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Elektrolytkondensator mit flüssigem Elektrolyten Die Erfindung bezieht
sich auf einen Elektrolytkondensator, der einen flüssigen, sauer oder basisch reagierenden
Elektrolyten enthält und insbesondere von einem metallischen, dünnen, möglichst
dicht verschlossenen Gehäuse umgeben ist, das wiederum von einem starken, mechanischen
Beanspruchungen gewachsenen äußeren Gehäuse umschlossen ist.
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Es ist bekanntlich schwierig, bei Elektrolytkondensatoren mit flüssigem
Elektrolyten einen feuchtigkeitsdichten Abschluß zwischen Deckel und Elektrolytbehälter
zu erzielen. Der Abschluß von Elektrolytkondensatoren zur Verhinderung des Auslaufens
des Elektrolyten ist aber besonders wichtig, weil hiervon eine sichere Wirkungsweise
abhängt. Bei einigen Ausführungsformen von Elektrolytkondensatoren wird diese Schwierigkeit
dadurch umgangen, daß der zunächst flüssige Elektrolyt durch geeignete Zusätze eingedickt
wird.
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Aber auch bei Kondensatoren mit eingedicktem, sogenanntem trockenem
Elektrolyten kann es vorkommen, daß der Elektrolyt im Betrieb flüssig wird und aus
dem Kondensatorkörper entweicht. Der ausgetretene Elektrolyt kann dann ebenfalls
leicht die Gehäusewand angreifen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles hat man den Hohlraum
zwischen dem Gehäuse und dem Kondensatorkörper mit einer saugfähigen Masse ausgefüllt,
die den ausgetretenen Elektrolyten aufnimmt. Außerdem lassen sich nicht bei allen
Elektrolytkondensatoren eingedickte Elektrolyte verwenden, z. B. bei den neuerdings
immer häufiger zur Verwendung kommenden Tantalkondensatoren mit Sinterkörpern. Bei
diesen Kondensatoren müssen dünnflüssige Elektrolyte, meist starke Säuren, z. B.
Schwefelsäure, benutzt werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Ausführungen
eines flüssigkeitsdichten Abschlusses den Anforderungen, z. B. bei Tantalkondensatoren,
nicht genügen, da selbst bei den kleinsten Undichtigkeiten im Gehäuse die Säure
leicht austritt und daher Zerstörungen am Kondensatorgefäß und an anderen elektrischen
Bauelementen verursachen kann, selbst wenn der Elektrolyt von einer saugfähigen
Masse zwischen dem Gehäuse und dem Kondensatorkörper aufgenommen wird. Auch der
aufgesaugte stark saure oder basische Elektrolyt steht mit der Gehäusewand in Kontakt,
so daß auch durch die saugfähige Masse eine Korrosion des Gehäuses nicht vermieden
wird.
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Ferner kann bei Elektrolytkondensatoren gelegentlich der Fall eintreten,
daß im Betrieb, z. B. durch falsche Polung, überbeanspruchung, hohe Betriebstemperatur
usw., im Innern des Kondensators beachtliche Gasmengen durch Elektrolyse des Elektrolyten
infolge des stets vorhandenen Reststromes entstehen. Wenn keine Expansionsmöglichkeit
für die über dem Elektrolyten befindlichen Gase vorhanden ist, besteht die Gefahr,
daß das Gehäuse durch den entstehenden überdruck undicht wird und der Elektrolyt
ausläuft. Um das Entweichen der Gase zu ermöglichen, kann man am Kondensatorgehäuse
Ventile anbringen, die sich nur öffnen, wenn ein bestimmter überdruck im Kondensator
vorherrscht. Durch dieses Ventil soll an sich vermieden werden, daß Flüssigkeit
aus der Auslaßöffnung heraustritt. In der Praxis zeigt es sich aber, obwohl auf
einen dichten Verschluß größte Sorgfalt gelegt wird, daß der Austritt der Elektrolytflüssigkeit
nie ganz vermieden werden kann, sobald sich das Ventil zum Gasauslaß öffnet. Auch
hier zeigt sich also der Nachteil, daß Teile des Kondensatorgefäßes oder andere
Bauteile durch einen chemisch aktiven Elektrolyten angegriffen werden können.
