DE2343075A1

DE2343075A1 - Selbstbindende isolation fuer ein kondensatorgehaeuse

Info

Publication number: DE2343075A1
Application number: DE19732343075
Authority: DE
Inventors: Joel Blackmon Buice; David George Schwenker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-08-28
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1974-03-07
Also published as: GB1379337A; CA1002134A; NL7311535A; JPS49124549A; US3778683A; BE804044A; IT998469B; FR2198236B1; FR2198236A1

Description

Selbstbindende Isolation für ein Kondensatorgehäuse

Die Erfindung bezieht sich auf Kondensatoren, und sie betrifft insbesondere einen verbesserten Aluminiumelektrolyt-Kondensator.

Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren sind gewöhnlich aus einem äusseren Aluminiummetallgehäuse oder Gefäss aufgebaut, welches entweder nicht aktiv mit einer Elektrode, oder mit der Kathode (als allgemeine Kathode oder negative Verbindung bezeichnet) oder mit der Anode (als allgemeine positive Verbindung bezeichnet) verbunden ist. In jedem Falle ist das Metallgehäuse-im Inneren dem Elektrolyten ausgesetzt und ist daher in einem gewissen Ausmaß entweder mit den Elektroden direkt verbunden oder elektrisch gekuppelt. Weiterhin kann durch einen unbeabsichtigten Kurzschluß des Gehäuse&-mit einer äusseren Leitung, die mit einer der Klemmen verbunden ist, insbesondere bei Verwendung im Hochspannungsgebiet zu gefährlichen Situationen führen.

409810/0968

Es ist daher übliche Praxis geworden, bei Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren den Blechbehälter oder das Gehäuse durch Aufschieben einer wärmeschrumpfbaren Kunststoffhülse oder eine andere um den Metallbehälter aufschiebbare Isolation zu isolieren.

Diese Maßnahme hat sich jedoch nicht als völlig befriedigend erwiesen. Die Materialien verbinden sich nicht gleichmässig mit dem Gehäuse oder sie bilden zumindest keine gleichmässige Bindung, so dass sich zwischen dem Gehäuse und der Isolation Leerstellen oder Poren bilden, durch die Lösungsmittel, Feuchtigkeit und andere Materialien eingeschlossen oder in einigen Fällen durch Kapillarwirkung festgehalten werden und korrosiv auf das Metallgehäuse einwirken. Wenn eine Kunststoffhülse über das Gehäuse durch Wärme aufgeschrumpft wird, ohne dass eine Bindung mit dem Gehäuse entsteht, dann neigt die erhaltene Isolationsschicht mehr dazu, während der nachfolgenden Montage des Kondensators unter Verwendung der üblichen Standardmontagemittel Durchbrüche zu erleiden.

Obgleich ein fest haftender Isolierüberzug eine wünschenswerte Alternative darstellt, so wird doch die Zahl der für diesen Zweck verwendbaren Materialien durch die elektrischen Isolationseigenschaften und die mechanischen Anforderungen, die an den überzug gestellt werden, sehr beschränkt. Weiterhin verbinden sich auch Materialien, die normalerweise fest auf anderen Metallen haften, nicht gut mit Aluminium. Andere Beschichtungsmaterialien, die die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften besitzen, müssen zur Erzielung einer zufriedenstellenden Bindung bei H-emperaturen aufgebracht werden, die eine Zerstörung oder Beschädigung der in dem Gehäuse untergebrachten Kondensatorelemente bewirken.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Aluminiumelektrolyt-Kondensator zu schaffen, der auf den äuseeren Metalloberflächen ein fest gebundenes elektrisches Isolationsmaterial aufweist.

409810/0968

Eine andere Aufgäbe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Kondensatoraufbau zu schaffen, bei dem das Gehäuse vor dem Zusammenbau zunächst mit einer Isolation beschichtet wird und die unbeschichteten Endteile des Gehäuses anschliessend in den Isolationsüberzug umgebogen werden, um die Metallteile des Gehäuses vollständig einzukapseln. Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemässen Kondensators.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das beschichtete Gehäuse.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse nach Fig. 2 mit eingesetztem Kondensatorteil und isoliertem überzug, jedoch vor dem Abdichten.

