Kunststoff dicht eingeschlossen ist.

Für derartige Kondensatoren ist eine Abschalt.sn.herung bekannt (DE-OS 21 2b 3¹W). deren Ansprechen von einer bei unzulässiger Wärincentwicklung infolge einer unzulässigen Überbe.inspmchung des Kondensators auftretenden ixialen Schrumpfung des Kondcnsatorwickels abgeleitet ist, der aus metallisierten, wärmeschrumpfenden Kunststoffolien besteht. Bei der bekannten Ausführungsform ist /.wischen der Stirnkontaktierschicht an dem einen Ende des Wickels und einem am Deckel des Kondensatorgehäuse* angebrachten Kondensatoranschluß ein hart gezogener Abreißdraht mit einem Durchmesser von 0.15 bis O₁J mm und einer Bruchdehnung von vorzugsweise i bis 5% ,uif IO mm Meßlänge eingespannt, wobei eine Einspannlänge von wenigstens 10mm vorgeschrieben ist. Damit diese l'inspannlängc erreicht werden kann, isl der Abreißdr.ihl von tier Mctallkontakticrschicht über das benachbarte Ende des Wickelkerns und in diesem um einen Endbund eines in den Wickelkern hineinragenden Rohransat/es einer den Kondensator in seinem Gehäuse zentriert haltenden Zentrierkappe, und von dem Endbund straff gespannt zu dem zugeordneten Anschlußstück am Deckel des Kondensatorgehäuses geführt Dadurch soll der Anschlußdraht zwischen der Siirnkontaküerschichi und dem Endbund des Rohransatzes der Zentrierkappe infolge eines axialen Schrumpfens des Wickelkörpers zerreißen.

ίο Bei diesem bekannten Vorschlag wird C^her eine bestimmte Mindesilänge des Reißabschniues vorgeschrieben. Je größer jedoch die Anfangilänge des Reißabschnittes ist, umso größer ist die zum Zerreißen des Reißabschnittes erforderliche Längenänderung

■; desselben im elastischen Bereich und daher das Schrumpfmaß des Kondensators ickels. um welches dieser mindestens schrumpfen muß, bis die AbreilSsichcrung ansprechen kann. Da jedoch das Schrumpfmaß sich nicht mit der erforderlichen Genauigkeit einer

.•ο bestimmten Temperaturerhöhung im Kondcnsatorwikkel zuordnen läßt, ist bei einer verhältnismäßig großen Ap.fangslänge des Reißabschnittes und daher dessen verhältnismäßig großen elastischen Dehnbarkeit die Abschaltsicherheit beeinträchtigt. Dies ist auch der Fall

>5 bei einem anderen, auf eine ältere Anmeldung zurückgehenden Vorschlag (DE-OS 26 06 174), nach dem bei einem Wickelkondensator, bei dem der hohle Wickelkern unter Einwirkung einer im Wickel auftretenden unzulässigen Temperaturerhöhung in seinem

so mittleren Längenabschmtt erweicht und unter dem vom Wickel auf ihn ausgeübten radialen Schrumpfdruck axial aus dem Wickel herausgequetscht wird, ein Reißabschnitt aus dem einen Anschlußdralit zwischen den beiden Enden des Wickelkerns aufgespannt ist, so dall

ji auch hierbei eine verhaltniimüßig große Anfangslänge des Reißabschnittes vorliegt.

Bei einem anderen bekannten elektrischen Wickelkondensator mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 20 60 907) ist die Abschaltsi-

