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Elektrolytkondensator Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator
mit einem die Anode und den Elektrolyten aufnehmenden Kathodenbecher, der durch
eine von dem Anodenanschluß durchsetzte, scheibenförmige Dichtungsscheibe unter
Wahrung eines Hohlraumes gegenüber dem Elektrolyten abgeschlossen ist.
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Bei den bekannten Kondensatoren dieser Art ist zur Halterung einer
Isolierscheibe und einer Dichtungsscheibe eine ringsum laufende Sicke in dem Kathodenbecher
erforderlich. Diese Sicke hat den Nachteil, daß sie es unmöglich macht, den Anodenkörper
mit kleinstem Abstand von der Innenwand des Bechers einzubauen, es sei denn, daß
man die Sicke erst nach dem Einbau des Anodenkörpers einprägt, was jedoch fertigungstechnisch
unzweckmäßig ist, weil das Anbringen einer Sicke und das Umbördeln des Becherrandes
üblicherweise in zwei Fertigungsgängen erfolgt. Außerdem ist bei dem bekannten Elektrolytkondensator
der Anodenkörper in axialer und radialer Richtung nicht gehaltert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolytkondensator
der eingangs erwähnten bekannten Bauart so auszubilden, daß er die optimale Ausnutzung
des Becherinnenraumes zur Erzielung einer möglichst hohen Kapazität bei gleichzeitig
hoher Schüttelfestigkeit gewährleistet.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Anodenkörper zwischen
einem an sich bekannten bodenseitigen Zentrierträger und einem vorzugsweise trichterförmigen,
die Dichtungsscheibe tragenden Abstandshalter radial und axial gehaltert ist und
daß Dichtungsbeläge der Scheibe, der Becherinnenwand und des herausgeführten Anodenanschlusses
zu einer zusammenhängenden Abdichtungsschicht verschmolzen sind.
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Die durch das Fehlen einer Sicke in dem Becher bedingte erfindungsgemäße
Abdichtungsart ist zudem unabhängig von irgendwelchen im Laufe der Zeit zwangläufig
abnehmenden Druckkräften.
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Bei dem erfindungsgemäßen Elektrolytkondensator ist der Anodenanschluß
im Bereich des Durchganges durch die Dichtungsscheibe mit einem überzug aus Dichtungsmasse
versehen. Ebenso ist die Becherinnenwand im Bereich der Berührung mit dem Umfang
der Dichtungsscheibe mit einem bandförmigen Belag aus Dichtungsmasse ausgerüstet.
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Vorzugsweise besteht der Dichtungskörper aus mindestens zwei Scheiben,
zwischen welchen sich Dichtungsmasse befindet.
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Die vorzugsweise poröse Anode und der Abstandshalter können aus Tantal
oder Niob bestehen, wobei der Elektrolyt einen überschuß an Silberionen oder an
Kupferionen über die in ihm lösbare Menge aufweist.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrolytkondensators wird
in der Weise verfahren, daß der Anodenanschluß von einer Stelle etwas oberhalb der
Anodenstirnseite aus bis zu einer Stelle oberhalb des Dichtungskörperrandes mit
einem überzug aus klebfähiger, wasser- und elektrolytabstoßender Dichtungsmasse,
vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, versehen wird, daß hierauf der Abstandshalter
auf die Anode aufgesetzt wird, daß die Innenwandung des Kathodenbechers im Bereich
der Berührung mit dem Umfang des Dichtungskörpers mit einer bandförmigen Schicht
aus ebensolcher Dichtungsmasse versehen wird, daß der bei mehrlagiger Ausführung
in seinen Zwischenschichten mit ebensolcher Dichtungsmasse versehene Dichtungskörper
auf den Abstandshalter aufgesetzt wird, daß nach Einfüllen einer bestimmten Elektrolytmenge
die den Abstandshalter und den Dichtungskörper tragende Anode in den Kathodenbecher
eingeführt wird, gegen dessen Boden sie mit dem Anodenträger abgestützt wird, und
daß schließlich durch Einwirkung von Druck und/oder Wärme die Dichtungsmassen zum
gegenseitigen Zusammenfließen gebracht werden, worauf in an sich bekannter Weise
der überstehende Rand des Kathodenbechers zur Halterung des Dichtungskörpers und
der sich gegen ihn abstützenden Teile umgebördelt wird.
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Die Figuren erläutern die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.
Es stellt dar F i g. 1 einen Kondensator im Achsschnitt vor dem Zusammenpressen
der Dichtungsscheiben, F i g. 2 den fertigen Kondensator, F i g. 3 die einzelnen
Teile des Kondensators, in Längsachsenrichtung voneinander abgerückt.