Fig. ¹J ist eine Teilansicht im Querschnitt durch den abgedichteten Kondensator.

Wie sich aus der Zeichnung ergibt, wird erfindungsgemäss ein Aluminiumbehälter oder Gehäuse geschaffen, welches in der als Beispiel dargestellten Ausfuhrungsform ein zylindrisches Gehäuse 2 aufweist. Das Gehäuse 2 ist mit einer umlaufenden Hohlkehle oder Vertiefung ¹J versehen, die eine innere Schulter bildet, um ein isoliertes Endstück oder eine Abdeckung *JQ zu tragen, die nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein fest haftender isolierender überzug aufgebracht und mit dem Äusseren des Gehäuses 2 verbunden, bevor die restlichen Bestandteile in dem Gehäuse angeordnet werden.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, bedeckt der überzug 30 die Seitenwände 2a des Gehäuses 2 sowie die Stirnwand 6 vollständig. Der.

409810/0968

-n-

Rand 2b des "offenen Endes ist nicht beschichtet, da dieser Rand während des Umbiegens oder Verschliessens des Gehäuses in eine elastomere Abdichtung 42 auf dem Abdeckteil 40 eingebettet wird. Das Innere des Gehäuses ist nicht beschichtet, weil eine solche Beschichtung die Punktion des Kondensators störend beeinflussen könnte.

Der Epoxyüberzug des Gehäuses 2 besteht aus einem gehärteten Epoxyharz, welches fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Das Harz wird vorzugsweise als Pulver aufgebracht, und zwar durch elektrostatische Beschichtungsmittel, wobei das Pulver aufgeladen wird. Das Gehäuse 2 wird auf einem Erdpotential gehalten und die Teilchen werden von dem geerdeten Gehäuse angezogen. Das beschichtete Gehäuse wird dann in einem Ofen angeordnet und etwa 5 Minuten auf eine Temperatur von etwa l8O bis 220 C erhitzt. Es hat sich gezeigt, dass diese Zeitspanne ausreichend ist, um bei dieser Temperatur das Epoxyharz zu schmelzen und zu härten und einen fest haftenden Überzug auf dem Aluminiumbehälter zu bilden. Es sei ausdrücklich bemerkt, dass dieses Ergebnis in scharfem Gegensatz zu den herkömmlicherweise verwendeten, bei Raumtemperatur härtenden Epoxyden, wie beispielsweise Vergussmassen, steht, die aus nicht ganz ersichtlichen Gründen mit dem Aluminiummetall eine sehr schlechte Bindung ergeben.

Das verwendete Epoxymaterial liegt vorzugsweise in Pulverform vor und enthält geeignete Katalysatoren in diesem Pulver, um bei einer Temperatur von etwa l80 bis 220⁰C in einer ausreichend kurzen Zeit, beispielsweise von etwa 5 Minuten, ein Härten des Harzes zu bewirken. Längere Härtungszeiten können ebenfalls benutzt werden, wenn keine unerwünschte Zersetzung des Überzuges eintritt. Das Überzugsmaterial muss eine Durchbruchsspannung von wenigstens 4 Kilovolt Gleichstrom, vorzugsweise 9 bis Ί5 Kilovolt Gleichstrom, besitzen, wenn der Überzug in einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 mm (6 bis 10 mils) aufgebracht wird. Er sollte weiterhin einen Isolationswiderstand von etwa 10 000 Me g-

409810/0968

ohm besitzen, wenn er in einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 mm (6 bis 10 mils) aufgetragen ist. Beispiele für Epoxy (!materialien, die zufriedenstellende Ergebnisse liefern, umfassen Hysol DK8 sowie XR5212 von der Minnesota Mining and Manufacturing Company. Andere Materialien, die ebenfalls die vorstehenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften besitzen, können gleichfalls stattdessen verwendet werden.

