DE1963865U

DE1963865U - Trockener elektrolytkondensator.

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Publication number: DE1963865U
Application number: DE1965N0017081
Authority: DE
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-01-17
Filing date: 1965-01-14
Publication date: 1967-07-13
Also published as: NL6400306A; AT254351B; GB1055362A; ES308133A1

Description

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N 17 081/21g Gm

ΪΓ. V. Philip θ 'Gioeilampenfabrieken

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Niederlande

"Trockener Elektrolytkondensator"

Die Neuerung bezieht sich auf einen trockenen Elektrolytkondensator, der eine im wesentlichen durch eine Folie aus fUmbildendem Metall gebildete Anode, die mit einer dielektrischen Oxydhaut versehen ist, ein mit einem oxydischen Halbleitermaterial, das mit der dielektrischen Oxydhaut der Anode in Berührung ist, imprägniertes Trennmaterial, und ein metallenes Stromzuleitungsglied (Kathode) für dieses Halbleitermaterial enthält,

Elektrolytkondensatoren, bei denen die Stromzufuhr zur Aussenseite der elektrischen Oxydschicht auf der Anode von einem festen Halbleitermaterial, in der Regel einem halbleitenden Metalloxyd, wie den höheren Oxyden von Blei, Nickel und Mangan, besorgt wird, haben in bezug auf Elektrolytkondensatoren, bei denen diese Stromzufuhr über einen flüssigen oder pastenartigen Elektrolyten erfolgt, den Vorteil, dass sie Innerhalb eines viel weiteren Temperaturbereiches praktisch brauchbar sind. Deshalb eignen sie sich auch besser zur Verwendung in Geräten und Systemen, die grö'sseren Temperaturschwankungen ausgesetzt

PHN 2/Ka - 2 -

sind oder infolge der erforderlichen gedrängten Bauart mit geringer Kühlungsmöglichkeit eine verhältnismässig hohe Betriebstemperatur aufweisen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass keine Lackage des Elektrolyten aus dem Kondensator auftreten kann, so dass bei gedrängtem Bau von Geräten oder Systemen mit solchen trockenen Elektrolytkondensatoren, die auch als feste Elektrolytkondensatoren bezeichnet werden, keine Verunreinigung benachbarter Schaltelemente stattfinden kann. Im allgemeinen besteht in der elektronischen Technik., bei der die Kompliziertheit und die Ausdehnung der Geräte ständig zunehmen, bereits seit Jahren ein wachsendes Bedürfnis nach möglichst zweckmässiger Ausnutzung des verfügbaren Raumes,

Die Neuerung bezweckt, in bezug auf die eingangs erwähnten trockenen Elektrolytkondensatoren dieses Bedürfnis dadurch zu befriedigen, dass sie derartige Kondensatoren mit möglichst hoher Kapazität je Volumeneinheit schafft.

Bei einem bekannten Kondensator von eingangs erwähnten Typ, bei dem sowohl die Anode als auch die Kathode aus einer Aluminiumfolie bestehen, sind die Anode und die Kathode unter Zwisehenlegung eines Trennmaterials, das das oxydische Halbleitermaterial enthält, zusammen zu einem Wickel gerollt, wie dies bei den eigentlichen Elektrolytkondensatoren üblich ist, bei denen das Trennmaterial mit einem dickflüssigen oder pastenartigen Elektrolyten imprägniert ist. Die Neulrung beruht auf der Erkenntnis, dass die höhere Leitfähigkeit des bei trockenen Elektrolytkondensatoren verwendeten Materials im Vergleich zu derjenigen des pastenartigen Elektrolyten bei den heutigen echten Elektrolytkondensatoren es erlaubt, eine Verringerung des Volumens eines Trockenkondensators dadurch zu erhalten, dass nicht jedem Teil der Anode gegenüber und von ihm durch das Trennmaterial getrennt ein diesem Teil zugeordneter Teil der Kathode angeordnet wird«

