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Elektrolytischer Kondensator.
Die Erfindung bezieht sieh auf einen elektrolytisehen Kondensator, d. h. auf einen Kondensator, bei dem eine der Elektroden mit einem Oxydhäutchen bedeckt und in einen Elektrolyten eingetaucht ist, wobei der Elektrolyt mit seiner Stromzuführung die zweite Elektrode bildet. Da eine derartige Zelle nur in einer Richtung Strom durchlässt, kann sie als Kondensator zum Abflachen von Gleichstrom verwendet werden. Eine solche Zelle hat eine grosse Kapazität, die dem Umstand zu verdanken ist, dass das isolierende Metalloxydhäutchen aussergewöhnlich dünn ist, so dass ein Kondensator mit einem sehr geringen Abstand zwischen den Belegungen entsteht, während das Metalloxyd eine hohe Dielektrizitätskonstante hat.
Wenn man einen derartigen elektrolytischen Kondensator für Wechselstrom verwendet, müssen zwei derartige Zellen gegeneinander geschaltet werden, so dass in keiner Richtung Strom durchgelassen wird.
Bisher hat man versucht, in solchen elektrolytischen Kondensatoren durch Verwendung plattenförmiger Elektroden eine grosse Oberfläche mit geringem Materialverbrauch zu bilden. Ausserdem wurde diesen plattenförmigen Elektroden manchmal eine gebogene, z. B. wellenförmige Gestalt gegeben. Zu dem gleichen Zweck wurde auch schon vorgeschlagen, in einen Zylinder Nuten zu drehen, die ebenso wie der Umfang verlaufen. Die Herstellung einer solchen Elektrode ist aber sehr kostspielig. Weiter wurde bereits vorgeschlagen, einen Zylinder zusammenzudrücken, so dass in Querrichtung Falten entstehen.
Hiebei tritt aber der Nachteil auf, dass die Anordnung der Elektrode Schwierigkeiten mit sich bringt.
Die Erfindung bezweckt nun, diese Nachteile zu vermeiden, dabei dennoch in einem kleinen Volumen eine möglichst grosse Kondensatoroberfläche unterzubringen und ausserdem eine Elektrodenform zu verwenden, die sich auf einfache Weise erhalten lässt.
Dies wird dadurch erzielt, dass wenigstens eine Elektrode aus einem massiven Draht oder Stab besteht, der mit in seiner Längsrichtung verlaufenden, mit der Elektrode aus einem Stück bestehenden Unebenheiten versehen ist.
Es wird durch die Anwendung eines derartigen profilierten Drahtes (Stabes) der Vorteil erzielt, dass die Stromwege von der Stromzuführung durch den Elektrolyten hindurch nach der andern Elektrode nur wenig in der Länge verschieden sind, im Gegensatz zu den bekannten Platten oder Zylindern, bei denen die Stromwege nach der Seite der Platten, die von der Stromzuführung abgekehrt sind, oder nach der inneren Seite des Zylinders viel länger als nach der Vorderseite der Platten oder nach der äusseren Seite der Zylinder sind, wodurch der mittlere Widerstand des Kondensators erheblich gesteigert wird.
Infolge der nach der Erfindung erhaltenen Widerstandsverminderung, die durch die Verwendung eines Drahtes erzielt wird, kann man als Elektrolyten wieder Stoffe mit einem grösseren Widerstand verwenden, die in vielen Fällen eine günstige Wirkung haben.
Dies ist von grosser Bedeutung, zumal bei der meist üblichen Bauart von elektrolytischen Kondensatoren das den Elektrolyten enthaltende Gehäuse als Stromzuführung für den Elektrolyten dient, so dass also die Stromlinien von diesem Gehäuse nach den verschiedenen Teilen der in dem Elektrolyten angeordneten andern Elektrode laufen müssen.
Gegenüber Platten weist die profilierte Elektrode nach der Erfindung weiter den grossen Vorteil auf, dass die Anordnung der Elektroden im Gefäss viel einfacher und billiger ist, da Platten immer auf Trägern befestigt werden müssen, während zur Befestigung des Drahtes oder Stabes die ausgeführten Enden auf sehr einfache Weise verwendet werden können.
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Ferner hat es sich gezeigt, dass die auf der Oberfläche eines Drahtes oder Stabes gebildete Oxydhaut für die Verwendung in elektrolytischen Kondensatoren sehr gute Eigenschaften hat, was unter anderm mit der Tatsache in Zusammenhang steht, dass bei solchen Kondensatoren die Randwirkungen nicht so stark auftreten, wie es bei Platten und Zylindern der Fall ist.
