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Elektrolytkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung DieEntwicklung
bei den elektrischenBauelementen strebt nach einer weiteren Verkleinerung der Abmessungen
und noch günstigeren Preisen durch Rationalisierung der Herstellungsverfahren. Dies
trifft insbesondere für die in der Weltverkehrstechnik in immer stärkerem Maße verwendeten
Elektrolytkondensatoren zu.
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bliche Elektrolytkondensatoren bestehen aus einer anodisch oxydierten
Metallfolie, einem Abstandhalter aus Papier od. dgl. und einer im allgemeinen nichtoxydierten
Kathodenfolie. Bei der Herstellung wird zuerst an der Anodenfolie ein Wickeldorn
befestigt. Dann werden Anode, Abstandhalter und Kathode übereinandergelegt und manuell
oder maschinell aufgewickelt. Der Wickel wird dann in einen Schutzbecher eingeführt,
der im allgemeinen aus Aluminium besteht. In einem weiteren Arbeitsgang wird die
Kathode mit dem Aluminiumbecher kontaktiert. Meist wird dabei an die Kathodenfolie
eine Fahne angefaltet, angeschweißt oder angenietet und ihrerseits mit dem Becher
durch Vernieten, Verschweißen oder Verklemmen mit Hilfe eines Becherverschlußstopfens
am Becher befestigt. Die Fahne muß aus dem gleichen Metall wie die Kathode und der
Becher bestehen, da sonst die Gefahr einer Korrosion durch den die Kontaktstelle
berührenden Kondensatorelektrolyt gegeben ist. Die Kontaktierung kann auch mittels
einer Drucksicke erfolgen, doch führt dieses Verfahren bei zu flacher Sicke zu einer
unsicheren Kontaktgabe und bei zu tiefer Sicke zu Verletzungen der Oxydschicht und
Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators. Schließlich ist
auch ein Verfahren bekannt, bei dem die elektrisch aktive Kathode über ihre gesamte
Länge gegenüber der Anode verbreitert ist und die Kathode ohne Zwischenschalten
einer Kathodenfahne direkt am Bechergehäuse kontaktiert wird.
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Nach der Kontaktierung muß die offene Stirnseite des Bechers verschlossen
werden. Dies geschieht in einem weiteren, ebenfalls recht kostspieligen Arbeitsgang,
bei dem meist ein Gummistopfen in die Becheröffnung geklemmt wird. Dabei müssen
an Material und Genauigkeit der Abmessungen hohe Forderungen gestellt werden, um
eine gute, lang dauernde Abdichtung zu gewährleisten.
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Zuletzt werden dann die Anschlußdrähte am Anodendorn und am Aluminiumbecher
befestigt. Die Herstellung üblicher Wickelkondensatoren erfordert somit eine Vielzahl
von Arbeitsgängen, die keine rationelle und fließbandmäßige Arbeitsweise gestatten
und eine Senkung der Herstellungskosten von Elektrolytkondensatoren verhindern.
Hinzu kommt, däß ein Teil der Arbeitsgänge manuell ausgeführt werden. muß, so daß
einer Verkleinerung der Kondensatoren eine natürliche Grenze gesetzt ist. Außerdem
ist die elektrische Wirksamkeit des Kondensators stets durch die mittelbare Kontaktführung
von der jiathode über den Aluminiumbecher zum Zuleitungsdraht gefährdet.
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Ziel der Erfindung ist ein Elektrolytkondensator mit verkleinerten
Abmessungen, der rationell und billig herzustellen isst und dessen elektrische Eigenschaften
bisherigen Wickelkondensatoren überlegen sind.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dieses Ziel nur durch
wesentliche Verminderung und Vereinfachung der zur Herstellung des Kondensators
erforderlichen Einzelsteile, insbesondere durch Weglassen eines gesonderten Kondensatorgehäuses
erreichbar ist.
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Zwar ist es bei Papierkondensatoren bereits bekannt, als Abstandhalter
für den aktiven Kondensatorwickel statt Papier schrumpfbare Kunststoffolien zu verwenden
und den Kondensator mixt Hilfe des verlängerten und verbreitertenAbstandhalters
becherlos zu verschließen. Die »Deckfolie« ist dabei über ihre gesamte Länge verbreitert
und bildet keine Schutzhülse für den aktiven Kondensatorwickel, vielmehr ist die
gesamteDeclfolie elektrisch wirksam. Dieses Verfahren ist jedoch nicht auf Elektrolytkondensatoren
übertragbar,
da deren Aufbau und Arbeitsweise sich grundlegend von den Papierkondensatoren unterscheidet.