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Man hat zwar versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß man
das Ventil durch eine Kappe abdeckt und den Hohlraum zwischen Kappe und Ventil mit
einer saugfähigen Masse, z. B. mit Holz-oder Glaswolle, füllt. Da aber bei den hier
betrachteten Elektrolytkondensatoren die Füllflüssigkeit chemisch aktiv ist und
oft einen sauren Charakter hat, werden dennoch Teile des Kondensatorgefäßes zersetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden,
also das Austreten der Elektrolytflüssigkeit aus dem Gehäuse unter allen Umständen
zu verhindern, was bisher besondere und kostspielige Maßnahmen erforderte, und den
Elektrolytkondensator so aufzubauen, daß gleichzeitig ein mechanischer
Schutz
gegen Explosionsgefahr bei entstehendem überdruck im Kondensator ermöglicht wird.
Zu diesem Zweck wird eine bekannte Ausführungsform eines Elektrolytkondensators
verwendet, die darin besteht, daß der Elektrolytkondensator zunächst von einem metallischen;
dünnen, möglichst dicht verschlossenen Gehäuse umgeben wird, das seinerseits von
einem starken, mechanischen Beanspruchungen gewachsenen äußeren Gehäuse umschlossen
ist. Bei dem bekannten Elektrolytkondensator ist zwischen dem inneren und äußeren
Gehäuse ein stoßdämpfender Stoff, z. B. Wachs, angeordnet, um auf diese Weise einen
größeren Schutz gegen mechanische Verletzungen der empfindlichen Kondensatorwickelteile
zu erzielen.
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Demgegenüber wird bei einem Elektrolytkondensator mit einem flüssigen,
sauer oder basisch reagierenden Elektrolyten und einem zwischen dem Kondensatorkörper
und dem äußeren Gehäuse mit einer saugfähigen Masse angefüllten Hohlraum gemäß der
Erfindung vorgeschlagen, daß die saugfähige Masse Zusätze enthält, welche sich mit
dem Elektrolyten ohne Gasbildung zu neutral reagierenden Stoffen umsetzen.
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Die Wirkungsweise des Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung besteht
darin, daß im Falle des Austretens der Elektrolyt$üssigkeit aus dem inneren Behälter
diese zunächst von dem saugfähigen Stoff aufgenommen und von den darin enthaltenen
Zusatzstoffen chemisch neutralisiert wird, so daß das äußere Gehäuse vor der Einwirkung
des Elektrolyten und somit der Zersetzung geschützt bleibt. Auf diese Weise wird
erreicht, daß der Elektrolytkondensator nach außen vollkommen flüssigkeitsdicht
abgeschlossen ist. Da ferner das äußere Gehäuse aus festem und widerstandsfähigem
Material besteht, bietet es gleichzeitig einen mechanischen Schutz bei Explosion
infolge des im Innern des Kondensators entstehenden Gasüberdruckes bei unvorschriftsmäßigem
Betrieb.
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Die Ausführung- eines Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung bietet
zudem noch den Vorteil, daß man infolge des verwendeten äußeren Gehäuses aus kräftigem
Material die Maßnahme durchführen kann, die innere Gefäßwandung aus sehr dünnem
Blech herzustellen, das leicht und billig durch Falzen oder Löten möglichst flüssigkeitsdicht
gemacht werden kann. Derartige dünnwandige Gefäße besitzen eine gute Elastizität,
so daß man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der inneren Gefäßwandung leicht
jede gewünschte Form geben kann. Insbesondere kann das innere Gefäß ziehharmonikaartig
ausgebildet werden, so daß bei entstehenden überdrucken im Kondensator ohne weiteres
eine Raumvergrößerung des Gefäßes möglich ist.
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Obwohl diese Ausführungsform eines Elektrolytkondensators genügenden
Raum für die im Kondensator während des Betriebes entstehenden Gase bietet, ist
es aber gegebenenfalls zweckmäßig, eine weitere Schutzmaßnahme zu treffen, indem
man die Wandung des inneren Gehäuses an der zu verschließenden, offenen Seite verstärkt
und an einer anderen Stelle schwächt, z. B. einkerbt. Durch diese Maßnahme soll
erreicht werden, daß bei bestimmtem überdruck im Gehäuse dieses nicht an den Dichtungsteilen,
sondern an der eingekerbten Stelle aufreißt und so das Entweichen der Gase ermöglicht
wird. Das äußere Gehäuse kann auf Grund seiner starkwandigen Ausbildung den Gasdruck
aufnehmen. Ferner bietet natürlich das äußere, starkwandige Gefäß genügend Schutz
für den Elektrolytkondensator, falls dieser bei dem Einbau in irgendwelche Geräte
starken Beanspruchungen durch Stoß und Druck ausgesetzt ist. Auch wirkt die zwischen
dem inneren und äußeren Gehäuse befindliche, saugfähige Masse bei mechanischen Erschütterungen
stoßdämpfend. Als Material für die saugfähige Masse haben sich Kieselgur, Kaolin,
Silikagel oder Ton oder ein Gemisch dieser Stoffe als besonders zweckmäßig erwiesen.