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In dem Kathodenbecher 11 befindet sich der Anodenkörper 12,
der axial und radial durch einen Zentrierträger 13 gesichert ist. An dem
Boden 14 des Bechers 11 ist der Kathodenanschluß 15 unter Verwendung
des
Lotes 16 angelötet. In dem Becher befindet sich der Elektrolyt 17, dessen Spiegel
bis etwa zur Oberkante der Anode 12 reicht. Das obere Ende des Bechers 11, aus welchem
der Anodenanschluß 18 herausgeführt ist, ist durch einen mit Dichtungsmasse 19 sowohl
gegen den Becher wie gegen den Anschluß 18 abdichtenden Dichtungskörper 20. abgeschlossen.
Dieser ist gegenüber der Anode 12 in seiner Lage durch ein vorzugsweise trichterförmiges
Abstandsstück 21 fixiert, so daß über dem Elektrolyten ein freier Raum vorhanden
ist, der die durch höhere Temperaturen erfolgenden Ausdehnungen des Elektrolyten
und des im Betrieb des Kondensators sich bildenden Dampfes bzw. Gases ohne Gefährdung
der Abdichtung aufzunehmen gestattet. Der Abstandhalter 21 kann von relativ geringer
Stärke sein, so daß er nur wenig Raum beansprucht. Vorzugsweise besteht er aus demselben
Werkstoff wie die Anode, so daß er auch eine relativ hohe mechanische Festigkeit
besitzt.
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Die Abdichtung erfolgt mittels zweier Kunststoffscheiben
20 a und 20 b und einer inerten, ausreichend elastischen, klebfest
haftenden Masse 19, welche drei Funktionen hat, nämlich die der festen Haftung an
den genannten elektrischen Metallteilen, ferner die eines elastischen Ausgleichs
unter Wahrung der Abdichtung der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen gegenseitigen
Relativbewegung der in Frage kommenden Teile und schließlich zusammengefaßt die
Abdichtung des Kondensators bezüglich seines Elektrolytinhaltes und der entstandenen
Dampf- bzw. Gasmengen. Wenn es, etwa hinsichtlich der mechanischen Beanspruchbarkeit
der Anschlußleitung 18,
als erforderlich angesehen wird, dann kann der durch
das Umbördeln des Kathodenbecherrandes entstandene Raum zusätzlich noch mit Gießharz
22 vergossen werden, wodurch die an sich schon sehr gute Dichtung noch zusätzlich
gesichert ist.
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Die aus Ventilmetall, wie etwa Tantal oder Niob, bestehende Anode
12 wird in dem Becher 11 in axialer und radialer Beziehung stoß- und schüttelsicher
gehaltert. Hierzu wird ein vorzugsweise dreiarmiger, mit einer Zentrierspitze versehener
Anodenträger 13 aus Kunststoff verwendet (s. USA.-Patent 2758259).
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Der Elektrolyt 17 kann in flüssigem Zustande oder auch in unbeweglicher
Form Verwendung finden; er kann einen geeigneten depolarisierenden Stoff enthalten,
um weitestgehend jede Gasbildung während des Betriebes des Elektrolytkondensators
zu verhindern. Soll der Elektrolyt in unbeweglicher Form verwendet werden, so kann
dem zunächst flüssigen Material ein gelbildendes Mittel zugesetzt werden, das in
Verbindung mit diesem keinerlei schädliche Reaktionen zur Folge hat, z. B. Kieselgel.
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Der Anodenschluß 18 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff
wie die Anode und ist fest mit dieser verbunden. Um den Kondensator später in eine
Schaltung einlöten zu können, ist an den Anodenanschluß 18 ein lötbarer, vorzugsweise
ein verzinnter Nickeldraht 23 angeschweißt. Die Dichtungsmasse ist als Überzug 19a
auf dem Anodenanschluß 18 in der erforderlichen Breite über die beiden Kunststoffscheiben
20 a und 20 b hinaus vorgesehen. Der Abstandhalter 21 ist- so angeordnet,
daß er den Anschluß 18 umschließt und an seiner Auflagestelle auf der Anode 12 möglichst
wenig von deren Fläche bedeckt. An der Innenoberfläche des Bechers in der Höhe der
vorgesehenen Dichtung befindet sich eine in etwa gleicher Breite und Stärke aufgetragene
Dichtungsmasse 19 b; sie erstreckt sich so weit in axialer Richtung, daß sie gegenüber
der späteren fertigen Dichtung noch ausreichend beidseitig übersteht. Die säurefeste
Kunststoffscheibe 20 a liegt direkt auf dem ausreichend stabilen Abstandhalter 21
auf. Zwischen den beiden Kunststoffscheiben 20a und 20b ist eine Schicht
19 c aus Dichtungsmasse vorgesehen, welche zunächst weder den Anodenanschluß
18 noch den Rand der beiden Scheiben berührt.
