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Kondensator.
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Die Entwicklung neuartiger Verfahren auf dem Gebiete der Elektrotechnik
verlangt die Verwendung von Kondensatoren, deren Leistung eine hohe Resonanzfrequenz
und hohe Stromstärke erlaubt, während geringe Verluste und hohe Zuverlässigkeit
bei geringem Preis verlangt werden.
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Nun sind aber die Leistungen bei verschiedenen Anwendungen in der
Elektronik und Elektrotechnik oft durch die &ualität der auf dem Mark angebotenen
Kcndensatoren begrenzt, gleichgultig in welcher Form diese angeboten werden. Gewöhnlich
werden diese Kondensatoren
in der Weise hergestellt, daß dielektrische
und leitende Bänder um eine Achse herumgewickelt oder dielektrische und leitende
Blättchen glatt aufeinandergestapelt werden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe geetellt, einen preiswert herzustellenden
Kondensator mit deutlich höherer Leistung als bisher üblich zu schaffen.
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Ein erfindungsgemäßer Kondensator mit wenigstens einer dielektrischen
und wenigstens zwei leitenden Schichten ist dadurch gekennzeichnet, daß das aus
diesen Schichten bestehende Band zickzackförmig gefaltet und zu einem prismatischen
Paket zusammengepresst ist und daß Jeder der an wenigstens einer Seite des Paketes
heraustretenden Knicke der leitenden Schichten einen die sichtbaren Teile aller
dieser Knicke dieser leitenden Schichten verbindenden Anschluß aufweist.
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In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt die Erfindung zur Serienfertigung
derartiger Kondensatoren vor, daß aus den verschiedenen Schichten ein fortlaufendes
Band hergestellt wird, dieses gefaltet wird, an einzelnen Stellen transversal zerschnitten
wird und zwischen die Abschnitte Trennelemente eingebracht werden, daß das Ganze
zusammengepresst wird und an den sichtbaren Teilen der verschiedenen leitschichten
zwischen den Trennelementen Anschlüsse angebracht werden und schließlich die Trennelemente
entfernt werden.
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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbe i spiele anhand der beiliegenden Zeichnungen;
es zeigen: Figur 1 eine Draufsicht auf das Band vor dem Falten;
Figur
2 einen Schnitt durch das Band aus Fig. 1 längs der Linie A-A; Figur 3 einen gleichen
Schnitt durch ein zweites A usführungsbe i spiel; Figur 4 das Falten der einen oder
anderen Ausführung; Figur 5 das Zusammenpressen der gefalteten Bahn zur Herstellung
der elektrischen AnschlUsse; Figur 6 und 7 den aus den Bahnen nach Fig. 2 bezw.
3 hergestellten Kondensator in perspektivischer Darstellung; Figur 8 in rein schematischen
Proportionen die Bedeutung der Anschlußfläche an den Faltkanten; Figur 9 einen Schnitt
durch eine Ausführung mit zwei dielektrischen und drei leitenden Schichten; Figur
10 das gefaltete Band der Ausführung nach Fig. 9 in perspektivischer Darstellung;
Figur 11 den fertigen Kondensator in perspektivischer Darstellung; Figur 12 die
elektrische Montage in schematischer Darstellung; Figur 13 einen Schnitt durch ein
Ausführungsbeispiel mit doppelter dielektrischer Schicht; Figur 14 die gefaltete
Bahn dieses Ausführungsbeispiels von der Seite gesehen;
Figur 15
den fertigen Kondensator in perspektivischer Darstellung; Figur 16 in schematischer
Darstellung die Bedeutung der Anschlußfläche an den Biege kanten; Figur 17 einen
Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit dreifacher dielektrischer Schicht; Figur
18 die Faltung eines derartigen Kondensators von der Seite gesehen; Figur 19 und
20 einen Schnitt durch Ausführungsbeispiele mit metallischer bezw. nicht-metallischer
Belegung; Figur 21 und 22 einen Schnitt durch Ausführungsbeispiele mit Anordnung
der beiden Bahnen parallel zueinander; Figur 23, 24 und 25 Schnitte durch weitere
AusfUhrungsbeispiele mit doppelten oder dreifachen dielektrischen Schichten; Figur
26 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines elektro-chemischen Kondensators;
und Figur 27 diesen elektro-chemischen Kondensator in perspektivischer Darstellung.