Diese Stoffe können noch Spuren von Flüssigkeit aufnehmen und festhalten.
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Im folgenden wird die Erfindung bei Anwendung auf einen Tantal-Elektrolytkondensator
erläutert, und zwar an Hand der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch einen solchen
Kondensator zeigt.
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Mit 1 ist ein aus Tantal bestehender Sinterkörper bezeichnet, der
mit einer Oxydhaut überzogen ist und die Anode bildet. Die andere Elektrode, die
Kathode, besteht vorzugsweise aus einem dünnwandigen Silberbecher 2, der zur Aufnahme
des Elektrolyten 3 dient. Als solcher wird z. B. Schwefelsäure verwendet. Die Wandung
des Elektrolytbehälters 2 ist an der offenen Seite 4 flanschförmig ausgebildet und
verstärkt und weist an einer anderen Stelle eine Einkerbung 5 auf. An der oberen
Seite ist das Gefäß 2 mittels einer den Deckel bildenden Tantalplatte 6 unter Einfügung
einer isolierenden Zwischenlage 7 durch Verbördelung möglichst flüssigkeitsdicht
abgeschlossen. Die Tantalplatte 6 dient gleichzeitig als Träger für die Elektrodenzuführung
8, die wiederum als Halteglied für den Sinterkörper 1 wirkt. Zwischen dem Elektrolyten
und dem Becherverschluß verbleibt ein mit Luft gefüllter Zwischenraum 9, der die
im Betrieb entwickelten Gase aufnimmt. Um das Entweichen dieser Gase bei bestimmtem
überdruck zu ermöglichen, dient die bereits genannte Einkerbung 5. An dieser Stelle
kann die flüssige Schwefelsäure in. den Raum 10 eintreten, der mit einer saugfähigen
Masse, z. B. mit Kieselgur, gefüllt ist und der durch das äußere Gehäuse 11 aus
stärkerem Metall abgeschlossen ist. Dieses kann vorzugsweise aus säurefestem Stahl
bestehen oder auf der Innenseite mit einer Bleiauflage versehen sein. Auf der Innenwandung
des äußeren Gehäuses befindet sich ferner eine isolierende Zwischenlage 12, welche
die Tantalplatte 6, die am äußeren Gehäuse anliegt, um eine Bewegung des inneren
Behälters innerhalb des Gehäuses zu vermeiden, von diesem elektrisch isoliert. Aus
dem gleichen Grunde sitzt der Elektrolytbehälter 2 auf dem Boden des äußeren Gehäuses
auf. Der saugfähigen Masse im Raum 10 sind nun Stoffe zugesetzt, welche die an der
Einkerbung oder an einer anderen undichten Stelle austretende Schwefelsäure neutralisieren.
Als Zusatzstoff kommt z. B. Bleioxyd in Betracht, das sich mit der austretenden
Schwefelsäure zu Bleisulfat und Wasser gemäß der Reaktionsgleichung Pb O -I- H2
S 04 = Pb S 04 i- H2 O umsetzt. An Stelle von Bleioxyd können auch andere geeignete
Metalloxyde, wie Bariumoxyd, Kalziumoxyd oder Zinkoxyd verwendet werden.
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Auf diese Weise wird also verhindert, daß Teile des Kondensatorgefäßes
oder andere Bauteile durch die chemisch aktive Schwefelsäure angegriffen werden.
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Von den elektrischen Anschlußleitungen 13 und 14 ist eine direkt am
Gefäßboden des als Kathode wirkenden Elektrolytbechers befestigt und besteht aus
Kupferdraht, während die andere aus Nickel-Kupfer-Draht, der in elektrischer Verbindung
mit dem Ta-
Sinterkörper steht, isoliert aus dem Gehäuse 11 herausgeführt
ist. An der Durchführungsstelle ist das äußere Gehäuse mittels einer Glasperle 15
dicht verschlossen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Tantal-Elektrolytkondensatoren, sondern.
auch auf andere Elektrolytkondensatoren, die einen flüssigen, chemisch aktiven Elektrolyten
enthalten, mit gleich gutem Erfolg anwendbar. Gegebenenfalls ist es auch möglich,
die Erfindung auf andere elektrische Bauelemente anzuwenden, die einen solchen Elektrolyten
enthalten und bei denen die dargelegten Forderungen bestehen, z. B. die nach Schutz
vor chemischen Angriffen des Gehäuses durch den Elektrolyten.