DE2725137A1 - Verfahren zur herstellung eines kondensators und nach diesem verfahren hergestellter kondensator - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines kondensators und nach diesem verfahren hergestellter kondensatorInfo
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Description
HUBERT BAUER
1» A T KNTANWAL T
Deutsches Patentamt ZweibrUckenstr. 12
8000 München 2
TKIKFON (O* 41) 501*65
rOSTSCHKCK KÖLN «31 333-6O8
AACIIKN
B/Du (727) 1. Juni 1977
des Staates Delaware, 98 Cutter Mill Road, Great Neck,
New York 11022. V. St.A.
Bez.: Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und nach diesen
Verfahren hergestellter Kondensator
709851/0871
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators aus einer Kondensator-Montageuntergruppe, die einen Kathodenkörper und mit Abstand davon einen Anodenleiter besitzt.
Tantal-Schnipsel-Kondensatoren, die auch als feste Elektrolytkondensatoren bekannt sind, sind vor kurzem in weitverbreiteten Gebrauch gekomnen, insbesondere in sog. Dickfolien-Stromkreisen. Tantal-Schnipsel-Kondensatoren haben den bekannten Vorteil einer relativ hohen Kapazität bezogen auf das gegebene Volumen. Kondensatoren dieses Typs und vergleichbare Typen von Kondensatoren sind in
den US-Patenten 3,855,505, 3,349,294, 3,341,752, 3,356,911,
3,308,350 und 3,337,428 beschrieben. Diese Kondensatoren sind zerbrechlich, uneinheitlich in den äußeren Abmessungen und haben ein
hohes Aufnahmevermögen fUr eindringende Feuchtigkeit. Diese Kondensatoren mUssen unter Vakuum behandelt werden, und zwar mit gepolsterten Pinzetten o. dgl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und einen danach hergestellten Kondensator zu schaffen, dem die vorerwähnten Nachteile nicht anhaften,
der vielmehr so ausgebildet ist, daß er gegen FlUssigkeitseintritt sicher ist und außerdem robust genug ist, um einer manuellen oder
automatischen Behandlung ohne Anwendung besonderer Vorsichtsmaßnahmen standzuhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in ein wenigstens an einem Ende offenes und hohles Metallgehäuse die Montageuntergruppe eingesetzt wird und eine elektrische Verbindung zwi-
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sehen dem Kathodenkörper sowie dem kathodenseitigen Gehäuseteil
und eine weitere elektrische Verbindung zwischen dem Anodenleiter sowie dem anodenseitigen Gehäuseteil gebildet wird und daß in den
Spalt zwischen dem Gehäuse und der Montageuntergruppe eine härtbare, flüssige, polymere Masse eingefüllt und gehärtet wird und
zwischen dem kathodenseitigen und dem anodenseitigen Gehäuseteil an einer Stelle, an der das Gehäuse mit der polymeren Masse in
Berührung steht, eine Nut zur Trennung des anodenseitigen Gehäuseteils von dem kathodenseitigen eingearbeitet wird.
Die Nut kann durch Sandstrahlen in das Gehäuse eingearbeitet werden. Es empfiehlt sich, die Nut in Höhe des Anodenleiters anzuordnen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Kathode mit dem Gehäuse durch Einbringen eines Lötmittels in das kathodenseitige Ende des Gehäuses verbunden wird und die polymere
Masse nach Aufstellen des Gehäuses mit dem anodenseitigen Ende zuoberst in dieses Ende eingefüllt wird.
Zur Verbindung der Anode mit dem Gehäuse wird ein quer zum Gehäuse
angeordneter Tantaldraht mit dem Anodenleiter verschweißt.
Die Erfindung betrifft auch einen Kondensator mit einer festen Montageuntergruppe eines Elektrolyt-Schnipsel-Kondensators mit einer
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Kathode, die einen Teil der Montageuntergruppe darstellt, einer Anode und einem Anodenleiter, der aus diesem Teil herausragt.