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Bei den in den Figuren 1 - 8 dargestellten beiden Ausführungs beispielen
wird ein fortlaufendes dielektrisches Sand 1 verwendet, welches in Vakuum recto-verso
unter Freilassung seitlicher Isolierstreifen 2, welche entweder auf beiden Seiten
(Fig. 1 und 2) oder nur auf einer Seite einer Jeden Fläche
vorgesehen
werden, metallisiert wird. Während der Metallisierung im Vakuum, welche unter Abrollen
des Bandes erfolgt, werden die metallischen Ablagerungen 3 und 4 der beiden Flächen
gleichmäßig durch transversale Isolierstreifen 5 unterbrochen, sodaß Jedes metallisiarte
Teilstück 3-4 eine bestimmte Kapazität besitzt. Das auf diese Weise rectoverso metallisierte
Band wird dann auf einer Spule aufgewickelt und kontinuierlich in eine Faltmaschine
eingegeben, welche das Band zickzackförmig faltet, wie dies in Figur 4 dargestellt
ist. Das gefaltete Band wird dann in der Mitte Jedes transversalen Isolierstreifens
5 durchgeschnitten und provisorisch ein Trennkeil aus Kunststoff 6 zwischen die
beiden dadurch entstehenden Abschnitte 7 geschoben. Diese gefalteten Abschnitte
und die Trennkeile werden dann als Ganzes in ein Magazin 8 mit offenen Seitenwänden
eingelegt und zusammengepresst, wie dies in Figur 5 dargestellt ist.
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Jeder der Abschnitte 7 besitzt eine gegebene Anzahl von Falten und
eine bestimmte Kapazität. Auf den Falt- oder Knicklinien der Belegung 3 und der
Belegung 4 wird dann im Metallspritzverfahren Jeweils eine metallische Auflage 9
hergestellt, wodurch eine ausgezeichnete elektrische Verbindung zwischen diesen
Belegungen und den beiden Anschluß~ drähten 10 des Kondensators erzielbar ist, welche
parallel zu den Knicklinien (Fig. 6) oder rechtwinklig zu diesen verlaufen können.
Bei der Ausführung nach Figur 3, gemäß welcher nur auf einer einzigen Seite einer
Jeden Fläche Isolierstreifen freigelassen wurden, können die aufgespritzten Anschlüsse
9 auf die entsprechenden Kanten, welche keinen Isolierstreifen aufweisen (Fig. 7)
ausgedehnt werden, Derartige Ausbildungen erlauben insbßsondere, den Wert Li c/c
des Kondensators zu reduzieren, welcher durch die Eigenveränderung
des
dielektrischen Koeffizienten des das Tragband 1 bildenden Bandes in AbhärBigkeit
von der Temperatur dargestellt wird, die selbstbeilenden Eigenschaften des Dielektrikums
im Falle einer tiberspannung zu konservieren und einen Kondensator herzustellen,
welcher einwandrrei nicht induktiv ist, vorausgesetzt, daß die Knicklinien, welche
mechanisch und elektrisch durch die aufgespritzten Anschlüsse verbunden sind, und
die Impedanz der Belegungen direkt von der Faltentiefe abhangen, wobei die Resonanzfrequenz
selbst für hohe Kapazitäten, für welche die Breite der Belegungen etwa 100 mm beträgt,
wesentlich höher sein kann als bei Wickelkondensatoren, und die Impedanz auf die
Hälfte oder 1/3 des Wertes bei Wickelkondensatoren gesenkt werden kann. Sie ermöglichen
ebenfalls die Jouletschen Verluste in den Belegungen auf etwa 1/4 des üblichen Wertes
bei Wickelkonden satoren zu senken und es ist außerdem eine zwei- bis dreimal so
hohe Stromstärke möglich wie bel Wtckelkondensatoren, wenn die Metallisierungen
mit nur einem seitlichen Isolierstreifen erfolgen, wobei das Aufspritzen der Anschlüsse
auf die Faltkanten auf den gesamten Schnitt der entsprechenden Belegung erfolgen
kann und somit die Fläche gegenüber Wickelkonden satoren verdoppelt oder verdreiRacht
werden kann. Diese Ausbildung begünstigt außerdem den Einsatz derartiger Kondensatoren
in sehr gedrängten Druckschaltungen, indem ein wenig Platz einnehmende Faltung verwendet
wird, wobei die Betriebstemperatur des Kondensators außerdem erhöht werden kann,
indem ebenfalls eine sehr flache Zickzackfaltung erzeugt wird, wobei für hohe KaptzitSten
außerdem zwischen zwei aufeinander folgenden Grundabschnitten Strahlungsschirme
vorgesehen werden können, sodaß durch diese Anordnungen die Temperaturabweichungen
im Dielektrikum auf wenige Grad herabgesetzt werden können.