Insbesondere treten bei Papierkondensatoren nicht die bei Elektrolytkondensatoren
bekannten und im obigen aufgeführten Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtung gegenüber
Elektrolytverlust und der Kontaktierung der Kathode auf, da Papierkondensatoren
keinerlei Elektrolytflüssigkeit erfordern Nach der Erfindung jedoch werden die obigen
Schwierigkeiten bei Elektrolytkondensatoren dadurch beseitigt, daß bei einem Elektrolytkondensator
mit gegenüber der Anodenfolie verlängerter und verbreiterter Kathodenfolie nur der
gegenüber der Anodenfolie verlängerte Teil. der Kathodenfolie verbreitert ist und
damit eine Schutzhülse für den die Kapazität bestimmenden Wickelteil bildet und
daß in dem de Schutzhülse bildenden äußeren Wickelteil eine schrumpfbare Kunststoffolie
eingeschlossen ist, die länger und breiter als der verlängerte Teil der Kathode
ist und die nach in an sich bekanntem Schrumpfen den Wickel umgibt. Damit erübrigt
sich das bei üblichen Elektrolytkondensatoren erforderliche gesonderte Gehäuse in
Form eines Aluminiumbechers mit deckelförmigem Abschluß. Der in einem Arbeitsgang
durch Wickeln mechanisch fertigstellbare Kondensator weist trotzdem einen stabilen
Schutz für den elektrisch aktiven Wickelteil sowie eine sichere Abdichtung gegen
Elektrolytverlust auf. Von besonderem Vorteil ist ferner die Möglichkeit, die Kathode
direkt mit einem Fremdmetall-Anschlußdraht, z. B. einem Kupferdraht, zu verbinden,
da durch die Schrumpffolie ein. Elektrolytaustausch mit dem Kondensatorinneren verhindert
wird. Durch die rationelle Herstellungsmöglichkeit liegen de Entstehungskosten für
den Kondensator beträchtlich niedriger als für einen Kondensator bekannter Bauart,
und schließlich kann der Kondensator äußerst klein ausgeführt werden, da sämtliche
Arbeitsgänge maschinell durchführbar sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kunststoffolie
so breit gewählt, daß nach deren Schrumpfen die Befestigungsstelle des aus einem
Fremdmetall ohne Ventilwirkung bestehenden Kathodendrahtes flüssigkeitsdicht abgedeckt
ist.
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Bei einseitig herausgeführten Zuleitulgsdrähten wird zweckmäßigerweise
der Rasterabstand vor dem Wickeln durch de Geometrie der einzelnen Teile festgelegt.
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Zur Herstellung des Kondensators werden zuerst an Anoden- und Kathodenfolie
Zuleitungsdrähte angebracht und dann Anode, Abstandhalter und Kathode in üblicher
Weise gewickelt. Die schrumpffähige Kunststoffolie wird anschließend an das Ende
der Anode eingeschossen, der Wickelvorgang beendet und schließlich der Kondensator
zum Zwecke des Schrumpfens der Kunststoffolie erwärmt, mit Elektrolyt imprägniert
und vorzugsweise mit einem Kunstharz-Tauchüberzug versehen.
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Die Herstellung des Kondensators kann dadurch weiter vereinfacht werden,
daß de Wärmebehandlung zum Zwecke des Sahrumpfens der Kunststoffolie mit dem Imprägnieren
des Kondensators vereinigt wird.
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Merkmale, Vorteile und Einzelheiten einer weiteren Ausbildung der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Fig. l eine Anodenfolie in ausgebreiteter Lage, Fig. 2 eine Anodenfolie
gemäß Fig. 1 mit Abstandhaher, Fig. 3 ,eine Kathode in ausgebreiteter Lage, Fig.
4 Anode, Abstandhalter, Kathode und Schrumpffolie während des Wickelvorganges und
Fig. 5 vergrößert gezeichnet, rechte Hälfte: fertiger Kondensator im Schnitt; linke
Hälfte: Schnitt des Kondensators nach Beendigung des Wickelvorganges vor dem Imprägnieren
und vor der Wärmebehandlung.