Bei diesen Kondensator ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein rohrförniges
Metallisches Gehäuse zur Aufnahme der Montageuntergruppe vorgesehen ist und eine elektrische Verbindung zwischen der Kathode
der Montageuntergruppe sowie dem gegenüberliegenden kathodenseitigen
Gehäuse und eine weitere elektrische Verbindung zwischen dem Anodenleiter sowie dem gegenüberliegenden anodenseitigen Gehäuseteil
gebildet ist, wobei innerhalb des Gehäuses eine härtbare, polymere, isolierfähige Masse vorgesehen ist, die mit der Innenwandung
des Gehäuses Über wenigstens einen mittleren Bereich adhäsiv
verbunden ist, und daß weiterhin das Gehäuse mit einer umlaufenden Nut in mittleren Bereich versehen ist, wodurch die beiden Gehäuseteile
zu beiden Seiten der Nut die Elektroden des Kondensators bilden.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet.
Es empfiehlt sich, den Draht und das Gehäuse aus Metallen mit im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszubilden.
Das Gehäuse sollte wenigstens eine sich in Längsrichtung erstreckende
ebene Fläche besitzen.
In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung darge-
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stellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf die Einzelteile des Kondensators in auseinandergezogenem Zustand,
Fig. 2, 3 und 4 Längsschnitte durch die Kondensatorelemente,
wobei die fortschreitenden Bearbeitungsstufen hiervon schematisch gezeigt sind,
Fig. 5 eine Seitenansicht, wobei eine weitere Bearbeitungsmaßnahme bei der Herstellung des
Kondensators gezeigt ist und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht auf einen fertigen Kondensator gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Montageuntergruppe 10 eines Tantal-Schnipsel-Kondensators gezeigt, deren (Montageuntergruppe 10) Herstellungsschritte bekannt sind und die im nachfolgenden lediglich aus ErläuterungsgrUnden kurz beschrieben wird, da der hauptsächliche Fortschritt der vorliegenden Erfindung in dem Verfahren zur Begrenzung (Anordnung der Elektroden) und Einkapselung des an sich bekannten Kondensators liegt.
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in einen Würfel gepreßt ist, in dem ein Leiter eingebettet ist.
Der WUrfel wird auf Temperaturen von etwa 2000 C erhitzt, und zwar unter Hochvakuum-Bedingungen, um eine schwammige Tantal- Anode zu bilden. Auf dem Tantal wird eine dielektrische Oberfläche
gebildet, die aus Tantalpentoxyd besteht und an Ort und Stelle durch elektrolytische Eloxierung des schwammigen Tantal-Würfels
in einem Phosphorsäurebad gebildet wird. Der Teil wird gereinigt und getrocknet und anschließend in Mangannitrat imprägniert, wonach der Würfel auf etwa 300 C erhitzt wird, wobei das Nitrat in
Mangansuperoxyd (Mangandioxyd) umgewandelt wird.
Dieser Pyrolyseschritt wird einige Male mit intermittierenden elektrolytischen Rückbildungen wiederholt, um das durch die wiederholten Hitzeanwendungen beschädigte Dielektrikum zu heilen.
Nachdem dieses Verfahren abgeschlossen ist, wird der Teil gewaschen und getrocknet und ein Überzug 11 aus Graphit als wässrige
Suspension aufgebracht. Nach dem Trocknen wird der Graphit mit einen leitfähigen Überzug versehen, beispielsweise einem Silberoder KupferUberzug 12, was so zu verstehen ist, daß der Überzug
die Kathodenverbindung oder das Ende zu der Montageuntergruppe bildet und der Leiter 13 die Anodenverbindung darstellt.
Da das spezielle Herstellungsverfahren der Montageuntergruppe 10
in eine« oder mehreren der vorstehend genannten Patente ausführlich erklärt ist, wird auf eine weitere Beschreibung verzichtet.