4u cherung, welche die leitende Verbindung zwischen Anschlußdraht und Kondensatorbelag bei einer unzulässig hohen Erwärmung des Kondensatorwickels unterbrechen soll, aus der Stirnkontaktierschicht des Wickels gebildet, die hierzu bis über die Stirnfläche auch des Wickelkerns weitergeführt ist und zwischen Kern und Wickel eine Schwachstelle aufweist, an welcher die so gebildete Kontaktbrücke beim axialen Schrumpfen des Wickels durch Sehetung brechen soll. Hierzu ist jedoch eine verhältnismäßig große Scherkraft erforderlieh. Daher wirkt beim axialen Schrumpfen des Wickels bis zum Erreichen dieser zum Bruch führenden Scherkraft eine verhältnismäßig große Kraft auf die Stirnkontaktierschicht des Wickels ein. Diese Kraft muß von der Kontaktierschicht über d.:ren Verbindung nut dem Wickel auf diesen übertragen werden, wenn die Kontaktierschicht nicht vom betreffenden Stirnendc des Wickels abgehoben werden soll. Da eine solche Stirnkontaktierschicht eines Komiensatorw ickels durch Spritzen aufgetragen wird, sind die Haltekräfte der Verbindung zwischen Kontaktierschicht und Stirnfläche des Wickels verhältnismäßig klein. Dadurch besteht die Gefahr, daß the Kontaktier->chicht wenigstens in dem au ilen Kern angren/unleii Bereich beim Schrumpfen i!cs Wickels vollständig oder teilweise von dessen Stirnl'lä-

h'i ehe abgehoben wird, so daß dann die Kontaktbrücke an denjenigen Stellen ihrer Schwachstcllc. die an die abgehobenen Bereiche angrenzen, nicht bestimmungsgemäß bricht. Diese Gefahr wird noch dadurch erhöht.

daß die Kontaklierschicht normalerweise aus einem verhältnismäßig ieichi dehnbaren Mcull besteht, das somit unter der zwischen Wickelkern und Wickel während des Schrumpfvorganges übertragenen Kraft, die zum Abscheren der Schwachstelle der Kontaktbrükke führen soll, nachgibt. Auch bei dieser bekannten Lösung ist somit nicht zuverlässig gewährleistet, daß eine Unterbrechung der elek'risch leitenden Verbindung bestimmungsgemäß eintritt.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, bei einem elektrischen Wickelkondensator mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein zuverlässiges Ansprechen der Abschaltsicherung durch Brechen der Kontaktbrücke auch bei verhältnismäßig kleinen, durch Wärmeschrumpfung des Wickels verur- ti sachten Abstandsvergrößerungen zwischen dem Stirnende des Wickelkerns und der Stirnfläche des Wickels zu ermöglichen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Kontaktbrücke von einem zwischen der Befestigungsstelle am Stirnende des Wickelkerns und der Stelle an der benachbarten Stirnkontaktierschicht aufgespannten Reißabschnitt des Anscnlußdrahtcs gebildet ist.

Da gemäß der Erfindung der Drahtabschniit zwisehen der Stirnkontaktierschicht und dem benachbarten Stirnende des Wickelkerns aufgespannt ist. ist dieser Drahtabschnitt verhältnismäßig kurz, so daß das Verhältnis der Längenänderung des Drahtabschnittes bei dessen Dehnung zu seiner Gesamtlänge groß ist und jo daher bereits bei kleinen Dehnungen des Drahtabschnittes seine Bruchfestigkeit erreicht wird. Da außerdem der Reißabschnitt während der Verlagerung der Stirnschicht des Wickels gegenüber dem Stirnende des Kerns nicht auf Scherung sondern auf Dehnung js beansprucht wird und für diesen Reißabschnitt ein Metall geringer Dehnungsbruchfestigkeit und kleinem Querschnitt gewählt werden kann, ist es zuverlässig möglich, ein definiertes Ansprechen der Abschaltsicherung durch Zerreißen des Reißabschnittes zu erreichen. Da ferner der Reißabschnitt auf der Stirnkontaktierschicht des Wickels punktförmig befestigt ist, während die Stirnkontaktierschicht über die gesamte Stirnfläche des Wickels hin mit diesem verbunden ist. können die Stirnkontaktierschicht oder Teile derselben nicht unter der vom Reißabschnitt bis zum Zerreißen übertragenen Zugkraft von der Stirnfläche des Wickels abgehoben werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das die Bcfestigungsstelle des Anschlußdrahtes bildende Stirnende des Wickelkerns eine metallische Beschichtung auf, an welcher der Ansciilußdraht angeschweißt oder angelötet ist. Eine solche metallische Beschichtung läßt sich ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand dadurch ausbilden, daß bei der Beschichtung der Stirnflächen des Wickels zur Ausbildung der Stirnkontaktierschichten auch die beiden Siirnflächen des Wickelkernes eine ausreichend haftfähige Metallisierung erhalten.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch auch möglich, daß der Anschlußdraht an dem seine Befestigungsstelle am Wickelkern bildenden Stirnende desselben durch eine Klemmverbindung festgelegt ist.