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Nach der Zeichnung besteht der Kondensator aus einer Anodenfolie 10
mit Wickeldorn 11 und Anschlußdraht 12, einem Abstandhalter 13, einer Kathode 14
mit verbreiteter Fortsetzung 14a und Anschlußdraht 15 und einer Kunststoff-Schrumpffolie
16, die beträchtlich länger und etwas breiter ist als de Kathodenfortsetzung 14
a.
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DieAnodenfolie besteht beispielsweise aus anodisch oxydiertem Aluminium,
der Abstandhalter aus Papierstreifen oder anderem trinkfähigem Material und die
Kathode aus nichtoxydiertem, beim urgepolten Kondensator ebenfalls aus oxydiertem
Aluminium. Die Kunststoffolie kann aus beliebigem schrumpfbarem Material bestehen,
beispielsweise aus Polystyrol. Als Zuleitungsdrähte können beispielsweise verzinnte
Kupferdrähte verwandet werden.
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Zur Herstellung das Kondensators wird zuerst an der Anodenfolie 10
der Wickeldorn 11 und an diesem wiederum der Zuleitungsdraht 12 befestigt. Dann
wird an der Kathodenfolie 14, und zwar am eigentlichen Ende der Kathode, der Zuleitungsdraht
15 angebracht. Zweckmäßigerweise ist der Kathodenzuleitungsdraht an der Kontaktstelle
flach gewalzt. Dann werden Anode 10, Abstandhaltee 13 und Kathode 14 in üblicher
Waise übereinander gelegt und bis einschließlich der vorletzten Windung des eigentlichen
Kond ,nsatorwickels gewickelt, worauf die Kunststoffolie 16 eingeschossen und der
Wickelvorgang beendet wird. Selbstverständlich kann de Kunststoffolie 16 auch vor
Wickelbeginn auf die Kathodenfolie aufgelegt worden.
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Der gewickelte Kondensator kann nun mit Kondensatorelektrolyt imprägniert
werden. Durch de dabei bestehende erhöhte Temperatur schrumpft de Kunststoffolie
und zieht dabei die Wicklungswindungen fest zusammen. Da gleichzeitig die Ränder
der Kunststoffolie die Stimseiten des Wickels abdecken, wird der Kondensator durch
diese Folie allein weitgehend verschlossen. Außerdem wird die Verbindungsstelle
vom Ansehlußdraht aus verzinntem Kupfer oder verzinntem Aluminium mit dem nicht
aktiven Teil der Kathodenfolie so abgedeckt, daß ein Elektrolytaustausch mit dem
Wickelinneren vermieden wird.
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Nach Entnahme des Kondensators aus dem Imprägnierbad wird der überschüssige
Elektrolyt durch Abspülen, Abdampfen, Schleudern od. dgl. entfernt.
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Anschließend wird der Kondensator in an sich bekannter Weise durch
Tauchen mit einer Kunststoff-bzw. einer Kunstharzumhüllung 17 versehen. Ein derartiges
Verfahren ist möglich, da neuerdings Kunstharze auf dem Markt sind, die trotz verbliebener
geringer Benetzung des Körpers mit Feuchtigkeit oder Elektrolyt aushärten. Damit
wird ein absolut
feuchtigkeitsdichter Verschluß des Kondensatorwickels
sowie eine dauerhafte elektrische Isolation des Kondensators erreicht.
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Deir erfindungsgemäße Kondensator erfüllt die für den Betrieb mit
kleineren Spannungen besonders wichtige Forderung nach Kontaktsicherheit. Dabei
ist von großer Bedeutung, daß die Kathodenfolie direkt mit dem Anschlußdraht verbunden
werden kann und keine dazwischengeschalteten Verbindungen erforderlich sind. Der
erfindungsgemäße Kondensator kann im einfachen und billigen Arbeitsgang hergestellt
werden. Ein zusätzliches Gehäuse, ein Gehäusedeckel, Gehäusestopfen od. dgl. sind
nicht erforderlich. Die äußere Umhüllung aus Kathodenfortsetzung und Kunststoffolie
kann bereits beim Wickelvorgang vorbereitet werden. Außerdem ist es möglich, insbesondere
bei einseitig herausgeführten Zuleitungsdrähten, den Rasterabstand der Drähte voneinander
für gedruckte Schaltungen vor dem Wickeln durch geeignete Bemessung der einzelnen
Folien festzulegen.