DE2319589C2

DE2319589C2 - Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumkondensators für hohe Frequenzen

Info

Publication number: DE2319589C2
Application number: DE2319589A
Authority: DE
Inventors: Noah Samuel Lexington S.C. Derrick; Jacob Tollman Cayce S.C. Zeigler
Original assignee: Mepco Electra Inc
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB1399193A; DE2319589A1; JPS4920650A; US3806769A; NL7305403A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumkondensators für hohe Frequenzen, gemäß welchem Elekt.odenfollen mit dazwischenliegenden dielektrischen Abstandsfolien abwechselnd in einem Stapel angeordnet werden und die Elektrodenfolien anschließend mit Ihrem Randteil durch Kaltschweißen mit einem Elektrodenanschluß verbunden werden.

Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. solche bei hohen Frequenzen, ist eine geringere Impedanz erwünscht. Dies kann eher erreicht werden, indem man die Anoden- und Kathodenfolien in einem flachen Stapel

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⁶⁵ zusammenfügt, als wenn man z. B. die Folien zu einer Rolle wickelt. Die Zuleitungsdrähte werden an den entsprechenden Kathoden- und Anodenfolien in zumindest einer Ausführungsform durch TIG-Schweißen befestigt. Solche Kondensatoren können sehr viel einfacher für Niederspannungsanwendufigen als für hohe Spannung konstruiert werden, weil die höheren Spannungen eine dickere Oxidschicht auf der Folie erfordern, um den Betriebsspannungen standhalten zu können. Die dickeren Oxidschichten auf der Folie behindern jedoch die Ausbildung eines guten elektrischen Kontaktes zwischen den Zuleitungsdrähten und der Folie, wenn Schweißverfahren unter Verwendung von Inertgasen benutzt werden.

Aus DE-OS 19 11 156 sind ein Aluminium-Elektrolytkondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, bei welchen Kathoden- und Anodenfolien bündig mit Abstandsfolien zwischen den Elektrodenfolien in einem flachen Stapel angeordnet sind, wobei die Kathoden- und die Anodenfolien mit einer Vielzahl in regelmäßigen Abständen entlang einer der Folienkanten ausgebildeten Anschlußvorsprüngen durch z. B. Ultraschallschweißung mit Anschlußdrähten verbunden werden. Die Anschlußkontaktierung dieses bekannten Kondensators erfordert wegen der Anordnung der Elektrodenfolien und wegen der hohen Zahl von Anschlußvorsprüngen einen verhältnismäßig großen Aufwand bei der Fertigung. Außerdem ist es erforderlich, im Randbereich der Elektiodenfolien auf den Elektrodenfolien befindliche Oxidschichten zu entfernen, um eine gute Verschweißung der Elektrodenfolien zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Kaltschweißung der Elektrodenfolien mit einem Elektrodenanschluß vereinfacht wird und daß bei der Verschweißung automatisch Oxide und andere die Schweißung beeinträchtigende Materialien von den Oberflächen der Elektrodenfolien entfernt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenfolien seitlich gegeneinander versetzt angeordnet werden, dergestalt, daß die als Kathode wirksamen Elektrodenfolien mit einem Randteil von einer Kante des Stapels und die als Anode wirksamen Elektrodenfolien von der gegenüberliegenden Kante des Stapels vorstehen, daß zwischen den vorstehenden Randteilen der Elektrodenfolien ein stiftförmiger Elektrodenanschluß angeordnet wird, daß die Elektrodenfolien dann zusammen mit dem Elektrodenanschluß zwischen den zusammenwirkenden, einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen eines Kaltschweißwerkzeuges angeordnet werden, wobei die Arbeitsflächen des Kaltschweißwerkzeugs so abgerundet sind, daß sie nach dem benachbarten Rand des Stapels hin einen kleineren Krümmungsradius als nach der Stapelmitte hin aufweisen, und daß die abgerundeten Arbeitsflächen des Kaltschweißwerkzeugs schließlich gegeneinander und damit gegen die Elektrodenfollen gepreßt werden, wobei durch die unterschiedlichen Krümmungsradien besagter Arbeitsflächen eine die Kaltverschweißung fördernde Relativverschiebung der Elektrodenfolien bewirkt wird und die Elektrodenfolien und der stiftförmige Elektrodenanschluß so verformt werden, daß die Elektrodenfolien entlang der gesamten Länge ihrer vorstehenden Randteile miteinander und mit dem Elektrodenanschluß verschweißt werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines gemäß dem

