DE2200582C3 - Kondensator geringer Induktivität für hohe Frequenzen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kondensator geringer Induktivität für hohe Frequenzen, bestehend aus einer aus Anodenfolien und Kathodenfolien mit dazwischenliegender Isolierschicht bestehenden Einheit, wobei die Anodenfolien auf der einen Seite und die Kathodenfolien auf der anderen Seite über die Isolierschicht hinausreichen und elektrisch miteinander verbunden sind.

Elektrolytkondensatoren für hohe Frequenzen, die hohe Kapazität und niedrige Spannungsfestigkeit aufweisen, ermöglichen es, bei niedrigen Frequenzen zu filtern und trotzdem eine hohe Schaltgeschwindigkeit zu haben. Elektrolytkondensatoren, die bei hohen Frequenzen arbeiten können, erfordern niedrige effektive Serienwiderstände und niedrige effektive Serieninduktivitälen, um so die innerhalb des Kondensators verbrauchte Leistung zu vermindern und damit die zerstörenden Effekte von Überhitzung zu reduzieren. Die US-PS 35 18 500 und 32 75 916 zeigen für hohe Frequenzen verwendbare Elektrolytkondensatoren. Die obere Frequenzgrenze sollte jedoch noch weiter gesteigert und die Herstellungskosten noch weiter verringert werden, als es bei den in diesen Patentschriften gezeigten Kondensatoren der Fall ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Elektrolytkondensator herzustellen, bei dem der Serienwiderstand und die Serieninduktivität des Kondensators über den bekannten Kondensatoren noch weiter erniedrigt wird, und der außerdem wesentlich billiger in der Herstellung ist

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte von ungefähr gleicher Größe durch eine dazwischenliegende Isolierschicht, die die beiden Platten elektrisch voneinander isoliert, wobei die Einheit in gerollter und flachgedrückter Form mit den Platten elektrisch und mechanisch derart verbunden ist, daß die Anodenplatte mit den Anodenfolien und die Kathodenplatte mit den Kathodenfolien an gegenüberliegenden Enden der Einheit miteinander verbunden sind.

Durch die Anordnung werden vorteilhafterweise die Zuleitungen zu den einzelnen Elektrodenfolien gegenüber den bekannten Kondensatoren teilweise verkürzt und damit Serieninduktivität und Serienwiderstand verringert, gleichzeitig wird auch das Herstellungsverfahren vereinfacht und damit verbilligt.

Ein besonders günstiges Herstellungsverfahren ergibt sich dadurch, daß gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Anodenplatte eine L-Form aufweist, mit einem den Flügelteü des L-umfassenden Zentralteil, daß die Kathodenplatte eine L-Form aufweist, mit einem den Flügelteü des L-umfassenden Zentralteil, daß der Flügelteü der Kathodenplatte direkt gegenüber dem Flügelteü der Anodenplatte fluchtend liegt, daß der flachgedrückte Wickel an allen vier Ecken derart beschnitten ist, daß eine Anzahl der Anodenfolien von einer Seite der Einheit ausgeht und mit dem Flügelteü der Anodenplatte verbunden ist, daß eine Anzahl der Kathodenfolien von der anderen Seite der Einheit ausgeht und mit dem Flügelteü der Kathodenplatte verbunden ist und daß mindestens eine weitere Einheit auf der anderen Seite der Plattenanordnung in entsprechender Weise befestigt ist. Durch diese Anordnung kann die Kapazität des Kondensators verdoppelt werden, ohne dabei auch die Serieninduktivität und den Serienwiderstand zu verdoppeln.

Die Kapazität des Kondensators kann noch weiter erhöht werden, ohne daß eine proportionale Erhöhung der Serieninduktivität oder des Serienwiderstandes auftritt, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auf jeder Seite der Plattenanordnung jeweils drei Wickel in Huckepack-Art übereinander angeordnet und mit der Plattenanordnung derart verbunden sind, daß die Anodenfolien aller Wickel elektrisch und mechanisch untereinander und mit der Anodenplatte und daß die Kathodenfolien aller Wickel elek-

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trisch und mechanisch untereinander und mit der Ka- -oOdenplatte verbunden sind.