Die erfinclungsgcmäßc Lösung ist insbesondere für Starkstronikondcnsatorcn geeignet und unabhängig d> davon, ob die Wämicvcrformiing des Kondcnsatorwikkcls durch Wärmezufuhr von außen oder Eigenerwärmung des Kondcnsatorwickcls erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die aus der Zeichnung ersichtlich sind, erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch

Fig. 1 einen elektrischen Wickelkondensator mit zweipoliger Abschaltsicherung,

Fig.2 den Kondensator aus Fig. 1 nach dem Abreißen der beiden Anschlußdrähte, und

Fig.3 eine weitere Ausführungsform des Kondensators nach dem Abreißen der Anschlußdrähte.

Bei den aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsbeispielen ist der aus einem Kondensatorwickel 1 und einem rohrförmigen Wickelkern 2 aufgebaute Kondensatorkörper in einem becherförmigen Gehäuse 3 eingeschlossen, aus dessen Deckel 4 über Lötfahnen 5 die beiden Anschlußdrähte 6 und 7 des Kondensatorkörpers herausgeführt sind. Der Kondensatorkorper ist in geeigneter nicht gezeigter Weise im Gehäuse 3 gehalten. Das Gehäuse 3 kann ?.us Metall oder gegebenenfalls aus Kunststoff bestehen.

Der Wickel 1 ist aus metallisierten Kunststoffolien hergestellt. Der Kern 2 besteht bevr/uat ^aus einem thermoplastischen, im Anwendungsbereich hinreichend temperaturbeständigen Kunstsloffmateiial. Die beiden Stirnseiten des Wickels 1 sind, wie für derartige Kondensatorkörper üblich, im MetallspritzverLhren mit einer Stirnkontaktierschicht 8 versehen, die eine Kontaktorücke bildet und an welcher das Anschlußende des jeweiligen Anschlußdrahtes 6, 7 angelötet oder angeschweißt ist. Zusammen mit den Stirnseiten des Wickels 1 haben auch die beiden Stirnsnden des Kerns 2 eine metallische Beschichtung 9 erhalten, so daß die beiden Anschlußdrähte 6 und 7 auch hier angelötet oder angeschweißt werden können.

Die Stelle 10. an welcher die Anschlußdrähtc 6 und 7 an der jeweiligen Stirnkontaklierschicht 8 des Wickels I angelötet sind, bildet jeweils einen ersten F^:estpunkt und im Abstand davon bildet die Bcfesiigungsstclle II der Anschlußdrähte 6, 7 an dem jeweiligen Stirnende des Kerns 2 einen zweiten Festpunkt. Zwischen den beiden Festpunkten ist der jeweilige Anschlußdraht 6, 7 auf dem kürzesten Wege im wesentlichen straff geführt, so daß hier jeweils ein Reißabschnitt 12 entsteht.

Bei thermischer Überlast von außen oder unzulässiger Eigenerwärmung durch erheblichen Anstieg der Verlustleistung des Kondensators, z. B. bei Überbeanspruchung, wird der Kondensatorkörp?r unter der Wärmeeinwirkung dadurch verformt, daß der Wickel I axial schrumpft. Dieser Zustand ist in F i s. 2 dargestellt. Die Schrumpfung des Wickels I erfolgt, weil die ihn aufbauenden Kunststoffolien oberhalb der zulassigen Anwendungstemperatur sowohl in Längs- als auch in Querrichtung mit steigender Temperatur stark schrumpfen. Durch die Querschrumpfung verkürzt sich der Wickel f entsprechend von Stirnseite zu Stirnseite, wahrend der Kern 2 seine Länge beibehält, so daß seine Stirnenden zunehmend über die Stirnseiten des Wickels 1 hinausragen. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden die Festpunkte bildenden Stellen 10 und 11, so daß schließlich der zwischen ihnen aufgespannte ReiÜjKschnitt 12 abreißt. Wenn zuerst dc" eine Reißabschnitt 12 zerreißt, wird die weitere Stromzufuhr zum Wickel 1 unterbrochen, so daß eine weitere Eigenerwärmung des Wickels 1 nicht mehr stattfindet. Da über die Wärme im Wickel 1 nur allmählich abgeführt wird, läuft der Schnimpfvorgang nach, bis ^ >u einer π .-rkliehen Abkühlung des Wickris 1 gekommen ist. In dieser Zeitspanne k.inn dann auch

