DE2406141B2 - Elektrolytkondensator und seine verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit einer aufgewickelten Anoden- und einer Kathodenfolie und einem mit dem Elektrolyt getränkten Papierabstandhalter, bei dem die Elektrodenfolicn je F.wei getrennt angeordnete Belagzuführungen aufweisen, sowie seine Verwendung.

Beim Einsatz von Elektrolyt-Kondensatoren in netzgespeisten Gleichrichtern bleibt die induktive Komponente des Scheinwiderstandes bedeutungslos. In letzter Zeit gewinnen sogenannte DC-DC-Wandler zunehmende Bedeutung, mit denen eine Gleichspannung gegebener Größe in eine andere transformiert ■werden kann. Hierzu wird die Primärspannung periodisch an die Eingangswicklung eines Übertragers geschaltet; die Sekundärspannung wird gleichgerichtet und geglättet, bevor sie einem Verbraucher zugeführt wird. Die Wandlerfrequenz liegt im allgemeinen oberhalb der Hörfrequenz und ist z. B. größer als 2OkHz. Bei diesen Frequenzen sind Scheinwiderstand und Eigeninduklivität der Elektrolyt-Kondensatoren bereits merklich angestiegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektrolyt-Kondensator anzugeben, welcher bei den Frequenzen, die bei DC-DC-Wandlern üblich sind, einen niedrigen Scheinwiderstand und eine niedrigere Induktivität aufweist als herkömmliche Elektrolyt-Kor.densaloren.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten tlektrolytkondensator erfindungsgemäß dadurch ge-Ibst, daß zur Erzielung eines niedrigen Scheinwiderstandes und einer niedrigen Induktivität die Belagzuführunfen für die Folien zur getrennten Einspeisung und zur getrennten Abnahme Hes Stromes als Vierpol kontakierbar sind.

Vorteilhafte Ausgesiäliungen des erfindungsgernäßen tlektrolytkondendators sind in den Unteransprüchen Die Erklärung für den wesentlich günstigeren Scheinwiderstand eines derartig kontaktierten Elektrolyt-Kondensators besteht darin, daß die Folienwiderstar.de im Zusammenspiel mit den bei Elektrolyt-Kondensatoren sehr hohen Flächenkapazitäten zu einem aus ÄC-Gliedern aufgebauten Kettenleiter führen. Die Wirksamkeit steigt mit zunehmendem Abstand der Abgriffe auf den Belägen untereinander. Sie ist am größten wenn die Abgriffe an den Belagsenden vorgenommen werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßbeschriebenen Kondensators besteht darin, daß diese Kettenleitereigenschaften selbst noch zu tiefen Temperaturen hin wirksam bleiben.

Aus der Entstörungstechnik sind Wickel-Kondensatoren in Vierpol-Kontaktierung bekannt, deren Folien am Anfang und am Ende kontaktiert sind. Diese bekannten Kondensatoren werden als /.C-Siebketten verwendet. Zur Erhöhung der Induktivität werden ihre Wickel z. B. auf Kerne aus magnetischem Material gewickelt.

Aus der DT-PS 7 20 063 ist ein elektrischer induktivitätsarmer Wickelkondensator bekannt. Der bekannte Kondensator weist mehrere Anschlüsse an jeder Fol'e auf, wobei jedoch die zusammengehörigen Anschlüsse untereinander verbunden sind. Dadurch stellt der bekannte Wickelkondensator keinen wirksamen /fC-Keitenleiter dar. Weiterhin ist es beim bekannten Kondensator erforderlich, Leerwindungen am Ende der Folie anzubringen, damit die zusammenge hörigen Anschlüsse übereinander zu liegen kommen.

Aus der DT-PS 6 80 283 sind Zweiplatten- b/w. Schichtkondensatoren bekannt. Die Dielektrikumsbelegungen der bekannten Kondensatoren bestehen aus einem Werkstoff mit hohem ohmschen Widerstand, da die Kondensatoren als kombiniertes Widerstands- und Kapazitätselement in Verstärkerschaltungcn eingesetzt werden sollen. Die Lehre, einen Elektrolytkondensator mit niedrigem Scheinwiderstand und niedriger Induktivität herzustellen, ist dieser Patentschrift nicht entnehmbar, insbesondere da bei Elektrolyikondensatoren die Folienbahnwiderstände senr niedrig sind und der erfindungsgemäße Kondensator nicht als Widerstand eingesetzt werden soll. Der /?C-Kettenlciter beim erfindungsgemäßen Kondensator ergibt sich durch den Widerstand des Betriebselektrolyts also senkrecht zu den Belagsfolien.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau des Elektrolyt-Kondensators dargestellt. Die Anodenfolie 1 ist am Anfang und Ende mit zwei Belagszuführungen 2, 3 kontaktiert. Die Kathodenfolie 4 weist ebenfalls am Anfang und am Ende zwei Belagszuführungen 5, 6 auf. Die beiden Folien werden unter Zwischeniegung von Papierlagen 7, 8 aufgewickelt, wobei die Papierzwischenlagen 7 und 8 mit dem Betriebselektrolyten getränkt werden.