Der Raumbedarf des Kondensators wird vermindert, wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Anoden- und die Kathodenplatte ans einem filmbildenden Metall besteht, daß die Anoden- und die Kathbdenfolien aus einem filmbildenden Metall bestehen, daß die Anodenfolie mit bestimmter Spannung formiert ist und daß das dielektrische Abstandsmaterial mit einem Elektrolyten getränkt ist.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kondensatorwickels,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Wickels der F i g-1 nach Abflachung,

F i g- 3 eine perspektivische Ansicht des Wickels der F i g. 2 nach Schneiden und Biegen,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht von drei zusammengeschweißten Wickeln,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer Streifenleitungsanordnung,

F i g. 6 einen Querschnitt der Streifenleitung der F i g. 5 entlang der Linie 6-6. wobei ein Wickel an jeder Seite angebracht wurde,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eines Kondensatorbehälters, der zur Darstellung der darin enthaltenen Wickel geöffnet wurde und

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht eines gestapelten Elektrolytkondensators.

Das gewickelte elektrolytische Kondensatorpaket der Erfindung wird hergestellt, indem erst Anodenfolien, dielektrische Abstandspapiere und Kathodenfoiien in solche überlappender Art gewickelt werden, daß Anodenfolien und Kathodenfolien den Mittelteil des Kondensatorwickels flankieren, der abwechselnd Schichten von Anodenfolie, dielektrischem Abstandspapier und Kathodenfolie enthält. Solche eine Anordnung ist in F i g. 1 dargestellt, wobei die Anodenfolie 11 sich auf einer Seite bis zur Mitte des Wickels erstreckt, Abstandspapier 12 sich in der Mitte befindet, und Kathodenfolie 13 sich von der gestrichelten Linie 14 in der Mitte bis zu der äußeren Kante an der anderen Seite des Wickels erstreckt, wobei das Abstandspapier zwischen wechselnden Schichten von Kathodenfolie und Anodenfolie angeordnet ist Dieser Wickel wird dann abgeflacht (Fig.2) und gegebenenfalls an allen vier Kanten 15a, i5b, 15c und t5d geschnitten, um so die in F i g. 3 gezeigte Konstruktion herzustellen, wobei sich die Anodenfolien 11 zur einen Seite und die Kathodenfolien 13 sich zur anderen Seite des Wickels erstrecken. Diese Form erleichtert ein eventuelles späteres Biegen der Folien.

Die Anodenfolienansätze 11 und die Kathodenfolienansätze 13 werden nach unten in die bei 11a bzw. 13a gezeigten Stellungen gebogen. Die äußersten Teile diese Ansätze werden für eine nachfolgende Montage und Verschweißung seitlich abgeknickt. Dann werden drei solcher Einheiten gerollt, geschnitten und entsprechend gebogen und in einer Art Huckepack aufeinandergelegt, wobei die Anodenfolien auf der einen Seite und die Kathodenfolien auf der anderen Seite miteinander fluchten. Diese drei Einheiten werden dann zu einem Kondensatorpaket 10 verschweißt, wie in F i g. 4 gezeigt. Die Kathodenfolien 13 werden so geschnitten, daß die Packung nach Verschweißung an den Punkten 16 einen im wesentlichen flachen Boden besitzt. Die Anodenfolien 11 auf der anderen Seite der Packung werden in der gleichen Art geschnitten und verschweißt. Es können jedoch auch weniger Schnitte bei dem Wickel vorgenommen werden, um ähnliche, wenn auch weniger günstige Einheiten zu bilden. Die abgeflachten Wickel können nämlich auch ohne vorherige Schnitte gebogen werden, aber Biegeprobleme und elektrische Fehlstellen an den BiegesteUen machen es vorteilhafter, einige Schnitte an den abgeflachten Wikkeln vorzunehmen.