Der Nachteil, dass die Oberfläche im Verhältnis zur Materialmenge weniger gross ist, kann leicht dadurch vermieden werden, dass man eine gewundene drahtförmige Elektrode verwendet. Unter dem Ausdruck gewunden"ist zu verstehen, dass der Draht eine Anzahl von Biegungen aufweist, damit in einem bestimmten Volumen eine grössere Drahtlänge untergebracht werden kann. Man kann den Draht also mehr oder weniger stark verknäueln. Zur Herabsetzung des Gewichtes kann man einen leichten Stoff, z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, verwenden.
Nach dem Profilieren des Drahtes kann man auch vorteilhaft auf diesen Draht einen zweiten Draht schraubenlinienförmig aufwinden, der vorzugsweise aus einem ähnlichen Stoff wie der erste Draht besteht.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform besteht die aus Draht gewundene Elektrode aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Körper, während vorzugsweise mehrere derartige aus einem Stück gewundene Sehrauben ineinander angeordnet sind.
Bei einer andern günstigen Ausführungsform wird ein wellenlinienförmig gebogener Draht benutzt.
Wenn der Draht als Stab ausgeführt wird, kann dieser besonders billig in Massenfabrikation hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird die Elektrode derart ausgestattet, dass der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung überall gleich ist, so dass es möglich ist, die Elektrode durch Spritzen (Pressen) oder Ziehen herzustellen.
Es ist nicht erforderlich, einen solchen Stab durch Nieten, Schweissen. oder auf andere Weise mit den Befestigungsteilen zu verbinden, da man bei einer geeigneten Ausführungsform an einem Teil der Elektrode die Profilierung zweckmässig durch Abdrehen entfernen kann, wodurch eine ebene Oberfläche entsteht, und dann diesen Teil durch den Deckel des Kondensatorgefässes hindurchführen kann.
Hiedurch wird eine sehr einfache Anordnung erzielt, ausserdem ist es für die Wirkung des Kondensators vorteilhaft, dass die Elektrode aus einem Stück besteht und keine Nietverbindungen vorhanden sind, da bei solchen Verbindungen häufig Durchschlag eintritt.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch einen Kondensator mit einer Elektrode, die aus zwei ineinander angeordneten Schrauben besteht. Fig. 2 zeigt einen Teil einer Elektrode, bei der zur Vergrösserung der Oberfläche auf den ersten Draht ein zweiter Draht schraubenlinienförmig aufgewunden ist. Fig. 3 zeigt eine wellenlinienförmig gewundene Elektrode. Fig. 4,5 und 6 zeigen verschiedene. Profilquerschnitte des Drahtes. Fig. 7 stellt eine Ausführungsform einer stabförmigen Elektrode dar, die sich besonders günstig zur Massenherstellung eignet. Fig. 8 ist ein Schnitt eines Kondensators, in dem eine solche Elektrode angeordnet ist.
Die Fig. 9 bis 12 sind Einzeldarstellungen von Ausführungsformen, bei denen zwar gesonderte Befestigungsteile der Elektroden vorhanden sind, bei denen aber der Befestigungspunkt von dem Inneren des Kondensatorgefässes getrennt ist. Fig. 13 ist ein Querschnitt einer Elektrode mit anderm Profil.
In Fig. 1 ist das z. B. aus Kupfer bestehende Kondensatorgehäuse mit 1 bezeichnet. Dieses bildet zusammen mit dem Elektrolyten 2 die eine Elektrode. Der Elektrolyt besteht z. B. aus einer wässerigen Lösung von Borsäuren, Boraten, Zitraten usw. Das Wasser kann in vielen Fällen vorteilhaft ganz oder teilweise durch einen mehrwertigen Alkohol, z. B. Glycerin, ersetzt werden. Im Elektrolyten ist eine z. B. aus Aluminium bestehende Elektrode. 3 angeordnet. Diese wird durch zwei ineinander angeordnete
Schrauben gebildet, die aus einem einzigen Draht gewunden sind. Die Durchführung der Elektrode : ; liegt an der unteren Seite des Kondensators, so dass der Elektrolyt die Elektrode vollständig umschliesst.
Diese Anordnung wird zweckmässig gewählt, weil sonst die Elektrode im Kondensator an der Stelle, an der sie durch die Oberfläche der Flüssigkeit hindurchtritt, häufig angegriffen wird. An der oberen Seite weist das Gehäuse ein Ventil 4 auf, durch das Gase entweichen können. Dieses Ventil besteht z. B. aus einem Gummihütchen, in das eine kleine Öffnung gestochen ist.
Der Draht. 3 ist mit einer Profilierung versehen, die im folgenden noch näher beschrieben ist. Aus Fig. 2 ist eine Ausführung ersichtlich, bei der auf das Drahtstück 6 ein zweiter Draht 6 schraubenlinienförmig aufgewickelt ist. Die beiden Drähte bestehen z. B. aus Aluminium. Die äusseren Windungen sind bei 7 abgebrochen, und unterhalb dieser Windungen ist ein Teil 8 der inneren Windungen dargestellt.