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vorliegenden Erfindung in der Begrenzung (Anordnung der Elektroden)
und der Einkapselung des Kondensators. Ein solches Verfahren und der danach hergestellte Kondensator sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt.
tal, Nickel oder KOVAR (Warenzeichen der Westinghouse Electric
Corp. fUr Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und relativ niedriger Wärmeausdehnung) geschweißt sein, der in einem nachfolgenden Schritt elektrisch mit dem Gehäuse 16 verbunden wird, um
das Anodenende des Kondensators zu definieren, wobei das so zu verstehen ist, daß eine direkte Verbindung zwischen dem Zwischenstuck
oder dem Leiter 13 mit dem Gehäuse 16 wahlfrei (evtl.) ausgeführt werden kann. Die Verwendung eines Querstabs aus Tantal, Nickel
oder K0VARR ist wahlfrei,
eigenschaften bevorzugt.
oder KOVAR ist wahlfrei, aber wegen ihrer verträglichen Schweiß-
Die Montageuntergruppe 10 wird mit dem daran befestigten Querdraht 15 anschließend in ein metallisches Gehäuse 16 gesteckt, das
vorzugsweise aus stranggepreßtem Metall besteht, wie als bevorzugtes Beispiel K0VARR.
Mit dem Einsatz 10 in dem Gehäuse 16, wie in Fig. 2 dargestellt,
wird das Gehäuse 16 aufrecht gestellt, und zwar mit der Kathode oder dem SilberUberzug 12 zuunterst, wobei eine Lage 17 eines Lötmittels oder eines leitfähigen Epoxydharzes in den Zwischenraum
zwischen dem überzug 12 und dem unteren Ende 18 des Gehäuses 16 ge-
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gössen wird, und zwar zur Herstellung der Kathodenverbindung des
Kondensators. Die Menge des Lötmittels oder des leitfähigen Epoxydharzes ist vorzugsweise so bemessen, daß sie ausreicht, um die
LUcken zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz zu füllen, wobei eine Abdichtung gegenüber dem unteren Ende 18 vorgesehen ist.
Als nächster Schritt wird der Querdraht 15 elektrisch mit dem Gehäuse 16 an seinem oberen Ende 19 verbunden, um die Anodenverbindung herzustellen. Eine solche elektrische Verbindung wird beispielsweise durch ein kapazitives Entladungsschweißgerät 20 hergestellt, dessen eine Elektrode 21 an dem Gehäuse 16 geerdet ist und
dessen andere Elektrode 22 mit der "heißen" Seite des Schweißstromausgangs verbunden ist.
Es ist so zu verstehen, daß der Endbereich 23 des Querdrahts 15
gegen die Wand des Gehäuses 16 durch zwischen den Elektroden 21 und 22 ausgeübten Druck gedruckt wird und aufgrund des Schweißstroms mit dem Gehäuse 16 verschweißt wird.
Es können auch zu der in Fig. 3 dargestellten Maßnahme alternative
haßnahmen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Leiter 13 und dem Ende 19 des Gehäuses 16 zur Anwendung kommen.
Ein Vorteil der Verwendung des Tantalleiters und des KOVAR -Gehäuses besteht darin, daß aufgrund der aufeinander abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden metallischen Komponenten die
Wahrscheinlichkeit, daß sich die beiden Teile voneinander trennen, wenn der Kondensator anschließend beim Einsetzen in einen elektri-
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sehen Stromkreis erhitzt wird, wesentlich verringert ist.
In Übereinstimmung mit der Darstellung gemäß Fig. 4 besteht der nächste Schritt in der Herstellung des Kondensators darin, daß in
die Zwischenräume zwischen der Innenfläche 24 und der Kondensator-Montageuntergruppe
10 ein polymeres Isolationsmaterial 25 eingeführt wird. Das Material 25 muß natürlich hohe elektrische Isolationsfähigkeit
besitzen, ist insbesondere schrumpffest im Verlaufe des Härtens oder Polymerisierens und bildet insbesondere eine
festhaftende Verbindung mit der beteiligten Innenfläche 24 des Gehäuses und der äußeren Oberfläche der Montageuntergruppe 10.
Ein bevorzugtes Material ist eine Epoxydmischung, wie etwa eine
epoxydhaltige Verbindung, wobei das so zu verstehen ist, daß jede Abart eines warmhärtbaren oder thermoplastischen harzigen Materials,
das die oben angegebenen Eigenschaften ausweist, Verwendung finden kann.
Vorzugsweise kann das Epoxydharz oder ein ähnliches flüssiges harziges
Material in einer evakuierten Umgebung eingeführt werden, wodurch verbesserte Abdichteigenschaften und eine verbesserte Entlüftung
der LUcken erreicht werden.