Dieser Strukturtyp behält die niedrigen Widerstandsund Induktivitätswerte, die durch einen gestapelten Aufbau erhältlich sind, hat darüber hinaus aber den Vorteil großer Einsparungen in den Herstellungskosten, weil diese Wickel mit sehr großer Geschwindigkeit hergestellt werden können. Die Anoden- und Kathodenfolien des hier gezeigten Kondensators bestehen aus Aluminium hoher Reinheit (99% oder höher), wodurch Korrosionsprobleme ausgeschlossen werden und die Bildung von Aluminiumoxydfilmen hoher Qualität sichergestellt ist. Als Alternative könnten Anoden- und Kathodenfolien auch aus einem anderen, einen Film bildenden Metall, wie z. B. Tantal oder Niobium, hergestellt werden. Die Anodenfolien 11 werden für die verlangten Spannungsfestigkeiten mit Hilfe bekannter Verfahren hergestellt Die Kathodenfolien können auch so geformt werden, daß ein nichtpolarer Kondensator erreicht wird. Die Anoden- und Kathodenfolien haben eine Dicke in der Größenordnung von 0,05 bis 0,076 mm. Zwar werden in F i g. 4 drei gewickelte und abgeflachte Wickel zu einem Paket zusammengeschweißt, doch können natürlich auch mehr oder weniger Wickel pro Paket verwendet werden, je nachdem, welche Kapazitätseigenschaften gewünscht werden. Das Abstandspapier 12 kann 0,0127 bis 0,1 mm dick sein, wobei es sich um Kraft- oder Benares-Papier handeln kann, das normalerweise für Elektrolytkondensatoren verwendet wird. Die Folienansätze können mit Hilfe eines Wolfram-Schutzgas-Schweißverfahrens (TIG) zusammengeschweißt werden.

Die Streifenleitungsstruktur 20, die in F i g. 5 gezeigt ist, besteht aus einer anodisierten Aluminiumplatte 21 und einer teilweise überlappenden anodisierten Aluminiumkathodenplatte 23, die durch eine Isolierschicht 22 voneinander getrennt sind. Diese Einheiten sind zusammenlaminiert. Bei 28 und 29 sind Anschlüsse gebildet, jede Platte hat eine L-ähnliche Form. Als andere Möglichkeit können die Anoden- und Kathodenplatten aus einem anderen anodisierbaren Metall, w\e z. B. Tantal oder Niobium, hergestellt sein. Sowohl die Anodenplatte 21 als auch die Kathodenplatte 23 sind von der gleichen Größe und Form. Nachdem sie in der Streifenleitung 20 angeordnet sind, wird eine Aluminiumplatte übergeschoben, um so eine symmetrische T-Struktur zu bilden, die in F i g. 5 gezeigt ist. Dabei ist das Zentralteil der Anodenplatte im wesentlichen identisch zu dem Zentralteil der Kathodenplatte, jedoch ist der Flügelteil der Anodenplatte das Spiegelbild der Kathodenplatte unC direkt gegenüberliegend zu der Kathodenplatte fluchtend angeordnet Die Dicke der Kathoden- und Anodcnplatten 21 und 23 und die der Isolierschicht 22 wurden in der Zeichnung übertrieben, um die Struktur der Streifenleitung besser darzustellen. Die Anoden- und Kathodenplatten der vorzugsweisen Ausführungsform sind normalerweise 1,6 mm dick, können aber auch dünner oder dicker gemacht werden, abhängig von den jeweiligen Anforderungen an den Kondensa-

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tor. Die Isolierschicht 22 würde aus Polyethylenterephthalat mit einer Dicke im Bereich von 0,025 bis 0,25 mm bestehen, obwohl auch andere Isoliermaterialien, wie z. B. epoxydbeschichtetes Gewebe oder Polytetrafluoräthylen dafür verwendet werden könnte. Der Flügelteil der Anoden- und Kathodenplatten 21 und 23 ist vorgesehen, um das Anschweißen der Wickel aus Anoden- und Kathodenfolien zu erleichtern, wie entlang der Linie 6-6 in F i g. 5 gezeigt ist. Obwohl diese besondere geometrische Form für die Streifenleitung besonders günstig zu sein scheint, sind auch andere Größen und Formen der Streifenleitung möglich.