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Es muß außerdem festgestellt werden, daß, wie Figur 8 zeigt, der aufgespritzte
Metallanschluß auf einer großen Fläche aufliegt, welche für Jeden Knick das Mehrfache
der Decke des Dielektrikums 1 beträgt.
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Bei der Ausführung nach Figur 9 - 12 wird ein erstes dielektrisches
Band 11 verwendet, welches beiderseits metallisiert ist und an der einen Längskante
zwei freie Streifen aufweist, während an der anderen Längskante nur ein freier Streifen
vorhanden ist, sodaß zwei Belegungen 12 und 13 entstehen, und außerdem ein zweites
dielektrisches Band 14 mit einer metallisierten Schicht 15 auf einer Seite, dessen
beide Seitenkanten in gleicher Weise wie beim Band 11 freigelassen wurden. Das Band
11 wird dann auf das Band 14 derart auRgelegt, daß die metallisierte Schicht 13
des Bandes 11 an der nicht-metallisierten Fläche des Bandes 14 anliegt und beide
Bänder um einen Wert e derart versetzt sind, daß die Metallisierung 13 über die
Kante des Bandes 14 übersteht, wie dies in Figur 9 dargestellt ist. Die beiden aufeinanderliegenden
Bänder werden dann zickzackförmig gefaltet, wie dies Fig. 10 zeigt, und schließlich
wie Fig. 11 zeigt, drei Metallschichtdn 16, 17 und 18 aufgespritzt, wobei die beiden
Metallschichten 16 und 17 die Faltkanten der Belegungen 12 bezw.
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13 überdecken und die Schicht 18 an der Kante des Bandes 11 aufgebracht
wird, an welcher die Belegung 13 sichtbar ist.
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Auf diese aufgespritztenMetallschichten 16 17 und 18 werden dann drei
Anschlußfahnen angelötet, sodaß der auf diese Weise erhaltene Kondensator dem Schaltschema
der Figur 12 entspricht und zwei Kapazitäten 19 und 20 enthält, die zwischen den
Anschlüssen 16 und 17 hintereinander liegen, während-zwischen beiden eine Abzweigung
18 vorgesehen ist. Infolgedessen kann der kapazitive Block mit zwei Kapazitäten
16-18 und 17-18 mit
einem gemeinsamen Anschlußpunkt verwendet werden
oder als Einzelkapazität, wenn er in 18 und den miteinander verbundenen Anschlüssen
16 und 17 angeschlossen ist, oder schließlich auch als zwei hintereinanderliegende
Kapazitäten, wenn er nur in 16 und 17 angeschlossen ist.