Gemäss der Neuerung ist bei einem Kondensator eingangs erwähnter Art nur die Anode unter Zwisehenlegung des mit oxy-

dischein Halbleitermaterial imprägnierten Trennmaterials zu einem Paket gefaltet, gestapelt oder gewickelt, welches Paket von der Kathode umgeben wird, die ringsum dieses Paket mit dem oxydischen Halbleitermaterial in Berührung steht»

Es sei bemerkt, dass diese Bauart früher bei Elektrolytkondensatoren mit mehr oder wenig ausgesprochen flüssigem Elektrolyten üblich war. Bei der"Einführung von mehr pastenartigen Elektrolyten ist man allgemein zum heutigen Aufbau übergegangen, bei dem eine Anodenfolie und eine Kathodenfolie gemeinsam gewickelt werden. Diesen Aufbau hat man bei den bekannten Trockenkondensatoren mit gewickelter Anode ohne weiteres übernommen* Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass, wenn man bei Trockenkondensatoren auf den früher bei Kondensatoren mit flüssigem Elektrolyten verwendeten Aufbau zurückgreift, der mit diesem Aufbau verbundene Volumengewinn erzielbar ist, ohne dass die praktische Brauchbarkeit dieser Kondensatoren nachteilig beeinflusst wird.

Die Anodenfolie kann, wie dies für Kondensatoren eingangs erwähnter Art bekannt ist, zur Vergrösserung der Oberfläche geätzt sein. Diese Ätzung kann soweit fortgesetzt sein, dass die Folie "durchgeätzt" ist. Eine solche Folie weist von der einen zur anderen Seite der Folie laufende mikroskopische Perforationen auf. Gemäss einer weiteren Äusführungsform der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Folie, gegebenenfalls neben solchen mikroskopischen Perforationen, mit makroskopischen Perforationen, das heisst, Perforationen mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von mindestens 1 mm, versehen ist. Auf diese Weise können die Stromwege von der Kathode zu mehr innen liegenden Teile der Anode verkürzt werden.

Die Neuerung wird nachstehend an Hand der Zeichnung durch drei Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen die :

Figuren 1 und 2 zwei senkrecht aufeinanderstehende Längsschnitte

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durch einen trockenen Elektrolytkondensator mit gefalteter Anode,

Figur J zeigt einen Längsschnitt durch einen trockenen Elektrolytkondensator mit gestapelter Anode, während

Figur 4 einen längs der Linie VI-VI der Figur jü> geführten Querschnitt durch diesen Kondensator zeigt.

Die Figuren 5 und 6 stellen einen trockenen Elektrolytkondensator mit gewickelter Anode dar. Figur 5 zeigt eine Seitenansicht, bei der ein Teil der rechten Hälfte im Längsschnitt dargestellt ist, während von einem Teil der linken Hälfte die umhüllende Kathode entfernt ist. Figur 6 zeigt einen längs der Linie VI-VI der Figur 5 geführten Querschnitt durch diesen Kondensator.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte trockene Elektrolytkondensator besteht aus einem Metallgehäuse 1 mit rechteckigem Querschnitt, das oben darch einen z.B. aus Kunststoff bestehenden Isolierdeckel 2 verschlossen ist, über den sich eine Isolierschicht 5, z.B. eine Kunstharzschicht, erstreckt. Innerhalb dieses Gehäuses befindet sich die aus einer mit einer dielektrischen Oxydhaut versehenen Aluminiumfolie M-mit einer Dicke von 60 bis 100, z.B. 80, Mikron bestehende Anode des Kondensators, mit der ein durch den Deckel 12 hindurchgeführter Stromzuleitungsdraht 5 verbunden ist. Die Folie 4, die, bevor sie mit einer dielektrischen Oxydhaut versehen wurde, zur Vergrösserung der effektiven Oberfläche chemisch oder elektrolytisch geätzt wurde, ist zusammen mit einem beiderseits angebrachten Streifen Trennmaterial 6, das in diesem Falle aus Glasgewebe mit einer Dicke "5§ bis 100, z.B. ebenfalls 80, Mikron besteht, im Zickzack zu einem Paket gefaltet, das gerade in das Gehäuse 1 einpasst. Das Trennmaterial 6 und die restlichen Räume innerhalb des Gehäuses sind mit einem oxydischen Halbleitermaterial, z.B. Mangandioxyd, ausgefüllt. Dieses Mangandioxyd kann auf bekannte Weise durch Pyrlyse von Mangannitrat erhalten sein, mit dem