Es wird erkannt sein, daß, wie alsbald begründet wird, die Kondensatorelemente
Über das Metallgehäuse geshuntet (d. h. parallel geschaltet,
also kurzgeschlossen) sind.
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Nach dem Härten der harzigen Materialien besteht der in Fig. 5 dargestellte
nächste Schritt darin, daß rund um das Gehäuse herum eine Nut oder eine Spalte 26 geschnitten oder geätzt wird, wodurch ein
Fließen des elektrischen Stroms zwischen den Enden 18 und 19 des Gehäuses ausgeschlossen ist. Wenngleich die Bildung einer solchen
Nut 26 auf verschiedene Weise erfolgen kann, wie beispielsweise durch Schleifen, Räumen einer Nut o. dgl., so wird dennoch die Anwendung
der an sich bekannten Sandstrahltechnik zur Bildung der Nut bevorzugt.
Wie schematisch in Fig. 5 gezeigt, leitet eine feine OUse einen
Strahl von Blaspartikeln, wie beispielsweise Blassand, der in einem Luftstrom von hoher Geschwindigkeit mitgerissen wird, gegen
einen Teil der Seitenwandung des Gehäuses, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 16 und der DUse 27 ausgeführt wird, wodurch
das metallische Material in einen das Gehäuse umgebenden Bereich vollständig entfernt wird. Die Verwendung von Sandstrahl-Techniken
ist bevorzugt, weil es sich herausgestellt hat, daß sich die daraus resultierende Schneidewirkung bevorzugt auf das Metall
erstreckt und in das Epoxydraaterial weniger tief einschneidet.
Der durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte Kondensator
ist in Fig. 6 gezeigt.
Das ist so zu verstehen, daß das Gehäuse 16 nun in zwei voneinander
getrennte Teile unterteilt ist, wobei der eine Teil 16* die Kathode und der andere Teil 16'* die Anode des Kondensators bildet.
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Das gehärtete Epoxydmaterial 25 hält die beiden Teile des Gehäuses
mechanisch zusammen, wobei es gleichzeitig das Gehäuse zuverlässig abdichtet und sicherstellt, daß der Kondensator während seiner
Handhabung nicht beschädigt wird. Elektrische Verbindungen können an beiden Teilen 161 und 16'* angebracht werden.
Während der Kondensator in einem rechtwinkligen (im vorliegenden
Beispiel einem quadratischen) rohrförmigen Metallgehäuse eingebettet dargestellt ist, das vorzugsweise aus einem Stuck besteht, das von
einem langgestreckten stranggepreßten Teil geschnitten ist, ist es leicht erkennbar, daß andere Querschnittsformen verwendet werden
können. Die rechteckige Form hat jedoch den Vorteil, daß sie die Montage des Kondensators auf einer ebenen Platte ermöglicht.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu verstehen, daß ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, insbesondere
eines Tantal-Schnipsel-Kondensators, beschrieben und erläutert ist. Der hauptsächliche Fortschritt, den das erfindungsgemäße Verfahren
bietet, liegt in der Idee, eine Kondensator-Montageuntergruppe in einer vollständig leitenden Hülse anzuordnen, Verbindungen zwischen
den Elektroden der Montageuntergruppe und der Hülse mit gegenseitigem Abstand voneinander herzustellen, in das Innere des Gehäuses
oder der Hülse ein polymeres dielektrisches Material einzubringen, welches gehärtet wird, und die Enden der Hülsen elektrisch zu isolieren, um dadurch die Elektroden des Kondensators genau zu definieren, während eine miteinander fluchtende Ausrichtung der jeweiligen Flächen sichergestellt ist. Eine solche Ausrichtung erleich-
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tert die Verbindung der Elektroden mit benachbarten leitenden Bauteilen, beispielsweise auf einem flachen Schaltbrett.
Der Begriff "elektrische Isolation", wie er hier und in den Ansprüchen benutzt ist, soll sich auf die Unterbrechung der direkten
leitfähigen Verbindung durch das Gehäuse beziehen, ohne Bezugnahme auf die kapazitive Verbindung zwischen den Elektroden, was offensichtlich das Ergebnis des beschriebenen Verfahrens ist.