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Da der z. B. trichterförmige Abstandhalter 21 nur etwas über 1/1o
mm stark zu sein braucht, wird nur wenig Material für ihn benötigt, und trotzdem
ist seine mechanische Festigkeit relativ groß. Auf diese Weise brauchen nicht, wie
es bisher üblich war, relativ dicke Verschlußpfropfen verwendet zu werden, so daß
diesbezüglich die Höhe des Kondensators optimal klein gehalten werden kann und außerdem
seine Betriebseigenschaften einschließlich seines Dichtigkeitsverhaltens verbessert
werden.
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Da die klebfest haftende Dichtungsmasse wasser-und elektrolytabstoßend
ist, wird ein Benetzen der Dichtungsfläche schon während des Zusammenbaues des Kondensators
praktisch verhindert. Als Dichtungsmasse findet eine solche Verwendung, die mit
dem Elektrolyten, z. B. Schwefelsäure, nicht reagiert, die in dem für den Kondensator
in Frage kommenden Temperaturbereich in ihrer Wirksamkeit nicht geschädigt wird
und die auf Stoffen, wie Silber und Tantal bzw. seinem Oxyd, fest und dichtklebend
haftet. Eine solche Masse ist beispielsweise Polyisobutylen; für den vorgesehenen
Dichtungszweck wird ein Polyisobutylen mit einem hohen Polymerisierungsgrad gewählt,
das bei den höchsten, für den. Kondensator vorkommenden Temperaturen noch nicht
fließt, das aber ausreichend plastisch ist. An Stelle von Polyisobutylen können
jedoch auch andere Massen Verwendung finden. Sie müssen jedoch folgende Eigenschaften
haben: 1. eine elektrolytabstoßende Oberfläche bilden sowie inert gegen die verschiedenen
in Frage kommenden Elektrolyte sein, 2. ein ausreichend großes Haftvermögen besitzen,
3. leicht zu handhaben sein, 4. in einem weiten Temperaturbereich (von -55 bis -I-125°
C), ohne zu fließen, anwendbar sein, 5. eine hohe elektrische Festigkeit aufweisen,
6. eine geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf besitzen.
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Die starren Dichtungsscheiben 20a und 20b bestehen z.
B. aus einem Fluor enthaltenden Kunststoff, wie etwa Polytetrafluoräthylen oder
Polytriftuorchloräthylen, die speziell so vorbehandelt sind, daß sie für die vorerwähnten
Dichtungsmassen eine besonders hohe Haftfestigkeit ergeben. Zur Erzielung einer
besonders hohen mechanischen Festigkeit kann die Scheibe 20 b aus mit Glas
verstärktem Kunststoff, z. B. Epoxydharz, bestehen.
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F i g. 2 unterscheidet sich von F i g. 1 lediglich dadurch, daß die
Abdichtung in der endgültigen Form vorliegt. Die starren Kunststoffscheiben
20 a und 20 b sind durch die Dichtungsflächen 19
a, 19 b und 19 c dicht haftend miteinander und mit den
Kondensatorelektroden verbunden. Erreicht wurde dieser Zustand durch Anwendung eines
Druckes, vorzugsweise mit einem erwärmten -Werkzeug, auf die obere
Scheibe
20 b, wodurch die Dichtungsmasse an den verschiedenen Stellen zu einer zusammenhängenden
Schicht zusammenfließen konnte. Anschließend wird dann die Oberkante des Bechers
11 in eine Form entsprechend F i g. 2 umgebördelt, wobei die in axialer Richtung
aufeinanderliegenden Scheiben 20 a und 20 b, der Abstandhalter 21, die Anode
12 und deren Zentrierhalterung 13 unverrückbar fest in Abstützung gegen den Becherboden
14 zusammengedrückt werden. Hierauf wird in die durch das Einbördeln des
Becherrandes gebildete Mulde das Gießharz 22 eingebracht und anschließend
ausgehärtet. Da der Anodenanschluß 18 in diesem Bereich blank ist, ergibt sich eine
gute, d. h. mechanisch feste und dichte Bindung mit dem Gießharz 22, insbesondere
Epoxydharz. Der Abschluß mit Gießharz dient dazu, dem Anodenanschlußdraht einen
mechanisch sicheren Halt zu geben.