das vorher im Gehäuse 1 angeordnete Paket, das aus der Folie 4 und dem Trennmaterial 6 besteht, in Form einer Lösung im Vakuum imprägniert worden ist.

Das Gehäuse 1 bildet die dieses Paket umgebende metallene Stromzuleitung zum halbleitenden Oxyd, das im Paket mit der dielektrischen Oxydhaut der Aluminiumfolie 4 in Berührung steht. Dieses Gehäuse bildet somit das vorstehend als Kathode bezeichnete Stromzuführungsglied und ist am Boden mit einem Stromzuleitungsdraht 7 versehen. Das Gehäuse kann aus Aluminium bestehen, das gegebenenfalls zur Vergrösserung der mit dem halbleitenden Oxyd in Berührung stehenden Oberfläche innen aufgerauht, z.B. geätzt, sein kann.

Der in den Figuren 3 und 4 dargestellte trockene Elektrolytkondensator hat, ebenso wie der Kondensator der Figuren 1 und 2, ein z.B. aus Aluminium bestehendes, oben offenes Gehäuse 30 mit rechteckigem Querschnitt. Innerhalb dieses Gehäuses, das die Kathode des Kondensators bildet, befindet sich ein Paket, das aus mehreren unter Zwischenlegung von aus Glasgewebe bestehenden Trennstreifen 31 aufeinandergestapelten rechteckigen Folien 32 aus filmbildenden Metall, z.B. Aluminium, besteht. Diese Folie 32, die wenigstens auf dem im erwähnten Paket aufgenommenen Teil mit einer durch Formierung erhaltenen dielektrischen Oxydhaut versehen sind, sind über diesem Paket zusammengebracht und durch einen Niet 33 miteinander und mit einem Stromzuleitungsglied 34 verbunden. Für einen guten elektrischen Kontakt der durch den Niet 33 zusammengefügten Teile ist es erwünscht, wenn auch nicht erforderlich, dass die Folien 32 an dieser Stelle keine ausgesprochene Oxydhaut haben, sie dürfen an dieser Stelle wenigstens nicht formiert sein.

Das aus den Folien 32 und den Distanzhaltern 31 bestehende Paket wird beiderseitig parallel zu den Folien 32 durch eine Schicht Trennmaterial 35 eingeschlossen, die an der Innenwand des Gehäuses 30 anliegt. Die Trennsehichten 31 und 35 sind breiter als die Aluminiumfolien 32, so dass auch die Ränder dieser Folien frei von der Innenwand des Gehäuses 30 gehalten werden. - 6 -

Die Trennschichten J>1 und 35 enthalten ein oxydisches Halbleitermaterial, z.B. Mangandioxyd,, das die elektrische Verbindung zwischen der Aussenseite der dielektrischen Oxydhaut der Anodenfolien 32 und dem die Kathode bildenden Gehäuse 30 herstellt. Dieses Gehäuse ist mittels eines Isolierdeckels 36 verschlossen und weiter mit einem angeschweisstem Stromzuführungsdraht 37 versehen.