der andere Reißabschnitt 12 zerreißen.

Durch die oben erwähn'e l.hngsschrunipfung der Folie wird ein tempc-niturah'-.mgig ansteigender Druck auf die Kernaußenwand insbesondere in der Längsmittc des Kerns ausgeübt, da dort die Selhstkühlung durch die ungünstigsten Wärmeableitbedingungen am geringsten und somit die Schrumpfung am größten sind. Dies wird bei der Ausführungsforni nach F i g. 3 /um Abreißen des Reißabschnittes 12 ausgenutzt. Wenn nämlich bei weitergehender Erwärmung die Erweichungstemperatur des Kernmalerials erreicht ist. wird der Kern unter dem Druck der schrumpfenden folie vom Zentrum des Wickels ausgehend zunehmend aval über beide Stirnseiten des Wickels herausgequetscht, so daß der Abstand zwischen den Stellen 10, II. ,in denen der Reißabschnitt am Wickel 1 bzw. am Kern 2 festgelegt ist, entsprechend großer wird und der zwischen ihnen aufgespannte Reißabschnitt 12 zerrissen wird. Auch ein solches axiaies Herausquetschen des Kerns lauft weiter. bis eine merkliche Abkühlung des Wickels aufgetreten ist. so (laß bis dahin auch der zweite Reißabschnitt 12 lies .indcren Anschlufkirahtes zerreißt

Die beiden anhand der F i g. 2 und J erläuterten Vorgänge können gemeinsam oder alternativ ausgenutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Wickelkondensator, mit einem Kondensatorwickel, der Kondensatorbeläge auf wärmrachrumpfendem Kunststoff sowie an seinen beiden Stirnflächen die Metallschtt hten jeweils eines Kondensatorfrelages kontaktierende StirnkontaJctierschichten aufweist, einem im zentralen Wickelhohlraum angeordneten Wickelkern, der κ enigstens an seinem einen Ende eine Befestigungsstelie eines AnschJußdrahtes bildet, und einer Abschahsictu.-rung, die aus einer zwischen der Befesiigungssielle des AnschluBdrahtes und einer Sielle der benachbarten Stirnkontaktierschicht verlaufenden, diese beiden Stellen elektrisch Jeitend verbindenden Ken taktbröcke besteht, wobei sich bei einer unzulässig hohen Erwärmung des Kondensatorwickels der Abstand zwischen diese« beiden Stellen durch Wärmeschrumpfung des Wickels so vergrößert. daU die entsprechend ausgelegte Kontaktbrücke bricht, wodurch etae Unterbrechung der leitenden Verbindung zwischen dem Anschteßdraht und dem zugeordneten Kondensatorbelag eintritt, d a durch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke von einem zwischen der Befestigungsstelle (11) am Stirnende des Wickelkerns (2) und der Sielle (10) an der benachbarten Stirnkontaktierschicht (8) aufgespannten Reißabschnitt (12) des Anschlußdrahtes (6,7) gebildet ist.

2. Wickelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Befestigungsstelle (11) des Anschlirlklrahtes (6, 7) bildende Slirnende des Wickelkerns (2) eine metallische Beschichtung (9) aufweist, an welcher der Anschlußdraht (6, 7) angeschweißt oder ange/ötet ist.

3. Wickelkondensator nach »nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußdraht (6,7) an dem seine Befestigupgsstelle (II) am Wickelkern (2) bildenden Stirnende desselben durch eine Klemmverbindung festgelegt ist.