Nachdem der Überzug 30 auf dem Gehäuse 2 fest haftend aufgebracht worden ist, wird der Kondensator, wie in Figur 3 gezeigt, durch Einsetzen der Kondensatorbaugruppe 20 in das Gehäuse 2 zusammengesetzt. Die Baugruppe 20 umfasst in der dargestellten Ausführungsform eine Rolle aus aufgewickelten, filmbildenden Metallelektrodenfolien, die durch Papier oder ein anderes dielektrisches Material, welches mit einem geeigneten Elektrolyten, wie Borsäure, behandelt ist, getrennt sind. Die Elektrodenfolien sind jeweils mit den Zuleitungen 22 und 24 verbunden, die ihrerseits an den in dem isolierten Abdeckglied Ho angeordneten Klemmen 26 und 28 angeschlossen sind. Die Kondensatorbaugruppe 20 kann, obgleich sie im vorliegenden Beispiel als zylindrische Rolle dargestellt ist, jede geeignete geometrische Gestalt aufweisen, beispielsweise die Form eines rechteckigen Parallelpipedons einer gestapelten Folie (buchartig) oder kombinierte Gruppen von zylindrischer, rechteckiger oder gestapelter Gestalt.

Wie vorstehend bereits erwähnt, muss das Epoxyd wegen der für die Aushärtung erforderlichen hohen Temperatur zur Erzielung der benötigten Bindung zwischen dem Epoxyd und dem Aluminiumbehälter vor der Ausbildung des endgültigen Kondensators aufgebracht werden, wie es auch aus den Zeichnungen hervorgeht. Es ist daher notwendig, sicherzustellen, dass beim endgültigen Zusammensetzen des Behälters der umgebogene oder umgerollte Teil des Gehäuses 2, der in Fig. 4 allgemein mit 46 bezeichnet ist, eine elektrolytisch dichte Abdichtung mit der Isolierabdeckung 40 ergibt, ohne dass die Bindung zwischen dem Epoxyüberzug 30 und dem Metallgehäuse 2 beim Umbiegen in den Isolationsüberzug 40 beeinträchtigt; wird.

A09810/0968

Es ist daher notwendig, ein flexibles Überzugsmaterial zu verwenden, welches selbst bei dem nachfolgenden Biegen des Gehäuses fest an dem Metall gebunden bleibt, ohne dass ein Verdünnen des Überzugsmaterials in einem solchen Ausmass stattfindet, dass die elektrischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Materials verändert werden.

Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, dass ein elastomerer Dichtring 42, der vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist, in einer am Rand der Abdeckung 40 virgesehenen Auskehlung 44 angeordnet sein kann. Zur Abdichtung des Kondensators wird das Ende 2b des Gehäuses oder des Blechbehälters in das Dichtungsmaterial 42 eingerollt, so dass das Ende des Gehäuses 2 nicht frei liegt. Die gesamte aussen liegende Oberfläche des Gehäuses ist dann vollständig mit einem festhaftenden Material bedeckt, welches die gewünschten elektrischen Eigenschaften sowie die gewünschten Bindeeigenschaften aufweist.

Der erfindungsgemässe Kondensator umfasst dann ein Aluminiumgehäuse, welches mit einem fest haftenden überzug aus Epoxyharz beschichtet ist, welches bei erhöhter Temperatur vor der endgültigen Zusammensetzung des Kondensators ausgehärtet worden ist. Der zusammengesetzte Kondensator mit den darin angeordneten Elektroden und dem Elektrolyten wird durch Umbiegen oder Umrollen der Endkante des offenen Endes des beschichteten Aluminiumbehälters in einen federnden Dichtringteil der Isolationsabdeckung verschlossen, um einen fertigen Kondensator zu ergeben, der ein Gehäuse aus einem Aluminiumbehälter besitzt, bei dem alle äusseren metallischen Teile des Gehäuses vollständig in einem isolierenden Material eingekapselt sind, welches ausreichende Isolationseigenschaften besitzt, um hohen Spannungen, die während des Betriebes der Vorrichtung auftreten können, zu widerstehen. Auf diese Weise wird somit die Festigkeit und Formbeständigkeit eines Aluminiumbehälters sowie seine chemische Beständigkeit gegenüber dem im Inneren angeordneten Elektrolyten beibehalten, und weiterhin werden die bisher nur durch eine nicht fest verbundene Hülle

409810/0968

erzielten Isolationseigenschaften nunmehr durch einen selbstbindenden überzug erreicht, der überlegene elektrische Isolations· eigenschaften und mechanische Festigkeit ergibt.