Der in den Figuren 5 und β dargestellte trockene Elektrolytkondensator ist ein Wickelkondensator, bei dem der Wickel durch Aufwickeln einer die Anode bildenden und mit einer dielektrischen Oxydhaut versehenen Aluminiumfolie 50 zusammen mit einem aus Glasgewebe bestehenden Trennstreifen 5I und einen durchlaufenden Aluminiumdraht 52 gebildet ist, an dem ein Ende der Aluminiumfolie 50 festgeschweisst ist. Um diesen Wickel ist mit etwas mehr als einer Windung eine die Kathode bildende und vorzugsweise aus Aluminium bestehende Metallfolie 53 herumgeschlungen. Die Breite der Folie 53 ist grosser als die axiale Länge des durch die Anodenfolie 50 und den Trennstreifen 5I gebildeten Wickels. Die von den vorstehenden Rändern der Folie 53 ^an den Stirnflächen des Wickels gebildeten Räume sind mittels eines Isolierdeckels oder einer Isoliermasse 5^- abgeschlossen, durch den bzw. die die Enden des Drahtes 52, der die Stromzuleitung für die Anodenfolie 50 bildet, hindurchgeführt sind.

Der Trennstreifen 5I, der breiter als die Anodenfolie 50 ist und diese völlig in sich einschliesst, enthält ein oxydisches Halbleitermaterial, z.B. Mangandioxyd, das, wie vorstehend bei der Beschreibung des durch die Figuren 1 und 2 dargestellten trockenen Elektrolytkondensators angegeben ist, durch Pyrolyse von Mangannitrat erhalten sein kann. Zu diesem Zweck ist vorher der aus der Anodenfolie 50 und dem Trennstreifen 5I bestehende und von der Kathode 53 umgebende Wickel mit diesem Mangannitrat in Form einer Lösung im Vakuum imprägniert.

Wenn die die Kathode bildende Folie 53 ^auf vorstehend erwähnte Weise aus Aluminium besteht, ist es vorteilhaft, dass die dem

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Wickel zugekehrte Seite dieser Folie eine vergrösserte Oberfläche hat oder aber mit einer leitenden Schicht versehen ist, die der Bildung einer isolierenden Oxydhaut auf dieser Seite der Folie 53 entgegenwirkt. Diese leitende Schicht kann z.B. aus Platinschwarz bestehen. Es ist jedoch auch möglich,, als Material für die Folie 53 ein anderes Metall, z.B. Kupfer oder Zinn, zu wählen.

Dadurch, dass der Draht 52 auf beiden Seiten herausragt, kann der in den Figuren 5 ^un<^ 6 dargestellte Kondensator als Durchführungskondensator Verwendung finden. Es dürfte einleuchten, dass an Stelle einer um den Wickel herumgeschlungenen Folie ein den Wickel umgebendes, auf einer Seite offenes Gehäuse, das dem Gehäuse der vorstehenden Ausführungsbeispiele entspricht, als Kathode Verwendung finden kann. Dieses Gehäuse hat dabei vorzugsweise einen .kreisförmigen Querschnitt. In diesem Fall lässt man den Draht 52 an nur einem Ende aus dem VIiekel herausragen.

Bei den vorstehenden Beispielen wird als Material für die die Anode bildende Folie stets Aluminium benutzt. Obgleich dieses Material mit Rücksicht auf den Preis und die Bearbeitbarkeit zu bevorzugen ist, ist es nicht das einzige Material, das für die Anode in Betracht kommt. Erforderlich ist, dass die Anode aus einem Metall besteht, das auf der Oberfläche durch Oxydation (Formierung) mit einer dielektrischen Oxydhaut versehen werden kann. Andere Metalle dieser Art, die auch als Ventilmetalle bezeichnet werden, sind z.B. Tantal, Zirkon, Niob und Titan. Statt Aluminiumfolie kann für die Anode der vorstehend beschriebenen Kondensatoren auch Tantalfolie Verwendung finden.

