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Anordnung zum Nachformieren von Elektrolyt Kondensatoren Die für die
Herstellung von Elektrolyt-Kondensatoren benötigten Elektroden, insbesondere die
Anoden, werden im allgemeinen mit einer Oxydschicht überzogen. Dieser überzug wird
mittels eines elektrolytischen Verfahrens, des Formierprozesses, auf der Oberfläche
dieser Elektroden erzeugt. Durch die weitere Bearbeitung der Elektroden bis zur
Herstellung der Kondensatoren und durch den zusätzlichen Einbau von Teilen in die
Kondensatoren ergbit sich die Notwendigkeit, die fertigen Kondensatoren nachzuformieren.
Dazu werden diese Kondensatoren mit ihrer Sollspannung über eine bestimmte Zeit
behandelt, und es bildet sich an den Stellen, an denen sich noch keine oder keine
Oxydschicht mehr befindet, eine solche nach. Eine gute Nachformierung ist eine der
Voraussetzung für die Güte und die Lebensdauer der Elektrolyt-Kondensatoren.
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Das Nachformieren von Elektrolyt-Kondensatoren erfolgt üblicherweise
in einer dazu vorgesehenen, geeigneten Einrichtung, in der gleichzeitig eine größere
Anzahl von Kondensatoren angeschaltet werden kann. In einer solchen Einrichtung
ist zur Begrenzung des Stromes für jeden Kondensator ein Vorwiderstand von etwa
5 k. vorgesehen. Zur Kontrolle der bei dem Nachformiervorgang jeweils erreichten
Strom- und Spannungswerte können entsprechende Meßgeräte angeordnet sein. Der Nachformiervorgang
wird dadurch gesteuert, daß zunächst die Spannung an der Einrichtung laufend so
geregelt wird, daß insgesamt ein bestimmter Strom die Kondensatoren durchfließt.
Die Höhe des Gesamtstromes aller Kondensatoren wird nunmehr so lange gleichgehalten,
bis nach einer gewissen Zeit die volle Sollspannung erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt
ab wird diese Spannung konstant gehalten, und der Gesamtstrom beginnt mehr oder
weniger abzusinken, je nachdem wie weit die Nachformierung der einzelnen Kondensatoren
vorangeschritten ist. Die Nachformierung ist aber erst dann beendet, wenn alle Kondensatoren,
abgesehen von den auszuscheidenden fehlerhaften, den vorgeschriebenen Höchstreststrom
erreicht bzw. unterschritten haben. Da nur der Gesamtstrom geregelt wird, bzw. weil
nach Erreichen der vollen Sollspannung die Ströme in den einzelnen Kondensatoren
verschieden groß sind (entsprechend der jeweiligen elektrischen Beschaffenheit derselben),
wird ein Teil der Kondensatoren mit einem zu geringen und ein Teil mit einem zu
hohen Strom nachformiert, und letztere werden somit überlastet. Solche stromüberlasteten
Kondensatoren neigen zumeist zu Ausfällen, denn sie werden übermäßig erwärmt, wodurch
sich der sie durchfließende Strom weiter erhöht. Die Kondensatoren, die dagegen
mit einem zu geringen Strom nachformiert werden, benötigen viel mehr Zeit bis zum
Abschluß der Nachformierung, als normalerweise erforderlich wäre.
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Es ist auch noch eine andere Methode für das Nachformieren von Elektrolyt-Kondensatoren
bekannt, die sich darin von der vorgenannten unterscheidet, daß bei dieser die Vorwiderstände
vor den einzelnen Kondensatoren höhere Werte (etwa 100 kQ) erhalten. Außerdem wird
bei dieser Methode, weil an den Vorwiderständen ein erheblicher Spannungsabfall
auftritt, sofort eine höhere als die Kondensator-Sollspannung an die Einrichtung
gelegt. Die Höhe dieser Spannung richtet sich nach dem empirisch festgestellten
Mittelwert des Stromes gegen Ende der Nachformierung, dem Vorwiderstand und der
Sollspan-, nung der Kondensatoren. Diese sogenannte »weiche« Nachformierung ist
gegenüber der erstgenannten insoforn von Vorteil, als die sich durch die unterschiedliche
Beschaffenheit der Kondensatoren auf die Stromverzweigung auswirkende gegenseitige
Beeinflussung so gut wie entfällt. Dadurch lassen sich bessere Resultate in bezug
auf die Qualität des Nach-. formierungsvorganges erzielen, d. h., dieser Vorgang
verläuft kontinuierlicher. Außerdem ist der Ausfall der Kondensatoren, deren elektrische
und physikalichen Eigenschaften während des Nachformierens noch nicht ganz dem jeweiligen
Sollwert entsprechen, wesentlich geringer.
