DE2849415A1

DE2849415A1 - Explosionssicherer elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE2849415A1
Application number: DE19782849415
Authority: DE
Inventors: Marius Henricus Van Der Dussen; Cornelis Leonardus Maria Gils; Pieter Kemkers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-11-16
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1979-05-17
Also published as: IT1100223B; US4245277A; ES475048A1; IT7829724A0; NL7712605A; BR7807455A; GB2008323B; JPS5479463A; GB2008323A; FR2409586A1

Description

N.V. Philips' Gbüü.f^.iicwuüiüi], Eindhc

23.3.1978 T PHN 8955

"Explosxonssicherer Elektrolytkondensator"

Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit einem überdruckventil, dessen Abblasöffnung sich im Boden einer dem Deckel zugewandten muldenförmigen Vertiefung befindet und mit einem elastischen Organ abgeschlossen ist, das sich bei überdruck im Gehäuse elastisch verformt und dabei eine offene Verbindung mit der Umgebung des Kondensators bewirkt.

Aus der ÜS-PS 3 463 9^9 ist ein Kondensator der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem die Abblas—

.JO öffnung des Überdruckventils mit einem nagelförmlgen Kunststoff pfropf en abgeschlossen ist, der sich im Kondensatorgehäuse erstreckt.

Bei einer geringen überlastung dieses Kondensators in einer elektrischen Schaltung wird eine geringe Temperaturerhöhung und Gasentwicklung in der Kondensatorwicklung auftreten. Hierdurch baut sich im Kondensatorgehäuse nach einiger Zeit ein so hoher Gasdruck auf, dass die vom Gas auf die Seite des elastischen Pfropfens ausgeübte Kraft die Schliesskraft des elastischen Pfropfens ttbersteigt, wodurch er an der Seite eingedrückt wird, so dass eine offene Verbindung mit der Umgebung entsteht. Für die Dauer der geringen überlastung kann jetzt genügend Gas abgeblasen werden, um weiteren Druckanstieg zu verhindern. Nach Beendigung der überlastung und der davon begleiteten Gasentwicklung wird die Abblasöffnung wieder geschlossen.

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Bei einer starken Überlastung, die beispielsweise die Folge eines falschen Anschlusses bei der Montage ist, wird insbesondere durch sehr schnelle und grosse Verdampfung des Elektrolyts eine starke Gasentwicklung auftreten.

Hierbei wird der Pfropfen aus der Öffnung herausgeblasen, so dass zum Aufrechterhalten der Öffnung kein weiterer .Gasdruck erforderlich und damit Explosion des Gehäuses vermieden ist.

Ein Nachteil des bekannten Kondensators ist, dass der nageiförmige elastische Pfropfen sich im Kondensatorgehäuse erstreckt. ¥enn der Druck im Kondensatorgehäuse durch eine geringe überlastung ansteigt, ist es erwünscht, dass sich das überdruckventil öffnet, wenn der überdruck einen vorgebbaren und voreinsteilbaren Wert Jifoejcs.ehreiTfcrtT" — Diese gewünschte Wirkung des Überdruckventils ist ausser von den -mechanischen_Eigensdiaften des Pfropfens in hohem Masse von den Masstoleranzen im Aussendurchmesser des Pfropfens und im Innendurchmesser der Abblasöffnüng des Überdruckventils abhängig. Zum Erhalten eines verantwortbaren Selbstkostenpreises bei Massenherstellung des Kondensators sollen die erwähnten Tolex-anzen jedoch so gross sein, dass die gewünschte Wirkung und damit ein sicherer and ausreichender Schutznicht für alle hergestellten Kondensatoren gewährleistet ist. Durch die Wechselwirkung des Werkstoffes des sich im Kondensatorgehäuse erstreckenden Pfropfenteils und der Elektrolytflüssigkeit oder des Elektrolytdampfes, der immerhin nach einer geringen überlastung des Kondensators auftritt, werden die elastischen Eigenschaften des Pfropfens auf die Länge beeinflusst. Durch diese Änderung in den elastischen Eigenschaften wird, wie es sich in Dauerversuchen mit mehreren elastischen Werkstoffen herausgestellt hat, die Explosions sicherheit des Kondensatox-s nachteilig beeinflusst. In vielen Fällen wird Pfropfen härter durch die erwähnte Wechselwirkung, wodurch das Kondensatorgehäuse explodiert, bevor der Pfropfen aus der Abblasöffnung herausgedrückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen explosionssicheren Elektrolytkondensator mit einem

