DE1004741B

DE1004741B - Elektrolytischer Kondensator

Info

Publication number: DE1004741B
Application number: DET3752A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Reinhard Tandler
Original assignee: STEINER KARL DR TECHN HABIL
Current assignee: STEINER KARL DR TECHN HABIL
Priority date: 1951-01-05
Filing date: 1951-01-05
Publication date: 1957-03-21

Description

Elektrolytischer Kondensator Elektrolytkondensatoren sind um etwa zwei Zehnerpotenzen kleiner als Papierkondensatoren und dementsprechend billiger. -Sie haben aber den großen Nachteil, daß sie nur für Gleichspannung und nicht für Dauerwechselspannun.gsbetrieb geeignet sind, so daß die großen Vorzügge der geringen Abmessungen der Elektrolytkondensatoren in der Wechselstromtechnik nicht verwertet -werden konnten. Dieser große Nachteil beruht auf einer Ungleichwertigkeit der elektrischen Eigenschäften in den verschiedenen Polungsrichtungen des Kondensators. Bei angelegter Gleichspannung. ist die Größe der durch den Kondensator fließenden Ströme, je nachdem ob die formierte Folie positiv oder negativ gepolt wird, sehr verschieden. Bei positiver - Polung der formierten Folie (Sperrichtung) fließt ein kleiner Strom, der Reststrom, während bei negativer Polung (Durchlaßrich-'tung) ein erheblich größerer Strom fließt, der im wesentlichen durch den inneren Widerstand der formierten Schicht in der Durchlaßrichtung begrenzt wird. Demgegenüber ist der elektrische Widerstand des Tränkelektrolyten von untergeordneter Bedeutung. Bei angelegter Wechselspannung bewirkt dieser elektrische Widerstand in der Durchlaßrichtung der formierten Schicht die Erwärmung, den Verlustwinkel des Kondensators. Es fließen einige Prozent des Stromes über den inneren Widerstand der. Schicht, während der größte Teil des Stromes über den Tränkelektrolyt fließt, so als wäre die Schicht ein gutes Dielektrikum.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Ungleichwertigkeit in den verschiedenen Stromrichtungen zu verringern, so daß der elektrische Widerstand in der Durchlaßrichtung des Kondensators vergrößert und der Verlustwinkel dementsprechend geringer wird, womit die Güte des Kondensators ansteigt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in die Elektrodensperrschicht andersartige dielektrische Stoffe eingelagert sind. Es handelt sich somit um ein Mischdielektrikum, das zum Teil aus einer formierten Schicht mit Ventilwirkung und zum Teil aus solchen dielektrischen Stoffen besteht, deren Widerstand größer ist als der der Sperrschicht in Durchlaßrichtung. Die andersartigen dielektrischen Stoffe können durch Üin#vändlüng von aufgedampftem Silizium in Siliziumdioxyd oder durch Ausscheidung der Kieselsäure oder Polykieselsäure aus einem Wasserglasfilm oder einer anderen ,organischen Sili-"ziüinverindung (Silikonen) mit-dem Aluminiumoxyd hergestellt sein Die Güte eines elektrolytischen Kondensators, die durch die vorgeschriebenen Maßnahmen wesentlich erhöht werden kann, wird aber weiterhin auch durch seine Betriebssicherheit, d. h. seine Empfindlichkeit gegen Durchschläge bestimmt, so daß es im Sinne der Erfindung liegt, auch sonstige, zum Teil bekannte, in dieser Richtung zielende Maßnahmen anzuwenden. Man hat bereits vorgeschlagen, ein selbsttätiges Ausbrennen von Kurzschlüssen durch Verwendung dünner katholischer Belegungen zu erreichen. Trotz dieses Vorschlages hat sich die dünne selbstheilende Belegung nicht allgemein eingeführt, und der Elektrolytkondensator hat auch weiterhin einen wesentlichen Teil aller Rundfunkreparaturen verursacht. Es sind also noch weitere Bedingungen für einen betriebssicheren Elektrolytkondensator erforderlich.
Die Elektrolytkondensatoren, welche aus Rundfunkgeräten ausgebaut werden müssen, zeigen vielfach einen Kurzschluß oder sie besitzen keine Kapazität. Durch zu hohen Reststrom, insbesondere nach längerer Lagerzeit, erwärmen sie sich, wodurch wiederum -der Reststrom ansteigt, Gase gebildet werden, bis der Kondensator durchschlägt und kurzgeschlossen ist. Damit keine Zerstörung im Gerät durch Explosion angerichtet werden kann, haben diese Kondensatoren ein Ventil. Durch mangelhaften Verguß oder auch durch das Ventil dringt allmählich Feuchtigkeit in den Kondensator ein, der Borsäureester wird zersetzt, bei Hochvoltkondensatoren wird die Funkenspannung herabgesetzt, bis der Kondensator abermals durchschlägt oder allmählich austrocknet und Kapazität verliert.
Es ist aus diesem Grund erforderlich, das Auftreten von zu hohen Restströmen auch bei längerer Lagerzeit unter allen Umständen zu vermeiden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die formierte Folie bereits im wäßrigen Formierbad einen sehr kleinen - Reststrom besitzt. Außerdem spielen die Eigenschaften des Tränkelektrolyts eine wesentliche Rolle. Er= darf - die Formierschicht. nicht angreifen, nicht lösen, er soll also unter Umständen fest sein oder zumindest hochviskos, geringe Ionenbeweglichkeit zeigen, aber andererseits gut nachformieren, also die Fehlstellen der Schicht gut ausheilen. Es gibt Elektrolytkondensatoren mit kleinem Reststrom, aber diese zeigen oft eine größere Alterung, d. h. Reststromerhöhung mit der Zeit, oder sie haben untereinander sehr verschiedene Restströme, insbesondere nach der Lagerung oder auch sie bekommen einen Kurzschluß beim Durchschlagen mit Überspannung. Diesen Tatsachen tragen die Abnahmebedingungen in den DIN-Vorschriften insofern Rechnung, daß man einen hohen Reststrom von 0,5 [.A je #tF je Volt bei 20° C zuläßt, der wiederum nur i/4 Jahr eingehalten werden muß.