Es ist weiterhin zu erkennen, daß dem Fachmann auf diesem Gebiet,
der sich mit den vorliegenden Erörterungen vertraut gemacht hat, Abwandlungen in den Verfahrensschritten, die Art ihrer Ausfuhrung und
die Folge, in der sie ausgeführt werden, zur Verfugung stehen. So können beispielsweise zwei oder mehr Kondensatoren in einem einzigen
Metallgehäuse vorgesehen sein und durch Bildung zweier oder mehrerer ringsum laufender Nuten elektrisch voneinander isoliert sein. Gleichfalls kann die innere Verbindung zwischen den Kathoden beispielsweise des Kondensators hergestellt werden, wobei der mittlere Bereich
die gemeinsame Elektrode ist, die durch umlaufende Nuten von den Enden (Anoden) isoliert ist.
Während die vorliegende Erfindung als Einkapselung eines Tantal-Kondensators beschrieben ist, sei weiterhin betont, daß die Einkapselungsidee auch bei anderen kapazitiven Geräten Verwendung finden
kann, insbesondere des Typs aus filmbildendem Material.
Demzufolge ist die Erfindung hierüber innerhalb des Bereichs der
beigefugten Patentansprüche breit auszulegen.
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Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators aus einer Kondensator-Montageuntergruppe, die einen Kathodenkörper und mit Abstand davon einen Anodenleiter besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß in ein wenigstens an einem Ende offenes und hohles Netallgehäuse die Montageuntergruppe eingesetzt wird und eine elektrische Verbindung zwischen dem Kathodenkörper sowie dem kathodenseitigen Gehäuseteil und eine weitere elektrische Verbindung
zwischen dem Anodenleiter sowie dem anodenseitigen Gehäuseteil gebildet wird und daß in den Spalt zwischen dem Gehäuse und
der Montageuntergruppe eine härtbare, flüssige, polymere Masse eingefüllt und gehärtet wird und zwischen dem kathodenseitigen
und dem anodenseitigen Gehäuseteil an einer Stelle, an der das Gehäuse mit der polymeren Masse in Berührung steht, eine Nut
zur Trennung des anodenseitigen Gehäuseteils von dem kathodenseitigen eingearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut
durch Sandstrahlen in das Gehäuse eingearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut
in Höhe des Anodenleiters angeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit den Gehäuse durch Einbringen eines Lötmittels in das
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kathodenseitige Ende des Gehäuses verbunden wird und die polymere Masse nach Aufstellen des Gehäuses mit dem anodenseitigen
Ende zuoberst in dieses Ende eingefüllt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Masse unter Vakuumbedingungen eingefüllt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Anode mit dem Gehäuse ein quer zum Gehäuse angeordneter Tantaldraht mit dem Anodenleiter verschweißt wird.
7. Kondensator mit einer festen Montageuntergruppe eines Elektrolyt-Schnipsel-Kondensators mit einer Kathode, die einen Teil
der Montageuntergruppe darstellt, einer Anode und einem Anodenleiter, der aus diesem Teil herausragt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiges metallisches Gehäuse (16) zur Aufnahme der
Montageuntergruppe (1O) vorgesehen ist und eine elektrische Verbindung zwischen der Kathode (12) der Montageuntergruppe (10)
sowie dem gegenüberliegenden kathodenseitigen Gehäuse (16*) und
eine weitere elektrische Verbindung zwischen dem Anodenleiter (13) sowie dem gegenüberliegenden anodenseitigen Gehäuseteil (16*') gebildet ist, wobei innerhalb des Gehäuses (16)
eine härtbare, polymere, isolierfähige Masse (25) vorgesehen ist, die mit der Innenwandung des Gehäuses (16) Über wenigstens
einen mittleren Bereich adhäsiv verbunden ist, und daß weiterhin das Gehäuse (16) mit einer umlaufenden Nut (26) im mittleren
Bereich versehen ist, wodurch die beiden Gehäuseteile (16*,
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16'*) zu beiden Seiten der Nut (26) die Elektroden des Kondensators bilden.
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse (16) in Querschnitt rechtwinklig ausgebildet ist.
9. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Draht (15) und das Gehäuse (16) aus Metallen mit im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
10. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse (16) wenigstens eine sich in Längsrichtung erstreckende ebene Fläche besitzt.
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