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überdruckventil mit relativ geringen Abmessungen zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile beseitigt werden. Ein erfindungsgemässer Elektrolytkondensator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasöffnung im Boden der muldenförmigen Vertiefung des Gehäuses von einem elastischen Pfropfen abgedeck ist, der unter mechanischer Vorspannung durch einen erweichbaren thermoplastischen Streifen, der durch Verformung der Gehäusewand nahe dem Rand der muldenförmigen Vertiefung gehaltert ist, auf den Boden der muldenförmigen Vertiefung gedrückt ist.

Das überdruckventil, das sich einfach und in der Massenfertigung verhältnismässig preisgünstig herstellen lässt, besitzt im Kondensatorgehäuse einen verhältnis-

-—^Hi&s-sirg geringen Durchmesser und kann dadurch ebenfalls zum Abstützen und für die Zentrierung der Kondensatorwickels benutzt werden. Der Raum ink-Kondensajtargeliause ist somit

für die Kapazitätsbildung optimal ausgenutzt. ___ _.._.

^: Der erfindungsgemäsee Kondensator ist ebenfalls explosionssicher, weil der Streifen, mit dem der elastische Pfropfen mechanisch vorgespannt ist, aus einem erweichbaren thermoplastischen Material hergestellt ist. Bei einer h.oh_en überlastung des Kondensators steigt seine Temperatur so stark an, dass der Streifen erweicht, so dass der Pfropfen aus der muldenförmigen Vertiefung durch Uberdruck im Gehäuse herausgedrückt wird. Das bei starker überlastung entwickelte Gas kann jetzt durch die Abblasöffnung entweichen. Für die Aufrechterhaltung dieser offenen Verbindung wird kein weiterer Gasdruck mehr benötigt. Explosionsgefahr gibt es also nicht mehr. Durch die Wahl eines geeigneten thermoplastischen Materials ist gewährleistet, dass bei starker überlastung der thermoplastische Streifen bereits erweicht ist, bevor der Druck im Kondensator unzulässig hoch angestiegen ist, so dass der Kondensator explosionssicher ist.

Der elastische Pfropfen erstreckt sich nicht im Kondensatorgehäuse, sondern deckt lediglich die Abblasöffnung in der muldenförmigen Vertiefung ab. Die gewünschte Wirkung des Überdruckventils wird deswegen durch die elas-

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tischen Eigenschaften des Pfropfens und durch das Ausmass der Andrückung desselben, jedoch nicht durch Masstoleranzen im Durchmesser des Pfropfens und der Abblasöffnung bestimmt. Das Ventil und damit der Kondensator sind daher in der Massenfertigung relativ einfach und preisgünstig herstellbar. Weiter'haben Dauerversuche herausgestellt, dass die Explosionssicherung nach längerem Gebrauch des Kondensators noch einwandfrei arbeitet. Dies kommt daher, dass die Wirkung der Explosionssicherung durch die thermoplastischen Eigenschaften des thermoplastischen Andruckstreifens bestimmt wird. Dieser Streifen berührt sich nicht oder kaum mit Elektrolytflüssigkeit oder Elektrolytdampf im Betrieb des Kondensators, so dass seine thermoplastischen Eigenschaften nicht oder kaum dadurch beeinflusst werden können.

■ Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrolytkondensators,

Fig. 2 den in Fig. 1 umkreisten Teil des Querschnitts in vergrössertem Masstab, und

•Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Teil des Elektrolytkondensators.

Fig. 1 zeigt einen Elektrolytkondensator mit einem Kondensatorwickel 1, der in ein Aluminiumgehäuse 2 mit einer Z3'-Iinderförmigen Seitenwand 3 aufgenommen ist, welches eine Bodenwand K besitzt, die mit der Seitenwand aus einem einzigen Stück gebildet ist. Das Gehäuse 2 ist mit einem Hartkunststoffdeckel 5 abgeschlossen, der mit Anschlussklemmen 6 und 7 versehen ist, die mittels Anschlussstreifen 8 bzw. 9 mit der- Elektroden (nicht dargestellt) im Kondensatorwickel 1 elektrisch verbunden sind. Der Deckel 5, der im Gehäuse 2 mit Hilfe einer ürafangsrille 10 und einem umgebördelten Endrand 11 befestigt ist, ist mit einer Gummischicht 12 versehen, die bei der Herstellung des Kondensators durch den umgebördelten Endrand 11 und durch Vorsprünge 13 und 1*1- der Anschlussklemmen 6 bzw. 7 derart