Die Reststromerhöhungen sind oft auch darauf zurückzuführen, daß die formierte Schicht, insbesondere bei höheren Formierspannungen, teilweise kolloidal in Lösung geht.
Alle diese angeführten Nachteile werden bei dem Elektrolytkondensator, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, dadurch beseitigt, daß die Belegung in mehreren Spannungsstufen formiert wird und jede Spannungsstufe in zwei Bädern ausgeführt wird, zwischen denen die Folie durch eine Heizvorrichtung getrocknet wird, daß weiterhin der gut veresterte Tränkelektrolyt hoher Viskosität mit Ammoniak vollständig abgesättigt ist, vorzugsweise ein Maximum an Ammoniak enthält und daß schließlich die Kathode aus einer dünnen, beispielsweise 5 #t starken Metallschicht besteht.
Im Sinne der Erfindung liegt es hierbei, unter Umständen auch die formierte Belegung aus ,einer auf einer Unterlage aufgespritzten oder aufgedampften Metallschicht auszubilden.
Als Belegung und Sperrschicht können auch andere Metalle und Metalloxyde als Aluminium und Aluminiumoxyd verwendet werden, die ebenfalls vorteilhaft auf eine Unterlage aufgespritzt oder aufgedampft sind. Beispielsweise eignen sich als Ausgang auch Silizium und Siliziumdioxyd.
Vor oder während der Tränkung der Kondensatorwickel werden zweckmäßig Feuchtigkeit und Gase entfernt, nach der Tränkung wird der Wickel mit einer Schutzschicht gegen eindringende Feuchtigkeit versehen.
Um ein Austreten des Tränkelektrolyts aus dem Wickel zu verhindern, versieht man ihn außen mit einer Umhüllung, die einen Stoff .enthält, der mit dem austretenden Elektrolyt unterAusfällung reagiert, wie z. B. Wasserglas unter Ausscheidung von Kieselsäure.
Der nach dem Verfahren hergestellte Elektrolytkondensator weist einen kleinen Reststrom von etwa 10-8 Ampere je #tF und je Volt auf. Man kann ihn bei Überspannung mit einem kaum wahrnehmbaren Geräusch durchschlagen, ohne daß ein Kurzschluß auftritt und ohne daß nachher der Reststrom bei der Betriebsspannung wesentlich erhöht ist. Insbesondere bei der Formierung der Folie in drei Stufen auf 700 Volt ist die formierte Schicht so stabil, daß sie nach einem Durchschlag keine Verletzung zeigt und dadurch auch keinen erhöhten Reststrom aufweist. Beim Durchschlagen wird jeweils ein Loch in die dünne Kathode gebrannt. Da in den Geräten der Schwachstromtechnik meist nur Anodenströme bis 100 mA auftreten, ist die Belastung der Kondensatoren beim Durchschlagen nicht groß. Es konnte aber auch festgestellt werden, daß diese Kondensatoren bei hohen Stromstärken durch parallel geschaltete Kondensatoren ihre Betriebsfähigkeit nicht verloren. Durch die vollständige Ausformierung der kristallinen Aluminiumoxydschicht ist der Reststrom auch nicht zeitabhängig, so daß damit die Gefahr eines großen Reststromes nach dem Lagern ausgeschlossen wird.
Der Verlustwinkel konnte durch Verwendung eines Tränkelektrolyts mit überschüssigem Ammoniak bis auf 1,4% gesenkt werden, während bisher etwa 2% als Minimum galt. Dies ist für die Anwendung des Kondensators für niedrige Dauerwechselspannung von Bedeutung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrolytischer Kondensator hoher Güte, insbesondere für Dauerwechselspannungsbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Elektrodensperrschicht in Durchlaßrichtung durch eingelagerte andersartige dielektrische Stoffe vergrößert ist.
2. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelagerten andersartigen Stoffe aus Siliziumdioxyd bestehen.
3. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodischen Stromzuführungen zum Elektrolyt aus selbstheilenden dünnen, beispielsweise 5 I, starken Metallschichten bestehen.
4. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die mit Sperrschicht versehenen Belegungen aus dünnen, beispielsweise auf einer Unterlage aufgebrachten, z. B. aufgespritzten oder aufgedampften Schichten bestehen.
5. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gut veresterte Elektrolyt hochviskos und mit Ammoniak mindestens vollständig abgesättigt ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht in mehreren Spannungsstufen bis zu kleinsten Formierstromwerten erzeugt wird, wobei jede Spannungsstufe zwei Bäder aufweist, zwischen denen die Elektrode durch eine Heizvorrichtung getrocknet wird, daß dann das Mischdielektrikum gebildet wird, indem beispielsweise Silizium auf die Sperrschicht aufgedampft und anschließend in Siliziumdioxyd umgewandelt wird, und daß derartige Elektroden zu einem Kondensatorkörper verarbeitet werden, für welchen ein Tränkelektrolyt benutzt wird, der gut verestert und hochviskos und mit Ammoniak mindestens vollständig abgesättigt ist.
7. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fertige Kondensatorkörper mit einer Umhüllung versehen wird, die einen Stoff enthält, der mit dem austretenden Elektrolyt unter Ausfällung reagiert, wie z. B. Wasserglas unter Ausscheidung von Kieselsäure. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 019 994, 2 214 878, 2 299 228, 2 446 524.