Beim Kondensator nach der Neuerung befindet sich die Kathode ausschliesslich auf der Aussenseite eines Paketes, das durch Stapeln, Falten oder Wickeln einer Anodenfolie zusammen mit einem oder mehreren Trennstreifen gebildet ist. Die Kathode besitzt keine Teile, die wie bei den bekannten Wickelkonden-

satoren einen Teil dieses Paketes bilden. Die Leitfähigkeit des die elektrische Verbindung zwischen dieser Kathode und der dielektrischen Oxydhaut der Anodenfolie herstellenden oxydischen Halbleitermaterials ist hoch genug, um bei den üblichen Niederspannungskondensatoren keinen störenden Widerstand herbeizuführen. Der Widerstand, den der Strom durch das oxydische Halbleitermaterial erfährt., lässt sich noch dadurch verringern, dass die Anodenfolie makroskopisch gelocht wird. Hierbei kann z.B. an Löcher mit einem Durchmesser von etwa 1 mm gedacht werden; wenn z.B. 5 solcher Löcher je

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cm regelmässig über die Fläche der Anodenfolie verteilt angebracht werden, bedeutet dies höchstens einen Verlust an Nutzoberfläche von etwas mehr als 15 %· Infolge der Tatsache, dass durch diese Löcher die mittlere Länge des Stromweges von der Kathode zur Anodenfolie, jedenfalls bei einem Wickel, wie er in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, erheblich gekürzt wird, lässt sich ein dünnerer Trennmaterialstreifen verwenden. Dadurch ist es möglich, trotz der Vergr'össerung der Länge der Anodenfolie, die dazu erforderlich ist, um den Oberflächenverlust und somit den Kapazitätsverlust infolge der erwähnten Perforationen auszugleichen, dennoch mit einem kleineren Volumen auszukommen als ohne diese makroskopischen Löcher.

Die Volumenersparnis, die durch die Neuerung erzielt wird, ist am deutlichsten bei der Ausführung nach den Figuren 5 und 6 erkennbar. Bei Verwendung von gleich dickem Trennmaterial würde der bekannte gewickelte Trockenkondensator einen fast zweimal grösseren Rauminhalt beanspruchen als ein Kondensator nach den Figuren 5 und 6 mit dergleichen Kapazität. Der Wickel des letzteren Kondensators enthält nämlich keine Kathodenfolie und nur einen Trennmaterialstreifen, während bei den bekannten gewickelten Trockenkondensatoren der Wickel eine Kathodenfolie enthält, die beiderseits durch einen Trennmaterialstreifen von der Anodenfolie getrennt ist.

Claims

Schutzansprüche;

1. Trockener Elektrolytkondensator, der eine im wesentlichen aus einer Folie aus filmbildendem Material bestehende Anode, die mit einer dielektrischen Oxydhaut versehen ist, ein mit einem oxydischen Halbleitermaterial, das mit der dielektrischen Oxydhaut der" Anode in Berührung steht, imprägniertes Trennmaterial und ein metallenes Stromzuführungsglied (Kathode) für dieses Halbleitermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Anode unter Zwischenlegung des mit oxydischem Halbleitermaterial imprägnierten Trennmaterials zu einem Paket gefaltet, gestapelt oder gewickelt ist, welches Paket von der Kathode umgeben ist, die ringsum dieses Paket mit dem oxydischen Halbleitermaterial in Berührung steht*

2. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode ein formbeständiges zylindrisches oder prismatisches Gehäuse des Kondensators bildet, in das das aus der Anode und dem Trennmaterial bestehende Paket vor der Imprägnierung des Trennmaterials mit dem oxydischen Halbleitermaterial eingeschoben„ist.

J>. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, bei dem die Anode und das Trennmaterial einen Wickel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode aus einer den Wickel umgebenden und beiderseits vorstehenden Metallfolie besteht.

4. Elektrolytkondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Anode bildende Folie mit makroskopischen Löchern versehen ist.