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elastisch verformt wird, dass ein gasdichter Verschluss des Gehäuses 2 erhalten -wird. Der Deckel 5 besitzt ein Zentrierorgan 15> auf dem sich der Kondensatorwickel 1 mit seinem Hohlkern 16 aus elektrisch isolierendem Material abstützt und zentriert. Das Zentrierorgan 15 ist mit einer Bohrung 17 und mit Offnungen 18 versehen, wodurch der Raum zwischen dem Kondensatorwickel 1 und dem Gehäuse 2 mit dem Raum im Hohlkern 16 des Kondensatorwickels 1 in Verbindung steht.

- . Das Gehäuse 2 ist mit einem Überdruckventil

19 versehen, das in die Bodenwand, k eingelassen ist. Das Überdruckventil 19s von dem ein Schnitt in Fig. 2 in'vergrössertem Masstab und in Fig. 3 eine Ansicht dargestellt ist, enthält eine aus einem Stück mit der Bodenwand h hergestellte, dem Deckel 5 zugewandte muldenförmige Vertiefung

20 mit einem Boden 21, welche die Form eines stumpfen Kegels hat. Im Boden 21 befindet sich eine Abblasöffmmg 22, die mit einem elastischen Pfropfen 23 abgedeckt ist, der mechanisch von einem Streifen 2k aus thermoplastischem Material vorgespannt ist, der mit Hilfe eines Stanzrandes 25 auf einem Sitz 26 der Vertiefung 20 festgesetzt ist. Der elastische Pfropfen 23» der beispielsweise aus Neoprengummi mit einer Gummihärte zwischen 50 Sh und 100 Sh besteht, ist so vorgespannt, dass erst bei einem Überdruck im Elektrolytkondensator von etwa 2 kg/cm elastisch eine solche Eindrückung erfolgt, dass dabei eine offene Verbindung mit der Umgebung des Elektrolytkondensators entsteht. Eine geringe Gasentwicklung, die bei einer geringen überlastung des Elektrolytkondensators durch Verdampfung des Elektrolyts auftreten kann, verursacht daher im Gehäuse des Kondensators keinen höheren Überdruck als 2 ato. Nach der Beendigung der geringen überlastung und der damit begleiteten Gasentwicklung schliesst sich die Abblasöffnung 22 wieder. Der Elektrolytkondensator kann also im Falle einer geringen überlastung nicht explodieren oder auf sonstige Weise bleibend beschädigt werden. Eine starke überlastung des Elektrolytkondensators, die beispielsweise die Folge einer falschen Polung ist, hat eine sehr starke Gas-

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entwicklung und möglicherweise sogar die vollständige Verdampfung des Elektrolyts zur Folge. Da einerseits das Ventil nur beschränkte Abmessungen haben kann und zum anderen die maximale Eindrückung des elastischen Pfropfens eine Beschränkung in der möglichen Vergrösserung der offenen Verbindung bedeutet, während eine tiberproportional mit dem Gasdruck ansteigende Grosse der Abblasöffnung bei starker Uberbelastung notwendig ist, könnte der Druck im Kondensator ohne weitere Massnahmen unzulässig hoch ansteigen.

Durch Verwendung eines Streifens 24 aus thermoplastischem Material, das bei etwa 14O C erweicht, wird dieser Nachteil beseitigt. Vorzugsweise wird als thermoplastisches Material ein mit 40 ^c/o Glasfasern verstärktes Polypropylen benutzt. Die Glasfaserverstärkung verhindert ein Kriechen im Streifen 24. Abhängig von den zu enrartenden Drücken und Temperaturen in den Elektrolytkondensatoren können auch verschiedene·Thermoplaste benutzt werden. Durch starke überlastung des Elektrolytkondensators steigt seine Temperatur so stark an. dass der thermoplastische Streifen er— weicht, so dass, der Pfropfen 23 aus der Vertiefung 22 herausgedrückt werden kann und die Abblasöffnung 20 in direkte offene Verbindung mit der Umgebung des Kondensators kommt. Das bei starker überlastung entwickelte Gas kann dann entweichen, ohne dass dazu ein hoher Druck zum Aufrechterhalten der offenen Verbindung mit der Umgebung notwendig ist. Eine Explosionsgefahr ist dadurch beseitigt, Aveil in Fällen starker überlastung des Elektrolytkondensators der thermoplastische Streifen 24 bereits erweicht ist, bevor der Druck im Kondensator soweit angestiegen ist, dass Explosionsgefahr besteht.