409810/0968

Claims

Patentansprüche

Verbesserter Aluminiumelektrolyt-Kondensator, gekennzeichnet durch : ein Aluminiumgehäuse mit einem ersten, einstückigen, geschlossenen Ende und einem zweiten Ende, wenigstens zwei Elektroden, die in diesem Gehäuse mit Abstand voneinander angeordnet sind, einen Elektrolyt in diesem Gehäuse, eine isolierte Abdeckung, die in abdichtender Weise mit dem zweiten Ende verbunden ist, wobei diese Abdeckung Anschlussklemmen besitzt, die in elektrischer Verbindung mit den Elektroden stehen, und einen Epoxyüberzug auf der äusseren Oberfläche des Gehäuses mit einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 nun (6 bis 10 mils), der einen Isolationswiderstand von ungefähr 10 000 Megohm und eine Durchbruchspannung von wenigstens etwa h Kilovolt Gleichstrom ergibt, wobei der Überzug auf der gesamten äusseren Oberfläche des Gehäuses als integraler, selbstbindender Überzug angebracht ist, und das zweite Ende des Gehäuses mit einer Endkante versehen ist, die in die isolierende Abdeckung eingeschlossen ist, wodurch alle äusseren metallischen Teile des Gehäuses mit einem Isolationsmaterial vollständig eingekapselt sind.
2. Kondensator nach Anspruch 1, da du rch gekenn zeichnet , dass der Epoxyüberzug vor dem Zusammenbau des Kondensators bei erhöhter Temperatur mit dem Gehäuse verbunden worden ist.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , dass der Epoxyüberzug in Pulverform auf das leere Gehäuse aufgebracht und bei einer erhöhten Tempera tur ausgehärtet worden ist.

409810/0968
4. Kondensator nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens 1 Teil der isolierenden Abdeckung einen federnden Dichtring aufweist, der mit der Endkante des Gehäuses unter Ausbildung einer Abdichtung zusammenwirkt .
5. Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Aluminiumelektrolyt-Kondensators, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Ausformen eines Aluminiumgehäuses mit einem ersten geschlossenen Ende und einem zweiten offenen Ende;

b) Reinigen der äusseren Oberfläche des Aluminiumgehäuses;

c) elektrostatische Beschichtung der äusseren Oberflächen des Aluminiumgehäuses mit einem gepulverten Epoxymaterial mit einer Durchbruchsspannung von 4 bis 13 Kilovolt Gleichstrom und einem Isolationswiderstand von ungefähr 10 Megohm, wenn der Überzug in einer Dicke von 0,15 bis 0,25 mm (6 bis 10 mils) aufgebracht ist;

d) Aushärten des mit Epoxyd überzogenen Gehäuses bei einer erhöhten Temperatur;

e) Einsetzen eines Kondensatorelementes, Verbinden der Elektroden mit den Klemmschrauben, die in einer im offenen Ende des Gehäuses angeordneten Isolationsscheibe vorgesehen sind und

f) Einschliessen der Endkanten des offenen Endes des Gehäuses in die isolierte Scheibe zur vollständigen Einkapselung der äusseren metallischen Teile des Aluminiumgehäuses, um die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kondensators zu ergeben.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Epoxyd bei einer Temperatur von etwa l80 bis 22O°C ausgehärtet und mit dem Aluminiumgehäuse verbunden wird.

409810/0968

- ίο -
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Endkanten des Gehäuses unter Zwischenlage eines federnden Abdichtringes mit der Abdeckung verschlossen werden.

4098 10/0968