beanspruchten Verfahren fertiggestellten Kondensators und die

Fig. 2 bis 6 im Querschnitt stufenweise Darstellungen der Bildung der Schweißverbindung des in F i g. 1 gezeigten Kondensators.

In Fig. 1 ist ein nach dem beanspruchten Verfahren hergestellter Kondensator mit 2 bezeichnet. Dieser Kondensator 2 umfaßt Anodenfolien 4, die unter Verwendung dazwischenliegender Abstandshalter 8 jeweils abwechselnd mit Kathodenfolien 6 zu einem Stapel vereinigt sind. Die Anoden- und KathodenfoÜen sinJ in der bevorzugten Ausführungsform Aluminiumfolien. Mindestens die Anodenfolien sind zur Schaffung einer Schicht aus Aluminiumoxid auf der Folie anodisch oxidiert worden und diese Aluminiumoxidschicht bildet das Dielektrikum des Kondensators. Im Rahmen des beanspruchten Verfahrens können aber auch sowohl Anoden- als auch KathodenfoÜen anodisch oxidiert worden sein, wenn ein nicht polarisierter Kondensator gewünscht wird.

Die Folien sind so geschichtet, daß die Kathodenfolien 6 an dem einen Endstück 10 des Stapels und die Anodenfolien 4 an dem gegenüberliegenden Endstück 12 des Stapels vorstehen. Die am Endstück 12 des Kondensatorstapels vorstehenden Anodenfolien werden dann mit einem Anschlußstab 20 verschweißt, während die vom Endstück 10 des Stapels vorstehenden Kathodenfolien mit einem zweiten Anschlußstab 22 verschweißt werden. Die Anschlußstäbe 20 und 22 bestehen aus dem gleichen Material wie die Folien, in der bevorzugten Ausführungsform aus Aluminium.

In den Fig. 2 bis 6 sind die Stufen des Verschweißens der aus Aluminium bestehenden Anodenfolie;; 4 mit dem aus Aluminium bestehenden Anschlußstab 20 dargestellt. Der Anschlußstab 20 wird zwischen den Anodenfolien 4 benachbart der Kante 12 des Stapels angeordnet, und zwar im Bereich der äußeren Hälfte des Folienüberstandes vom Stapel, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Stapel mit dem Anschlußstab 20 in der angegebenen Position wird dann in einer nicht dargestellten Presse zwischen Werkzeugteilen 40 und 42 angeordnet.

Die Werkzeugteile 40 und 42 sind an ihren Außenkanten im allgemeinen so abgerundet, daß sie benachbart der Kante des Stapels einen kleineren Krümmungsradius 44 und gegen das Zentrum des Stapels einen größeren Krümmungsradius 46 aufweisen. Die abgerundeten Teile 44 und 46 sind in der beschriebenen und dargestellten Weise gestaltet, um die Bildung der Schweißstelle zu unterstützen, indem sie die Folien in eine gebogene Konfiguration drängen; es hat sich gezeigt, daß hierdurch eine seitliche Bewegung mit einer Schleifwirkung ■><> erreicht wird, welche die Ausbildung der Verbindung zwischen den Folien und dem Anschlußstab begünstigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsradius des Teiles 46 etwa das Dreifache des Radius des Teiles 44. Die beiden Krümmungen enden jede in einem tangentialen Punkt, der, wenn er gegen einen ähnlichen Punkt auf dem gegenüberliegenden dazugehörigen Werkzeug gepreßt wird, eine Trennstelle darstellt, die in etwa einem Meißelpunkt ähnlich ist, jedoch wegen der abgerundeten Oberfläche eher eine pressende bzw. quetsehende als eine schneidende Wirkung ausübt, wie dies bei einem Meißelpunkt oder einer Meißelkante der Fall wäre.