Der elastische Pfropfen 23 ist vorzugsweise

ein kubusartiger Block, dessen Umkreis in der Anliegeflache mit dem Boden 21 der Vei-tiefung 20 einen Durchmesser gleich dem kleinsten Innendurchmesser der kegelförmigen Vertiefung 20 hat. Hierdurch ist eine einfache und betriebssichere Montage des elastischen Pfropfens 23 in der Vertiefung 20 und ein guter Verschluss der Abblasöffnung 20 gewahrleistet. Durch den Vierkantschnitt des elastischen Pfropfens 23 ist

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zwischen diesem Pfropfen und der Wand der Vertiefung 22, auch bei zylindrischer Form, so viel Raum vorhanden, dass bei einer elastischen Verformung des Pfropfens 23 durch einen übex-druck im Kondensator eine offene Verbindung· mit der Umgebung gewährleistet ist.

Die Vertiefung 20 besitzt im Kondensatorgehäuse 2 eine dem Deckel 5 zugewandte kegelige Oberfläche 27» auf der sich der Kondensatorwickel 1 mit Hilfe des Hohlkernes 16 abstützt und zentriert. Hierdurch ist eine solide Anordnung des Kondensatorwickels 1 im Gehäuse erhalten.

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Claims

23-5-1978 4 PHN 8955 PATENTANSPRÜCHE.

1.) Elektrolytkondensator mit einem überdruckventil, dessen Abblasöffnung sich im Boden einer dem Deckel zugewandten muldenförmigen Vertiefung befindet und mit einem elastischen Organ abgeschlossen ist, das sich bei überdruck im Gehäuse elastisch verformt und dabei eine offene Verbindung mit der Umgebung des Kondensators bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasöffnung (22) im Boden (21) der muldenförmigen Vertiefung (20) des Gehäuses (2) von einem elastischen Pfx'opfen (23) abgedeckt

■jO ist, der unter mechanischer Vorspannung durch einen erweichbareii thermoplastischen Streifen (2h), der durch Verformung (25) der Gehäusewand (4) nahe dem Rand der muldenförmigen Vertiefung gehaltert ist, auf den Boden der muldenförmigen Vertiefung gedrückt ist.

■J5 2. Kondensator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erweichbare thermoplastische Streifen ( 24 ) aus glasf as ervers täi-kt ein Polypropylen besteht. 3· Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die Wand eier muldenförmigen Vertiefung

2Q- (20) einen Sitz (26) für den erweLchbaren thermoplastischen Stx-eifen {2h) besitzt, der auf dein Sitz durch einen Stanzrand (25) airi Rande der muldenförmigen Vertiefung befestigt ist.
h. Konclensator mich Anspruch 1 , dadurch gekeiin-

zeichnet, dass die muldenförmige Vertiefung (20) runde

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Querschnitte besitzt, während der elastische Pfropfen (23) ein mit einer flachen Seite an den Boden (21) der muldenförmigen Vertiefung anliegender kubusförmiger Block ist, dessen Umki-eis in der Anliegefläche mit dem erwähnten

S Boden einen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser der muldenförmigen Vertiefung in Höhe der Anliegefläche besitzt. 5· Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die muldenförmige Vertiefung (20) die For-m eines Stumpficegels hat, auf dem sich der Kondensatorwickel

(1) mit einem Rand einer im Wickel befindlichen rohrförmigen Öffnung (16) abgestützt xst_o

6. Gehäuse für einen Kondensator nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand mit einer im Boden einer muldenförmigen Vertiefung der Wand ange— brachten Abblasöffnung versehen ist, die von einem mit Hilfe eines an der Gehäusewand befestigten thermoplastischen Streifens vorgespannten elastischen Pfropfen abgedeckt ist.

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