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Bei der Ausführung nach Figur 13 - 16 werden zwei dielektrische Bänder
21 und 22 verwendet, welche Jeweils nur auf einer Seite metallisiert sind, während
nur eine Seitenkante rreigelassen wurde. Beide Bänder werden dann derart aufeinandergelegt,
daß die beiden nicht-metallisierten Flächen aufeinanderliegen und beide derart gegeneinander
verschoben sind, daß das Band 21 über das Band 22 dort übersteht, wo letzteres eine
freie Seitenkante aufweist, wie dies in Figur 13 dargestellt ist. Beide übereinanderliegenden
Bänder werden dann, wie Figur 14 zeigt, zickzackförmig gefaltet und die Anschlüsse
23 und 24 gemäß Figur 15 aufgespritzt, wobei diese aufgespritzten Anschlußteile
sich auf den Kanten der Bänder 21 und 22 erstrecken, an denen die Metallisierungen
bis an den Rand heranreichen. Ein derartiger Kondensator besitzt zwei dielektrische
Schichten 21 und 22 zwischen den Belegungen 25 und 26 und er kann beispielsweise
bei hohen Betriebsspannungen eingesetzt werden, welche auf Jeden Fall über 250 V
oder 125 Veff 50 Hz liegen, wobei diese Spannungen üblicherweise als Maximalwerte
für Kondensatoren mit einfacher dielektrischer Schicht angenommen werden. Er kann
beispielsweise industriell bei 380 Veff 50 Hz eingesetzt werden. Aus dieser Ausbildung
ergibt sich der große Vorteil, daß der Kondensator, wie dies aus Figur 16 ersichtlich
ist, an den Kanten eine aufgespritzte Metallschicht trägt, was von besonderer Bedeutung
ist, da diese Metallschicht die Kanten der Bänder abdeckt und die Teile dieser Bänder,
welche
infolge der seitlichen Verschiebung e nicht bedeckt sind,
sodaß sich eine hohe mechanische Festigkeit ergibt. Man kann schließlich, wie dies
in den Figuren 17 und 18 dargestellt ist, in die vorgenannte Anordnung ein oder
mehrere dielektrische Zwischenbänder einschieben, welche nichtmetallisiert sind
und zwischen den beiden Bändern 21 und 22 liegen, sodaß sich ein Dielektrikum bildet,
welches bei höheren Spannungen wirksam wird. Bei der Ausführung nach den Figuren
17 und 18 ist nur ein einziges Zwischenband 27 vorgesehen, welches gegenüber den
Bändern 21 und 22 und im gleichen Abstand, d.h. um e/2 versetzt ist.
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Die Ausführungen nach den Figuren 19 und 20 entsprechen praktisch
denen der Figuren 2 und 3 mit dem einzigen Unterschied, daß die unterbrochenen Metallisierungen
4 durch Abschnitte eines Aluminiumbandes 4a ersetzt sind. Zur Montage werden die
Abschnitte 4a auf die einseitig metalisierten dielektrischen Bänder aufgelegt, welche
den Bändern 14-15 und 21-25 der Figuren 9 und 13 analog sind, während der weitere
Aufbau wie bereits beschrieben vor sich geht.
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Bei der Ausbildung nach der Figur 21 werden drei dem Band 22-26 der
Figur 1 analoge Bänder sowie ein dem Band 1-3-4 der Figur 3 analoges Band verwendet.
Diese Bänder werden in der vorhergehenden Reihenfolge derart übereinandergelegt,
sodaß die dielektrischen Bänder mit den Metallisierungen und die nicht-metallisierten
Streifen seitlich abwechseln sowie die geradzahligen Bänder gegenüber den ungeradzahligen
Bändern versetzt sind, sodaß nach dem Falten die Anschlüsse durch zwei aufgespritzte
Auflagen 28 und 29 hergestellt werden können, welche auf den Kantenoaufgebracht
sind, an denen die leitenden Schichten oder Belegungen sichtbar sind,
und
sich auf die Knicklinien der außenliegenden Belegungen 27 und 4 erstrecken können.
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Die Ausbildung nach Figur 22 ist der der Figur 21 identisch mit dem
einzigen Unterschied, daß anstelle des Bandes 1-3-4 ein viertes Band 22-26 angeordnet
wird, dessen Metallisierung zum dritten Band hinweist, sowie eine Reihe von Abschnitten
4v aufweist, die gegenüber dem vierten Band an der Seite ungeradzahliger Bänder
übersteht, um ebenfalls die aufgespritzten Metallauflagen 29 aufzunehmen. Man kann
ebenfalls ein oder mehrere der anderen metallisierten Bänder 22-26 durch ein nicht-metallisiertes
dielektrisches Band 27 und eine Reihe von Aluminiumabschnitten 4b ersetzen.