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Da jedoch, wie bereits erwähnt, die Spannung an der Einrichtung nach
dem empirisch festgestellten Mittelwert des Stromes gegen Ende der Nachformierung
eingestellt wird, besteht die Gefahr, daß, wenn dieser Strom bei einem mehr oder
weniger großen Teil der Kondensatoren oder auch bei sämtlichen
unter
den Mittelwert absinkt, diese Kondensatoren infolge des geringeren Spannungsabfalls
an den Vorwiderständen eine zu hohe Spannung erhalten, wodurch Über- bzw. Durchschläge
auftreten und die betreffenden Kondensatoren zerstört werden können. Andererseits
wird durch den relativ großen Vorwiderstand bei Beginn der Nachformierung der die
Kondensatoren durchfließende Strom unnötig niedrig gehalten, wodurch für den Nachformierprozeß
eine übermäßig lange Zeit benötigt wird. Die Ursache für die genannten Nachteile
liegt offensichtlich darin begründet, daß bei der verwendeten Einrichtung zum Nachformieren
die Regelung des Stromes und somit der Spannung an den einzelnen Kondensatoren nachteilig
beeinflußt ist von dem jedem Kondensator in Reihe geschalteten Vorwiderstand (in
diesem Fall in der Größenordnung von 100 kSZ) und dem mehr oder weniger sich stetig
verändernden Gleichstromwiderstand des nachzuformierenden Kondensators, der sich
entsprechend dem jeweiligen Grad des Nachformierprozesses verhält.
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Es bestand nun die Aufgabe, einen geeigneten Lösungsweg und die dazu
erforderlichen Mittel zu finden, um den für den Nachformierprozeß nachteiligen Einfluß
auf die Regelung des Stromes bzw. der Spannung, der durch den sich mehr oder weniger
stetig verändernden Gleichstromwiderstand des jeweiligenKondensators .hervorgerufen
wird, derart umzuwandeln und in eine solche Richtung lenken zu können, daß er sich
für den Verlauf des Nachformiervorganges vorteilhaft auswirkt.
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Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Anordnung zum Nachformieren
von Elektrolyt-Kondensatoren, mit der eine größere Anzahl derselben zugleich nachformierbar
ist und in der einem jeden dieser Kondensatoren ein in seiner Größe sich nach den
zu formierenden Kondensatoren richtender, hochohmiger Vorwiderstand von z. B. 100
kQ vorgeschaltet ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß
darin, daß der Vorwiderstand aus einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand
und einem Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturbeiwert solcher Bemessung
besteht, daß diese Widerstandskombination die Schwankungen des Nachformier-Endstromes
um einen Mittelwert innerhalb eines bestimmten Regelbereichs ausgleicht.
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Es ist bereits bekannt, bei der Formierung von Elektrolyt Kondensatoren
eine konstante Belastung der den Formierstrom liefernden Gleichstromquelle durch
Regelung des Elektrolytzuflusses zu erreichen. Zum Erreichen gleichbleibender Formierstromdichte
bei Durchlauf Formierverfahren ist es bekannt, besonders geformte Aufformierkathoden
zu verwenden, durch die die Summe aus der mit der Schichtdicke wachsenden Sperrspannung
und dem in der Durchlaufrichtung abnehmenden Spannungsabfall im Formierelektrolyt
längs der Formierkathode ständig konstant gehalten wird. Man verwendete bislang
auch Metalldraht Vorschaltlampen oder Röhrenschaltungen zur Regelung des Formierstromes.
Es ist auch bekannt, die Regelung des Formierstromes durch Flüssigkeits-Vorwiderstände
zu bewirken, die eine spannungsabhängige Widerstandscharakteristik besitzen. Alle
diese bekannten Anordnungen konnten sich zur Lösung der vorliegenden Aufgabenstellung
nicht eignen, weil sie zur Verwendung in der Massenfertigung zu umständlich und
aufwendig sind; sie vermögen auch nicht in jedem Falle eine für diese Fertigung
brauchbare Regelcharakteristik bereitzustellen. Schließlich besitzen einige der
bekannten Anordnungen nur beschränkte Lebensdauer.
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Bei Belastung sich in ihrem Widerstandswert ändernde Widerstände sind
auch in Form einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einem Halbleiterwiderstand
bekannt, insbesondere für die Regelung in Stromkreisen, z. B. zum langsamen Ansteigenlassen
von Strömen nach Anlegen einer bestimmten Spannung und auch als Vorschaltelement
vor Kondensatoren zum Schutz von Überspannungen beim Einschalten eines Kondensatoren
enthaltenden elektrischen Geräts, solange der Verbraucher nicht voll wirkt. Dabei
wird der an der Reihenschaltung liegende Spannungsabfall in einem bestimmten Stromkreis
konstant gehalten.
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Die Verwendung solcher Stabilisierungselemente, wie sie bei der Erfindung
zur Anwendung gelangen, boten sich in erster Linie deshalb ohne weiteres nicht an,
weil der Fachmann zunächst nur eine einzige Stabilisierungsschaltung zwischen Spannungsquelle
und Formiergestell gelegt hätte. Zur Vermeidung der schädlichen Überspannungen durch
ungleichmäßige Stromverteilungen innerhalb der mehrere Kondensatoren enthaltenden
Formiergestelle hätte der Fachmann in zweiter Linie etwa auf einen Minimalstrom
ansprechende Unterbrecher od. dgl. für jeden Kondensator in das Auge fassen müssen.