Fig. 3 stellt eine wellenlinienförmig gewickelte Elektrode mit einem hinlaufenden Zweig 9 und einem rücklaufenden Zweig 10 dar. Natürlich kann der wellenlinienförmig gewundene Draht auf die gleiche Weise noch mit weiteren Zweigen ausgebildet sein.
Die Fig. 4,5 und 6 zeigen ein Kreuzprofil, ein U-Profil und ein I-Profil des Drahtes.
In Fig. 7 ist perspektivisch eine stabförmige Elektrode gezeigt, deren Querprofil sternförmig aus- gebildet ist. Auf diese Weise erhält man eine sehr feste Elektrode mit grosser Oberfläche. Der obere Teil der Elektrode ist abgedreht, so dass an dieser Stelle ein scheibenförmiger Teil 11 und ein Stift 12 ent- stehen. Letzterer ist mit Schraubengewinde 13 versehen.
In Fig. 8 ist diese Elektrode 3 in einen Elektrolyten 2 eingetaucht, der sich in dem Kondensator- gefäss 1 befindet. Der Stift 12 ist durch den Deckel 14 des Kondensators hindurchgeführt und wird
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mittels einer auf dem mit Schraubengewinde versehenen Teil 13 gedrehten Mutter 15 festgedrÜckt. Hiebei wird durch den zwischen dem scheibenförmigen Teil 11 und dem Deckel 14 liegenden Ring 16, der aus Gummi besteht, ein vollkommen dichter Abschluss erzielt. Obgleich hiebei die Durchführung der Elektrode an der oberen Seite des Gefässes erfolgt, werden solche Kondensatoren meist in umgekehrter Lage angeordnet, so dass der Deckel 14 unten ist, wie auch in Fig. 1 gezeigt. Die Elektrode 3 befindet sich dann ganz im Elektrolyten 2.
Fig. 9 zeigt einen Teil einer mit einer grossen Anzahl von Flossen versehenen Elektrode. Der obere Teil ist auch in diesem Fall zu einer Scheibe 11 abgedreht. In der Mitte ist eine Bohrung 17 vorgesehen, die mit Sehraubengewinde versehen ist, wie in dem entsprechenden Schnitt nach Fig. 10 ersichtlich ist, in der eine besondere Befestigungsart an dem Deckel 14 angegeben ist. In die Öffnung 17 ist eine Stiftschraube 18 eingeschraubt, die durch eine Öffnung im Deckel 14 hindurchgeführt und mit einer Mutter 15 versehen ist. Mittels der Mutter wird die obere Fläche der Scheibe 11 an einen Gummiring 16 gedrückt, der die Abdichtung zwischen der Scheibe 11 und dem Deckel 14 bildet.
Wenn man den Kondensator, von dem Fig. 10 einen Teil zeigt, umkehrt und eine hinreichende Menge eines Elektrolyten in das Gefäss einführt, so befindet sich die ganze Elektrode, einschliesslich der Scheibe 11, in dem Elektrolyten. Der Verbindungspunkt zwischen der Elektrode 3 und der Stiftsohraube kommt aber mit dem Elektrolyten nicht in Berührung.
Die Fig. 11 und 12 zeigen perspektivisch bzw. im Schnitt einen Teil einer Ausführungsform, mit der das gleiche Ergebnis erzielt wird. Das obere Ende 19 der Elektrode ist kegelförmig und wird mittels der Stiftschraube 18 und der Mutter 15 in eine entsprechende Bohrung des Deckels 14 gezogen, wobei der Kegel 19 für sich bereits einen hinreichenden Abschluss bildet.
Fig. 13 ist ein Querschnitt einer Elektrode, deren Flossen zur Vergrösserung der Oberfläche gewellt sind.
Es ist ersichtlich, dass die dargestellten Profile Ausführungsformen sind, die durch Ziehen oder durch Spritzen (Pressen) eines Materials durch eine ein solches Profil aufweisende Öffnung erzielt werden können.
Es sind viele andere Profile möglich, und die Nuten brauchen nicht genau in der Längsrichtung des Stabes zu verlaufen, sondern können z. B. eine schwache Wellenlinie oder eine Schraubenform, aber mit sehr grosser Ganghöhe aufweisen.
Ferner können auf den in der Zeichnung dargestellten Flossen des Profils noch besondere Profilierungen angebracht sein, die sich ebenfalls in der Längsrichtung erstrecken.
Schliesslich kann der Draht in verschiedene gitterartige Formen gewickelt werden, wenn damit nur die Unterbringung einer grossen Drahtlänge in einem kleinen Volumen erzielt wird.
Gegebenenfalls können die beschriebenen Kondensatoren auch als Gleichrichter verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrolytischer Kondensator, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode aus einem massiven Draht oder Stab besteht, der mit in der Längsrichtung verlaufenden mit der Elektrode aus einem Stück bestehenden Unebenheiten versehen ist.