Zwei Pakete, jeweils aus drei abgeflachten, geschnittenen, gebogenen und geschweißten Wickeln von Folie und Abstandspapier bestehend, werden dann mit der Streifenleitungsanordnung mittels dem TIG-Verfahren verschweißt (F i g. 7), wobei ein Wickel auf jeder Seite auf die äußere Kante des Flügelteils der jeweiligen Platte aufgeschweißt wird. In F i g. 6 sind die Kathodenfolien 13 der Elektrodenpakete mit den Flügelteilen der Kathodenplatte 23, und die Anodenfolien 11 mit dem Flügelteil der Anodenplatte 21 verschweißt. Die zwei Leiterplatten in der Streifenleitung sind elektrisch und mechanisch durch eine Isolierschicht 22 getrennt, während die Folien voneinander durch Abstandspapier 12 getrennt sind. Ein Anodenanschluß 28 und ein Kathodenanschluß 29 liegen auf dem verlängerten Teil der Streifenleitung. Der Kondensator 10 ist mit einem Standard-Elektrolyten, z. B. Glykolborat, imprägniert und in einem Gehäuse 31 mit einem Deckel 27 verschlossen (F i g. 7).

Bei einer anderen Ausführungsform könnte die Streifenleitung so angeordnet sein, daß die Anschlüsse sich nach gegenüberliegenden Enden des Kondensatorgehäuses oder des Paketes erstrecken. Diese Kondensatoren können mit zwei odei oder mit vier Anschlüssen versehen sein. In der dargestellten Ausführungsform besitzt jeder Wickel, der zur Bildung eines Peketes verwendet wurde, eine Folienlänge von 152 cm. Dies gilt für Anoden- und Kathodenfolien. Da sechs Wickel verwendet werden und jeder Wickel 152 cm mißt, beträgt die Gesamtlänge der Anode pro Kondensator 912 cm. Sechs Kondensatoren dieses Aufbaues besitzen einen durchschnittlichen Widerstand von 0,00153 Ohm. Der Widerstand nimmt mit ansteigender Anzahl von Ansät-/en oder mit einer größeren Anzahl von Wickeln, die eine größere Anzahl von Ansätzen liefern, ab. Die zur Verbindung der Kathodenfoüe und -platte vorher beschriebenen Verfahren für einen Streifenleitungs-Kondensator vermindern drastisch die Folien- und Anschlußwiderstände und tragen damit zu einer niedrigen Serienimpedanz des Kondensators bei und machen ihn zum Filtern bei niedriger Impedanz und für Schaltungen für hohe Frequenzen geeignet.

Viele unterschiedliche Ausführungsformen sind natürlich möglich. Zum Beispiel könnten ähnliche, wenn auch etwa ungünstigere Resultate mit einer rechteckig gestapelten Ausführung erreicht werden, die in F i g. 8 gezeigt ist. In dieser alternativen Ausfühningsform sind die überlappenden Schichten von Anodenfolien 41, Abstandspapieren 42 und Kathodenfolien 43 so aufeinander gestapelt, daß die Kathodenfolien 43 nur bis zu der perforierten Linie 44 reichen, während die Anodenfolien bis zu einem gleichen Punkt auf der anderen Seite des Mittelabschnitts des Stapels reichen. Von diesem Punkt an können die Einheiten in der gleichen Weise bearbeitet werden, wie es für die flachen Wickel beschrieben wurde. Die herausragenden Anodensätze 41 und Kathodenansätze 43 können gebogen und auf andere Einheiten in Huckepack-Art montiert und ver schweißt werden. Diese Pakete können dann mit dei Streifenleitungsanordnung 20 verschweißt werden, wie in F i g. 5 gezeigt, wobei eine Anodenplatte 21 von anodisiertem Aluminium von einer Kathodenplatte 23 au; gleichem Material durch eine isolierende Schicht 22 ge trennt ist. Die Streifenleitungsanordnung ist zueinandei laminiert