Wird der Druckkolben der Presse geschlossen, so bewegt er das Werkzeug 42 nach unten gegen die obersten Folien der Kondensatoreinheit und preßt den Stapel gegen das Werkzeug 40. Wie in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist, führt der größere Krümmungsradius 46 auf den Werkzeugen die Folien 4 in eine entsprechende Krümmung, während die Folien miteinander verquetscht werden. Fig. 4 zeigt die Presse in einer im wesentlichen geschlossenen Position, in der alle Folien 4 gegen den Anschlußstab 20 gepreßt worden sind, die Deformation des Anschlußstabes 20 jedoch noch nicht begonnen hat.

In Fig. 5 hat die Bewegung des Druckkolbens das Werkzeug 42 bis zu einem Punkt nach unten gedrückt, bei dem der Anschlußstab 20 deformiert ist und eine seitliche Bewegung sowohl des Anschlußstabes 20 als auch der Folien 4, die gegen den Stab gequetscht worden sind, begonnen hat. Diese seitliche Bewegung der Folien unter Druck verursacht eine Schleifwirkung sowohl jeder der Folien gegenüber den benachbarten Folien als auch gegenüber dem Anschlußstab 20. Von dieser Schleifwirkung der seitlichen Bewegung wird angenommen, daß sie die Entfernung der Oxidschichten auf benachbarten Folien unterstützt und so die Folien und den Stab in die Lage versetzt, kalt miteinander zu verschweißen. Die seitliche Bewegung der Folienschichten gegeneinander kommt vermutlich auf Grund der Unterschiede in der Krümmung der benachbarten Folien zustande, wenn die Presse geschlossen wird. Solche Folien, die in der Mitte des Stapels benachbart dem Anschlußstab 20 angeordnet sind, bewegen sich nur sehr wenig, jedenfalls bis die Deformation des Anschlußstabes 20 beginnt. Die den Werkzeugen 40 und 42 benachbarten Folien dagegen, die sich am oberen und unteren Ende des Stapels befinden, bewegen sich in dem Maße nach innen gegen den Stapel zu, in dem jede flache Folie gebogen wird. Diese Variation in der Krümmungsbildung, welche eine unterschiedliche Bewegung der einen Folie mit Bezug auf die benachbarten Folien bewirkt, verursacht eine Schleifwirkung, von der angenommen wird, daß sie die Oxidschichten von den Aluminiumfolien entfernt und so das gegenseitige Verschmelzen der Folien und des Anschiußstabes 20 miteinander ermöglicht.

In dem Maße, wie der Anschlußstab 20 deformiert wird, kann eine zusätzliche seitliche Bewegung des Stabes beobachtet werden, von dem sich mindestens ein Teil als Abschnitt 20a nach außen bewegt und nach und nach von dem Rest des Anschlußstabes 20 abgetrennt wird. Während dieser Zeit bewegen sich jedoch die Teile der Folien benachbart dem Stapel noch nach innen, bis die vertikale Bewegung der Werkzeuge 40 und 42 aufhört, was üblicherweise nach Abtrennung des Abschnittes 20a der Fall ist.

Wird die Presse danach, wie in Fig. 6 gezeigt, geöffnet, dann fällt der Abschnitt 2Oo entweder ab oder er kann leicht von der verschweißten Kondensatoreinheit abgestreift werden.

Während der für die Verschweißung erforderliche Druck mit der Dicke des Stapels und der Art des für die Folien 4, 6 und des Anschlußstabes 20 verwendeten Materials variieren kann, ist doch festgestellt worden, daß ein Druck im Bereich von etwa 206 bis 275 MPa im allgemeinen zufriedenstellende Ergebnisse liefert. In einem speziellen Beispiel, In dem 50 etwa 0,087 mm dicke anodisch oxidierte Aluminiumfolien als Anoden und etwa 0,025 mm dicke Aluminiumfolien als Kathoden in einem etwa 2,5 cm dicken Stapel mit einem AIuminlum-Anschlußstab verschweißt worden sind, der eine Dicke von etwa 2,4 mm aufwies, erwies sich In etwa eine 13,5-t-Presse als zufriedenstellend.