An eine selbsttätige Regelung durch einen Heißleiter an Stelle einer Stabilisierung
in der Gesamtenergiezuleitung bzw. einer Stromabschaltung konnte daher der Fachmann
nicht ohne weiteres denken. Dies um so mehr, als bislang noch nicht einmal erkannt
worden war, daß durch den auf einen empirischen Wert eingestellten Mittelwert des
Formierstroms bei der sogenannten »weichen« Formierung gegen das Formierende hin
immer noch gefährliche Überspannungen für die Kondensatoren entstehen können.
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Im Gegensatz zu dem Verlauf des Nachformierprozesses in den bisher
bekannten Einrichtungen zum Nachformieren verläuft dieser Vorgang bei einer Anordnung
gemäß der Erfindung grundsätzlich anders. Zu Beginn des Nachformiervorganges, wenn
der Gleichstromwiderstand der nachzuformierenden Elektrolyt-Kondensatoren noch relativ
niedrig ist, fällt praktisch die gesamte Spannung, außer einem an dem jetzt stark
belasteten Halbleiterwiderstand verbleibenden Teil, an dem Vorwiderstand ab. Mit
fortschreitender Nachformierung steigt jedoch der Gleichstromwiderstand der jeweiligen
Kondensatoren an, so daß bei vorgegebener konstanter Eingangsspannung der Strom
annähernd nach einer e-Funktion absinkt. Dabei steigt die Spannung an den Kondensatoren
bis zu deren Sollwert an. Sie wird dann auf Grund der geringeren Belastung und der
damit verbundenen Widerstandserhöhung des Halbleiterwiderstandes auf einen konstanten
Betrag gehalten, so daß die Kondensatoren vor Spannungsüberlastung geschützt werden.
Selbstverständlich muß der Wert des kleineren Ohmschen Widerstandes dabei so bemessen
sein, daß auch bei der größten Formierspannung keine Überbelastung der nachzuformierenden
Kondensatoren auftritt. Der Strom, der, wie bereits angeführt, annähernd nach einer
e-Funktion absinkt, nähert sich nun asymptotisch einem Wert, der von verschiedenen
Faktoren, bedingt z. B. durch die Folie, den Elektrolyt usw., abhängt. Selbst bei
unendlich langer Nachformierung würde dieser Wert nicht
unterschritten
werden. Die Nachformierung kann daher als beendet angesehen werden, wenn sich der
Strom auf wenige Prozent dem Endwert genähert hat. Dieser Zeitpunkt tritt bei der
erfindungsgemäßen Einrichtung wesentlich früher ein als bei der bisher bekannten,
wodurch eine erhebliche Zeiteinsparung beim Nachformieren der Elektrolyt-Kondensatoren
erzielt wird. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß der Widerstand der nunmehr
insgesamt dem jeweiligen Kondensator vorgeschalteten Widerstandskombination, bedingt
durch den negativen Temperaturkoeffizienten des Halbleiterwiderstandes, während
des größeren Zeitraumes des Vorganges der Nachformierung, jedoch nicht gegen Ende
desselben, wesentlich kleiner ist als bei der bekannten Einrichtung, weil der in
dieser Zeit fließende Strom nicht, wie bisher unnötig begrenzt ist.
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Ein weiterer Vorteil ist die qualitative Verbesserung der Kondensatoren,
die sich in einer besseren zeitlichen Konstanz des Reststromes sowie in einem geringeren
Anfall von Reststromfehlern zeigt. Sie lieg darin begründet, daß der Verlauf des
Nachformiervorganges äußerst kontinuierlich vor sich geht. Somit ist jede unnötige
hohe Strombelastung oder auch nur ein starkes Ansteigen des Stromes bzw. der Spannung
an den Kondensatoren über die zulässigen Werte ausgeschlossen. Für die Wahl der
Halbleiterwiderstände ist maßgebend, daß der während des Nachformierverfahrens überstrichene
Strombereich in ihrem Regelbereich liegt. Sind die Nachformierströme sehr klein,
so daß sie unterhalb des Regelbereiches der verwendeten Halbleiterwiderstände liegen,
so kann durch Parallelschaltung eines entsprechend bemessenen Widerstandes zu den
nachzuformierenden Kondensatoren eine Grundlast geschaffen werden, wodurch auch
bei kleinsten Nachformierendströmen diese in dem Regelbereich des Halbleiterwiderstandes
verbleiben.
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Bei richtiger Dimensionierung der einzelnen Bauelemente läßt sich
der Nachformiervorgang so gestalten, daß auch die mit elektrischen Fehlern behafteten
Kondensatoren weder den zeitlichen noch den gewünschten physikalischen Ablauf der
Nachformierung der übrigen Kondensatoren beeinflussen können.