Die Induktivität des erfindungsgemäßen Kondensa tors ist wesentlich geringer, als sie mit Hilfe gewickel ter Anordnungen mit Vielfachansätzen gemäß derr Stand der Technik erreichbar ist. Eines der größter Vorteile des hier beschriebenen Streifenleitungs-Kon densators ist die billige Herstellung, die im Zusammen hang mit den flachen Wicketn entdeckt wurde. Die not wendige Arbeit für die Einheiten wurde um ungefähi 70% gegenüber den gestapelten Folieneinheiten ge maß dem Stand der Technik reduziert, während nod geringere Impedanzen und Induktivitäten erreicht wer den konnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kondensator geringer Induktivität für hohe Frequenzen, bestehend aus einer aus Anodenfolien und Kathodenfolien mit dazwischenliegender Isolierschicht bestehenden Einheit wobei die Anodenfolien auf der einen Seite und die Kathodenfolien auf der anderen Seite über die Isolierschicht hinausreichen und elektrisch miteinander verbunden sind, :° gekennzeichnet durch eine Anodenplatte (21) und eine Kathodenplatte (23) von ungefähr gleicher Größe, durch eine dazwischenliegende Isolierschicht (22). die die beiden Platten (21, 23) elektrisch voneinander isoliert wob*;i die Einheit (10) in '5 gerollter und flachgedrückter Form mit den Platten elektrisch und mechanisch derart verbunden ist, daß die Anodenplatte (21) mit den Anodenfolien (13) und die Kathodenplatte mit den Kathodenfolien (11) an gegenüberliegenden Enden der Einheit mit einander verbunden sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenplatte (21) eine L-Form aufweist, mit einem den Flügelteü des L'Umfassenden Zentralteils, daß die Kathodenplatte (23) eine L-Form aufweist mit einem den Flügelteü des L-umfassenden Zentralteils, daß der Flügelteil der Kathodenplatte (23) direkt gegenüber dem Flügelteü der Anodenplatte (21) fluchtend liegt, daß der flachgedrückte Wickel (F i g. 2) an allen vier Ekken derart beschnitten ist daß eine Anzahl der Anodenfolien (13) von einer Seite der Einheit ausgeht und mit dem Flügelteü der Anodenplatte (21) verbunden ist daß eine Anzahl der Kathodenfolien (11) von der anderen Seite der Einheit ausgeht und mit dem Flügelteü der Kathodenpiatte (23) verbunden ist und daß mindestens eine weitere Einheit auf der anderen Seite der Plattenanordnung (20) in entsprechender Weise befestigt ist.

3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch ge- <»o kennzeichnet, daß auf jeder Seite der Plattenanordnung (20) jeweils drei Wickel in Huckepack-Art übereinander angeordnet und mit der Plattenanordnung (20) derart verbunden sind, daß die Anodenfolien (13) aller Wickel elektrisch und mechanisch untereinander und mit der Anodenplatte (21) und daß die Kathodenfolie (U) aller Wickel elektrisch und mechanisch untereinander und mit der Kathodenplatte (23) verbunden sind.

4. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- (21) und die Kathodenplatte (23) aus einem filmbildenden Metall bestehen, daß die Anoden- (13) und die Kathodenfo lien (11) aus einem filmbildenden Metall bestehen, daß die Anodenfolie (Π) mit bestimmter Spannung formiert ist und daß das dielektrische Abstandsmaterial mit einem Elektrolyten getränkt ist.