Obwohl der Anschlußstab 20 einen zylindrischen Querschnitt aufweisen kann, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, weist der Anschlußstab In einer bevorzugten Ausführungsform einen flachen zentralen Teil 21 und Endstücke

23 und 25 auf, die im allgemeinen rund oder rohrförmig ausgebildet sind. Die Werkzeuge 40 und 42 sind so dimensioniert, daß sie die gleiche Länge haben wie der zentrale flache Teil 21 und daher werden die rohrförmigen Endstücke 23 und 25 durch die Wirkung der Presse nicht abgetrennt oder in irgendeiner anderen Weise deformiert. Die rohrförmigen Endstücke 23 und 25 schaffen die Anschlußstellen für den Kondensator. Der Kondensatorstapel wird in einem Gehäuse 100 angeordnet, wobei die Endstücke 23 und 25 aus dem Gehäuse herausragen und durch bekannte Mittel isoliert werden.

Ein zweiter Anschlußstab.22 wird an den Kathodenfolien 6 in gleicher Weise befestigt. Sind sowohl die Anoden- als auch die Kathodenfolien oxidiert worden, dann können die Oxide von beiden durch die abschleifende Wirkung der Schweißung entfernt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumkondensators für hohe Frequenzen, gemäß welchem Elektrodenfolien mit dazwischenliegenden dielektrischen Abstandsfolien abwechselnd in einem Stapel angeordnet werden und die Elektrodenfolien anschließend mit ihrem Randteil durch Kaltschweißen mit einem Elektrodenanschluß verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenfolien seitlich gegeneinander versetzt angeordnet werden, dergestalt, daß die als Kathode wirksamen Elektrodenfolien mit einem Randteil von einer Kante des Stapels und die als Anode wirksamen Elektrodenfolien von der gegenüberliegenden Kante des Stapels vorstehen, daß zwischen den vorstehenden Randteilen der Elektrodenfolien ein stiftförmiger Elektrodenanschluß angeordnet wird, daß die Elektrodenfol'en dann zusammen mit dem Elektrodenanschluß zwischen den zusammenwirkenden, einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen eines Kaltschweißwerkzeuges angeordnet werden, wobei die Arbeitsflächen des Kaltschweißwerkzeugs so abgerundet sind, daß sie nach dem benachbarten Rand des Stapels hin einen kleineren Krümmungsradius als nach der Stapelmitte hin aufweisen, und daß die abgerundeten Arbeitsflächen des Kaltschweißwerkzeugs schließlich gegeneinander und damit gegen die Elektrodenfolien gepreßt werden, wobei durch die unterschiedlichen Krümmungsradien besagter Arbeitsflächen eine die Kaltverschweißung fördernde Relativverschiebung der Elektrodenfolien bewirkt wird und die Elektrodenfolien und der stiftförmige Elektrodenanschluß so verformt werden, daß die Elektrodenfolien entlang der gesamten Länge ihrer vorstehenden Randteile miteinander und mit dem Elektrodenanschluß verschweißt werden.

2. Verfahren each Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltschweißwerkzeug einen Druck von 206 bis 275 MPa auf die Elektrodenfollen und den Elektrodenanschluß ausübt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienstapel bis zu einer Dicke zusammengepreßt wird, die weniger als 2596 der ursprünglichen Stapeldicke beträgt, die sich aus der Gesamtanzahl der Folien ergibt, wobei die äußeren Elektrodenfolien des Stapels gegen die in der Stapelmitte befindlichen Elektrodcnfolien gekrümmt werden, wodurch eine Relativverschiebung benachbarter Elektrodenfolien herbeigeführt wird, mit der eine abschleifende, Oxide und andere das Verschweißen beeinträchtigende Materialien von den Folien entfernende Wirkung verbunden ist.