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Die F i g. 3 zeigt die Teile des Kondensators in axialer Richtung
auseinandergerückt und erläutert, wie der Zusammenbau zu erfolgen hat. Zunächst
wird der Kathodenbecher 11 (aus Silber oder einem anderen geeigneten Metall) gründlich
gereinigt, so daß sich keine Spuren eines Ölfilmes oder sonstige Verschmutzungen
auf der Oberfläche befinden. An den Becher wird der Kathodenanschlußdraht
15
vorzugsweise angelötet.
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In den Becher wird der Anodenträger 13 eingesetzt. Der Anodenanschluß
18 der Anode 12 wird mit einem Überzug 19a aus einer festklebenden Dichtungsmasse
versehen. Dieser Überzug reicht von einer Stelle etwas oberhalb der Anodenstirnfläche
bis zu einer Stelle über dem aus den Verschlußscheiben 20a und
20b bestehenden Dichtungskörper. Der Überzug wird vorzugsweise bei erhöhter
Temperatur aufgebracht, um eine besonders gute Bindung an den Anodenanschluß sicherzustellen.
Der Abstandhalter 21 wird nach Einführung des Anodenanschlusses auf die Anode aufgesetzt.
Daraufhin wird an der Innenseite des Kathodenbechers 11 aus derselben festklebenden
Dichtungsmasse in einem Bereich, in welchem später der aus den Scheiben20a und
20b
bestehende Dichtungskörper liegt, ein ausreichend breiter Streifen angebracht,
der später bei der fertigen Dichtung über die Ober- bzw. Unterseite der Dichtungsscheibe
hinausragt. Hierauf werden die Dichtungsscheiben 20 a und 20 b über
den Anodenanschluß 18 geschoben. Man kann dabei auch eine mit einer Schicht
aus festklebender Dichtungsmasse lamellierte Scheibe verwenden; bei Verwendung von
zwei getrennten Scheiben 20 a und 20 b wird aus Dichtungsmasse ein Ring 19c auf
eine der inneren Seiten der Scheiben gebracht, der jedoch zunächst nicht bis an
die äußeren Scheibenränder bzw. die Kante des Zentralloches heranreicht. Nunmehr
wird der Elektrolyt (Schwefelsäure H.,S04), welcher Silbersulfat enthält, wenn der
Kathodenbecher 11 aus Silber besteht, bis etwa zum oberen Rand der Anode
12 eingefüllt. Der genannte Depolarisator muß in solcher Menge vorhanden
sein, daß der Elektrolyt (H,S04) damit in beträchtlichem überschuß gesättigt ist
(s. USA.-Patentschriften 2 710 369 und 2 778 979). Sodann wird die Anode sorgfältig
in den Kathodenbecher 11 eingeführt, so daß das dünne überzugsband 19 b aus Dichtungsmasse
nicht beschädigt wird und daß die Anode 12 ausreichende Zeit dem Elektrolyten ausgesetzt
wird, um sich damit weitestgehend aufzufüllen. Die starren Dichtungsscheiben
20 a und 20 b, die sich nun an ihrem Umfang in Kontakt mit dem Dichtungsband
befinden, werden mit einem vorzugsweise erhitzten Werkzeug unter Druck gesetzt,
so daß die Dichtungsschicht 19 c zwischen den beiden Scheiben 20a
und 20b schmilzt und radial sowie auch axial durch die Durchführungsöffnung
für den Anodenanschluß 18 hinausgedrückt wird. Die Dichtungsmasse vereinigt sich
dabei mit der Dichtungsmasse 19a auf dem Anodenanschluß 18 und mit der Dichtungsmasse
19 b an der Innenwand des Bechers 11.
Während die obere Dichtungsscheibe
in ihrer Lage festgehalten wird, erfolgt mit einem anderen Werkzeug das Um- bzw.
Einbördeln des oberen Randes des Bechers, um die Dichtungsscheiben in ihrer endgültigen
Lage festzulegen.
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An den Anodenanschluß 18 wird eine Verlängerung 23, z. B. ein verzinnter
Nickeldraht, angeschweißt. Abschließend wird die durch das Umbördeln des oberen
Becherrandes entstandene Mulde mit Gießharz 22 ausgegossen, das dann ausgehärtet
wird. Die Erfindung ist in erster Linie zur Verwendung an Tantal- und Niob-Kondensatoren
gedacht. Man kann als filmbildende Anodenmetalle aber auch Zirkon, Titan oder Aluminium
verwenden.
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Der erfindungsgemäße Kondensator läßt sich in optimal kleinen Abmessungen
ausführen, jedoch ist dies nicht der einzige Vorteil der Erfindung.