DE1004741B - Electrolytic capacitor - Google Patents
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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.Electrolytic Capacitor Electrolytic capacitors are around two powers of ten smaller than paper capacitors and accordingly cheaper. -But they have the major disadvantage that they are only used for direct voltage and not for Continuous alternating voltage operation are suitable, so that the major advantages of the minor Dimensions of electrolytic capacitors not used in AC technology -could become. This major disadvantage is due to an inequality of the electrical Properties in the different polarity directions of the capacitor. When applied DC voltage. is the magnitude of the currents flowing through the capacitor, as the case may be whether the formed foil is polarized positively or negatively, very different. With positive - polarity of the formed film (reverse direction) flows a small current, the residual current, while with negative polarity (pass-through direction) a considerably larger current flows, which is essentially due to the internal resistance of the formed layer in the forward direction is limited. On the other hand, there is the electrical resistance of the impregnating electrolyte of minor importance. When AC voltage is applied, this causes electrical Resistance in the forward direction of the formed layer, the heating, the loss angle of the capacitor. A few percent of the current flows through the internal resistance the. Layer, while most of the current flows over the impregnating electrolyte, as if the layer were a good dielectric.
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.The object of the present invention is to remedy this inequality decrease in the different current directions, so that the electrical resistance increased in the conduction direction of the capacitor and the loss angle increased accordingly becomes lower, which increases the quality of the capacitor. This is what makes this job solved that according to the invention in the electrode barrier layer different types of dielectric Substances are stored. It is therefore a mixed dielectric that is used for Partly from a formed layer with valve effect and partly from such dielectric There are substances whose resistance is greater than that of the barrier layer in the forward direction. The different types of dielectric materials can be removed by changing from vapor-deposited Silicon in silicon dioxide or through precipitation of silicic acid or polysilicic acid from a water glass film or another organic silicon compound (silicon) be made with-the aluminum oxide The quality of an electrolytic capacitor, which can be increased significantly by the prescribed measures, but will also through its operational reliability, d. H. its sensitivity to Discharges determined so that it is within the meaning of the invention, also other, for To apply some known measures aimed in this direction. One already has proposed an automatic burnout of short circuits by using thinner Catholic occupancies. Despite this suggestion, the thin self-healing assignment not generally introduced, and the electrolytic capacitor continued to be responsible for a significant portion of all broadcast repairs. So there are still other conditions for an operationally reliable electrolytic capacitor necessary.
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.The electrolytic capacitors, which are removed from radio equipment often show a short circuit or they have no capacitance. If the residual current is too high, especially after a long period of storage, they heat up, which in turn - the residual current increases, gases are formed until the condenser breaks down and is short-circuited. So that the device is not destroyed by an explosion can be done, these capacitors have a valve. By inadequate Potting or even through the valve, moisture gradually penetrates into the condenser on, the boric acid ester is decomposed, with high-voltage capacitors the spark voltage is until the capacitor breaks down again or gradually dries out and loses capacity.
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.For this reason, it is necessary for excess currents to occur to be avoided under all circumstances, even with longer storage times. This can be done by can be achieved that the formed film is already in the aqueous forming bath small - has residual current. In addition, the properties of the impregnating electrolyte play a role an essential role. He = may - the forming layer. do not attack, do not loosen, under certain circumstances it should therefore be solid or at least highly viscous, with low ion mobility show, but on the other hand reform well, so the imperfections in the layer are good heal. There are electrolytic capacitors with a small residual current, but these often show greater aging, i.e. H. Residual current increase over time, or they have very different residual currents from one another, especially after the Storage or they get a short circuit when they break down with overvoltage. The acceptance conditions in the DIN regulations reflect these facts Calculation that one allows a high residual current of 0.5 [.A per #tF per volt at 20 ° C, which in turn only has to be complied with for a quarter of a year.
Die Reststromerhöhungen sind oft auch darauf zurückzuführen, daß die formierte Schicht, insbesondere bei höheren Formierspannungen, teilweise kolloidal in Lösung geht.The residual flow increases are often due to the fact that the formed layer, especially at higher forming stresses, partly colloidal goes into solution.
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.All these disadvantages mentioned are in the case of the electrolytic capacitor, which is produced by the process according to the invention is eliminated in that the occupancy is formed in several voltage levels and each voltage level in two baths are run, between which the foil is heated by a heating device is dried that the well esterified impregnating electrolyte of high viscosity continues is completely saturated with ammonia, preferably contains a maximum of ammonia and finally the cathode consists of a thin, for example 5 #t thick metal layer consists.
Im Sinne der Erfindung liegt es hierbei, unter Umständen auch die formierte Belegung aus ,einer auf einer Unterlage aufgespritzten oder aufgedampften Metallschicht auszubilden.In the context of the invention, it is here, possibly also the formed occupancy, a sprayed or vapor-deposited onto a surface Form metal layer.
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.Other metals and metal oxides can also be used as covering and barrier layer used as aluminum and aluminum oxide, which are also beneficial a pad has been sprayed on or vaporized. For example, are suitable as Output also silicon and silicon dioxide.
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.Before or during the impregnation of the capacitor winding are appropriate Moisture and gases are removed, after soaking the wrap is covered with a protective layer provided against penetrating moisture.
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.To prevent the impregnating electrolyte from escaping from the roll, if you provide it with a cover on the outside that contains a substance escaping electrolyte reacts with precipitation, e.g. B. water glass with excretion of silica.
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.The electrolytic capacitor produced by the method has a small residual current of about 10-8 amps per #tF and per volt. You can see it at Breakdown overvoltage with a barely perceptible noise without causing a short circuit occurs and without the residual current at the operating voltage being significant afterwards is increased. Especially when forming the film in three stages to 700 volts the formed layer is so stable that it will not be injured after a breakdown shows and therefore also has no increased residual current. When penetrating is burned a hole in each of the thin cathode. As in the devices of the low-voltage technology Usually only anode currents of up to 100 mA occur, this is the load on the capacitors not great when punching through. But it could also be determined that this Capacitors at high currents through their capacitors connected in parallel Operability not lost. Due to the complete formation of the crystalline The residual current is also not time-dependent, so that the The risk of a large residual current after storage is excluded.
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.The loss angle could be reduced by using a soaking electrolyte excess ammonia can be reduced to 1.4%, while previously around 2% as The minimum was valid. This is for the application of the capacitor for low continuous alternating voltage significant.
Claims (7)
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Cited By (2)
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1951
- 1951-01-05 DE DET3752A patent/DE1004741B/en active Pending
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