Ausführungsbeispiel: Ein Aluminium-Niedervolt-Elektrolyt-Kondensator (IOOhF/IOOV) wurde aus am Anfang und am Ende kontaktierten Anoden- und Kathodenfolien hergestellt. Zum Vergleich wurde der gleiche Kondensator in herkömmlicher Weise kontaktiert (je eine Kontaktierung in der Mitte der Folien). In F i g. 2 ist der Verlauf des Scheinwiderstandes Z in Abhängigkeit von der angelegten Frequenz /'wiedergegeben, wobei die ausgezogene Kurve (B) am herkömmlich kontakiierten Kondensator bei einer Umgebungstemperatur von 25°C aufgenommen wurde und die gestrichelte Kurve (A) dem Kondensator in Vierpol-

Kontaktierung entspricht. Der Figur ist zu entnehmen, daß der Scheinwiderstand bei einer Frequenz von ca. 150 kHz ein Minimum aufweist, wobei das Minimum des Scheinwiderstandes beim vierpolig kortaktierten Elektrolyt-Kondensator um zwei Größenordnungen niedriger ist als beim herkömmlich kontaktierten Kondensator. Kurve A\ und B\, die am vier- bzw. zweipolig kontaktierten Kondensator bei einer Umgebungstemperatur von 0^r C aufgenommen wurden, zeigen, daß der erfindungsgemäße Kondensator selbst noch bei O⁰C dem herkömmlichen Kondensator bei 25⁼C deutlich überlegen ist.

Da bekanntermaßen die Induktivität bei bifilar ausgeführten Wickeln praktisch nur durch die Anschlußleitungen gebildet wird, weisen vierpolig kontaktierte Kondensatoren gegenüber zweipolig kontaktierten ein Minimum ar Induktivität auf. Kurve A in F i ?. 2 läßt den Vorteil in Höhe von 2 Größenordnungen deutlich erkennen. Die Lage des Scheinwiderstandsminimums ist im wesentlichen von der Geometrie des Kondensators und der Flächenkapazität der Anode abhängig.

Es ist möglich, beide Anschlußpaare getrennt auf je einer Wickelstirnseite herauszuführen. Alis Kostengründen wird man jedoch ein einseitiges Herausführen bevorzugen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden im Fall einseitig herausgeführter Anschlüsse die dem Ausgang bzw. Eingang zugehörigen Anschlußpaare um 90 gegeneinander versetzt angeordnet, wobei die Klemmen eines Paares diametral zueinander stehen. Dadurch erreicht man eine äußerst niedrige induktive Vcrkopplung von Eingangs- und Ausgangsstromkreis.

In F i g. 3 ist der fertige Elektrolyt-Kondensator mit vier einseitig herausgefunden Anschlüssen 2, 5 bzw. 3,6 dargestellt, der in einen Becher 10 eingebaut ist. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist die äußere und innere Beschallung derart vorgenommen, daß das dem Eingang zugehörige Anschlußpaar 2, 5 um 90° gegen das dem Ausgang zugehörige Paar 3, 6 versetzt angeordnet ist. Dadurch stehen die Stromkreise — ur.d demzufolge die Magnetfelder — senkrecht zueinander, wodurch die gegenseitige magnetische Beeinflussung den geringstmöglichen Wert annimmt.

Beim Betrieb des erfindungsgemäfien Elektrolyt-Kondensators mit einem Wickel- und Kontaktierschema nach F i g. 4 besteht die Gefahr, daß sich dieser unter dem Einfluß des Nutzstroms (Gleichstrom) unzulässig erwärmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Verbraucherstrom nicht nur sämtliche vier Anschlußstreifen, sondern auch die Belagsfolien in voller Länge durchfließt. Deshalb können sicn bei Verbraucherströmen, z. B. größer 4 A und Folienbahnwiderständen. die sich aus der Dimensionierung eines Kondensators mit einem Durchmesser von /.. B. 35 mm ergeben, bereits Gleichstromleistungen einstellen, die zu einer unzulässig hohen Übertemperatur führen.

Diese Schwierigkeiten können dadurch umgangen werden, daß man den erfindungsgemäßen Kondensator in einer Zusammenschaltung mit Drosseln verwendet, wobei je eine Drossel parallel zur Anoden- bzw. Kathodenfoiie geschaltet ist. Diese Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Drossel 11 parallel zur Anodenfolie 1 und die Drossel 12 parallel zur Kathodenfolie 4 geschaltet ist. Dabei muß die Drossel so dimensioniert sein, daß ihr G'eiehstromwiderstand klein gegenüber dem Folienwiderstand ist. während ihr Wechselstromwiderstand wesentlich größer als der Eingangswiderstand an den Eingangsklemmcn des Kondensators sein muß; dann fließt die Gleichstromkomponente des Stromes im wesentlichen über die Drosseln II, 12, so daß die Erwärmung des Kondensators praktisch nur durch die Wechselstromleistung hervorgerufen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrolytkondensator mit einer aufgewickelten Anoden- und einer Kathodenfolie und einem mit dem Elektrolyt getränkten Papierabstandhalter, bei dem die Elektrodenfolien je zwei getrennt angeordnete Belagszuführungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines niedrigen Scheinwiderstandes und einer niedrigen Induktivität die Belagzuführungen für die Folien zur getrennten Einspeisung (2, 5) und zur getrennten Abnahme (3, 6) des Stromes als Vierpol kontaktierbarsind.

2. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Belagzuführung (2, 5, 3,6) jeweils an den Folienenden angebracht sind.

3. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der an einer Stirnseite des Wickels herausgeführten Belagzuführung die dem Ausgang (3,6) bzw. dem Eingang (2, 5) zugehörigen Anschlußpaare um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind (F i g. 3).

4. Verwendung eines Elektrolytkondensators nach einem der Ansprüche ! bis 3 in einer Siebschaltung, bei der je eine Drossel parallel zur Anoden- bzw. Kathodenfolie angeordnc ^t.