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Gegenüber den Ausführungen nach Figur 2, 3, 19 oder 20, welche nur
ein einziges Dielektrikum und ein einziges Paar von Belegungen aufweisen, lässt
sich mit den beiden letztgenannten Ausbildungen nach Figur 21 und 22 die gleiche
Kapazität wie bei den anderen Ausbildungen erreichen, Jedoch mit um die Hälfte geringerer
Faltlänge, sodaß in der gleichen Zeit eine doppelte Anzahl an Kapazitäten eines
gegebenen Wertes hergestellt werden können, indem gleichzeitig vier oder fünf Schichten,
(fortlaufende metallisierte Bänder rnit freigebliebenen Streifen oder Reihen von
Aluminiumabschnitten) die zu einer einzigen Lage zusammengelegt wurden, zickzackförmig
gefaltet werden.
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Für die Ausführungen mit mehreren dielektrischen Schichten gemäß Figur
13 oder 17 lassen sich die zu faltenden Längen ebenfalls reduzieren. Zu diesem Zweck
wird gemäß Figur 23 auf die nicht-metallisierte Seite eines Bandes 21-25 ein Band
27 aufgelegt, auf dieses mit seiner metallisierten Seite
ein zweites
Band 21-25, sodann ein zweites Band 27, ein an diesem mit seiner metallisierten
Seite anliegendes drittes Band 21-25 und schließlich ein viertes Band 21-25, welches
mit seiner nicht-metallisierten Seite an''der nicht-metallisierten Seite des dritten
Bandes 21-25 anliegt. Die ungeradzahligen Bänder 21-25 werden dann gegenüber den
Bändern 27 nach der einen Seite und die geradzahligen Bänder nach der anderen Seite
verschoben, sodaß diese beiden Gruppen auf ihren ihren Kanten und eventuell auf
den sichtbaren Knicklinien nach dem Falten die aufgespritzten Aurlagen 28 und 29
aufnehmen.
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Diese Anordnung eignet sich zum Aufbau von Kapazitäten mit zwei dielektrischen
Schichten zwischen den Belegungen wie bei dem Fall nach Figur 13, wobei Jedoch nur
die halbe Knicklänge erforderlich ist.
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Die Ausführung nach Figur 24 ist der nach Figur 23 analog mit dem
Unterschied, daß das vierte Band 21-25 entfällt, daß hinter dem zweiten Band 27
direkt ein drittes Band 27 folgt und daß die metallisierten Flächen des zweiten
und des dritten Bandes 21-25 nach der anderen Seite weisen. Auch die Ausführung
nach Figur 25 ist der nach Figur 23 analog mit dem Unterschied, daß statt des ersten
und des zweiten Bandes 27 Jeweils zwei Bänder 27 vorgesehen sind und zwischen dem
dritten und dem vierten Band 21-25 ein fünftes Band 27 angeordnet ist. Diese beiden
letztgenannten Anordnungen ermöglichen, wie nach der Ausbildung nach Figur 17, Jedoch
unter Verwendung wesentlich kürzerer gefalteter Bänder, die Herstellung von Kondensatoren
mit drei dielektrischen Schichten zwischen metallisierten oder metallischen Belegungen
oder mit mehr als drei dielektrischen Schichten, indem weitere nicht-metallisierte
Zwischenbänder 27 hinzugefügt werden.
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Diese Kondensatoren können bei Betriebsspannungen verwendetwerden,
die
höher liegen als 600 V= oder 380 Veff 50 Hz, die zurzeit für Dielektrika mit zwei
Schichten als Maximalwerte der Betriebsspannung angesehen werden.
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Selbstverständlich lassen sich bei den Ausführungen nach Figur 23,
24 und 25 ein oder mehrere metallisierte Belegungen durch eine Reihe von Abschnitten
eines Metallbandes 4a ersetzen.
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Bei allen Ausführungen nach Figur 21 - 24 verbinden die aufgespritzten
Metallauflagen auf den Kanten der gefalteten Pakete die Belegungen gleicher Polarität
und erlauben die Befestigung der Anschlußfahnen des Kondensators. Jede aufge spritzte
Metallauflage 28 und 29 kann selbstverständlich die sichtbaren Knicklinien des entsprechenden
Belages oder der entsprechenden Belegungen ebenso überdecken wie im Fall der Figuren
7 und 15.
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Für die Bänder 1, 11, 14, 21, 22 und 27 können bei allen vorbeschriebenen
Ausführungen Bänder aus beliebigen zeigt netem dielektrischem Werkstoff verwendet
werden, beispielsweise imprägnierte Papierstreifen oder Kunststoffbänder sowie auch
gleichartige oder verschiedenartige Bänder bei vielschichtigen Dielektrika nach
der Ausbildung der Figuren 13, 17 und 21 bis 25, wobei in Jedem Fall die Werkstoffe
den gewünschten Leistungen entsprechend auszuwählen sind. Auch die Belegungen, welche
auf das Dielektrikum metallisiert sein können oder aus sehr dünnen Metallbändern
bestehen können, können aus irgendeinem geeigneten Metall hergestellt werden, beispielsweise
aus Aluminium, wobei selbstverständlich die gewünschten leistungen zu berücksichtigen
sind. Die metallischen Belege können im Vakuum auf den dielektrischen Bändern
als
entsprechend dünne Schicht niedergeschlagen werden, wenn auch Jedes andere Verfahren
ohne weiteres möglich ist.
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Bei der Ausführung nach den Figuren 26 und 27 handelt es sich um einen
elektrochemischen Kondensator, d.h. um einen Kondensator, welcher im Prinzip eine
Schicht eines Metalloxydes als Dielektrikum enthält und einen Elektrolyt, um dieses
betriebsfähig zu halten, wobei dieser Elektrolyt übrigens die Rolle einer Kathode
spielt und eine Kathodenabhahme vorgesehen ist, um die Befestigung der Anschlußfahnen
zu gewährleisten. Wie Figur 26 zeigt, besteht das zu faltende Band aus einer Anode
30 aus geätztem Aluminium oder auch aus auf einem biegsamen Träger aufgespritzem
Aluminium zwischen zwei Schwammsohichten als Elektrolytträger 31, welche an der
Seite der Anode überstehen, welche der für die anodischen Verbindungen vorgesehenen
Seite gegenübe rliegt. Dieses Band wird dann zickzackförmig gefaltet, um ein prismatisches
Paket zu erhalten, wie dies in Figur 27 dargestellt ist. Alsdann wird die Anodenverbindung
32 an der freiliegenden Kante der Anode 30 ausgebildet und die Kathodenverbindung
hergestellt, indem die vorspringenden Kanten der schwammigen Teile 31 und die Knicklinien
dieser schwammigen Teile gleichzeitig mit Metall überspritzt werden. Die Kathodenabnahme
besteht aus einem leichten Bügel 33, welcher in die MetallaufSpritzung 34 eingebettet
ist und eine Öse oder eine Metallzunge trägt, an welcher der Verbindungsdraht 35
angelötet oder sonstwie befestigt wird. Diese Ausbildung der Kathodenabnahme wird
dadurch möglich, daß die Falten in Faltungsrichtung schmal sind, und es ist bei
Kapazitäten geringeren Volumens möglich, von einer Kathodenabnahme aus geätztem
Aluminium abzusehen, was den Herstellungspreis erhöhen würde. Bei Kapazitäten bedeutenden
Volumens kann man vorzugsweise Elektrolytträger verwenden,
auf
deren Außenfläche eine großflächige Metallauflage aufgespritzt ist, wodurch das
Volumen stark verkleinert wird, und der Materialpreis stark herabgesetzt werden
kann.
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