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Elektrolytischer Kondensator.
Die Erfindung verfolgt den Zweck, die Eigenschaften von elektrolytischen Kondensatoren der sogenannten gepolten Type zu verbessern. Es soll die Durchschlagsfestigkeit des Kondensators erhöht und die Spannungssicherheit heraufgesetzt werden. Weiterhin wird gleichzeitig die Korrosionsfestigkeit der vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Belegungen verbessert, so dass auch die Beständigkeit des Elektrolyten und die Lebensdauer des Kondensators wesentlich erhöht wird.
Diese Vorteile werden gemäss der Erfindung durch eine besondere Behandlung der Stromzuführung zum Elektrolyten, der sogenannten Kathode, erreicht. Diese Kathode stellt neben der die Sperrschicht tragenden Anode die zweite Elektrode des elektrolytischen Kondensators dar. Sie besteht bei den gebräuchlichen Kondensatoren meistens genau wie die Anode aus Aluminium, in einigen Fällen auch aus anderen Metallen, wie Kupfer.
Es ist nun bereits bekanntgeworden, die Oberfläche der Kathode eines elektrolytischen Kondensators mit einer porösen Schicht aus Lack od. dgl. zu versehen. Hierbei soll der von aussen aufgetragene Lack die Rolle eines Abstandhalters übernehmen, wobei durch die Poren dieses Abstandhalters der Elektrolyt an die Oberfläche der Kathode herangetragen wird. Bei diesem bekannten Kondensator sind aber die Poren verhältnismässig gross, so dass diese nicht zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit beitragen können.
Demgegenüber besteht gemäss der Erfindung die auf der Kathode befindliehe poröse Schicht aus einem Umsetzungsprodukt des Kathodenmaterials. Eine solche Schicht ist so hoch porös, dass sie mit einer Lackschicht der bekannten Art nicht verglichen werden kann.
Der Vorteil einer solchen Schicht besteht darin, dass, wie Versuche ergeben haben, die Durchschlagsfestigkeit des Kondensators wesentlich erhöht wird. Es wird vermutet, dass die erhöhte Durchschlagsfestigkeit des Kondensators durch eine"lokale Strombegrenzung"hervorgerufen wird. Bei ansteigendem Strom entsteht nämlich in den Poren der auf der Kathode befindlichen Schicht ein immer grösser werdender Widerstand, wodurch anormal grosse Ströme vermieden werden und infolgedessen die Durchschlagsfestigkeit des Kondensators heraufgesetzt wird.
Eine Behandlung der Kathode gemäss der Erfindung kann für den häufigsten Fall. wenn nämlich die Kathode aus Aluminium besteht, rein chemisch oder elektrochemisch vollzogen werden. Bei dem rein chemischen Verfahren empfiehlt es sieh, die Kathode zur Herstellung der porösen Schicht in Alkalien einzutauchen. Hierbei kommt in erster Linie Natronlauge in Frage, vorzugsweise in verdünner, etwa 5% iger Lösung.
Bei elektrochemischen Verfahren wird die Kathode vorzugsweise durch Eintauchen in Säuren bei entsprechender Strombehandlung mit der porösen Schicht versehen. Als Säure eignet sieh Schwefelsäure, vorzugsweise in verdünnter, etwa 8-bis 12% iger Lösung. Ferner Oxalsäure, ebenfalls vorzugs-
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Lösung. Auch sind sämtliche möglichen Gemische von Sehwefel-Oxal-und Chromsäure etwa in ähnlichen Konzentrationen anwendbar, also z. B. ein Gemisch von Schwefel-und Chromsäure, von Schwefelund Oxalsäure, von Oxal-und Chromsäure und von Sehwefel-Oxal-und Chromsäure. Für die Strombehandlung kann Gleich-oder Wechselstrom oder Wellenstrom (Gleichstrom mit überlagertem Wechselstrom) in allen Fällen mit Vorteil angewendet werden.
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Eine weitere Verbesserung bzw. Erleichterung der Herstellung der porösen Schicht auf der Kathode wird erzielt, wenn Temperaturen angewendet werden, die nicht wesentlich über der Zimmertemperatur liegen. So ist es empfehlenswert, die Temperatur durch Kühlung unter 25 C zu halten, da bei höheren Temperaturen leicht ein Auflösen der porösen Schicht im Bade erfolgen kann.
Als Spannungen am Bade werden etwa 10 bis 20 Volt vorgeschlagen.
Bei der Herstellung eines elektrolytischen Kondensators kann, da im allgemeinen die Anode ebenfalls zunächst mit einer porösen Schicht versehen wird, sowohl die Kathode als auch die Anode gleichzeitig einer gemeinsamen Behandlung unterzogen werden, worauf dann lediglich die Anode zwecks Bildung der eigentlichen als Dielektrikum dienenden Sperrschicht den dazu notwendigen weiteren Behandlungen ausgesetzt wird.
Bei dieser gemeinsamen Behandlung wird bei der Verwendung von Wechselspannung die Kathode und die Anode an je einem Pol der Wechselspannung angeschlossen. Bei der Verwendung von Gleichspannung dagegen werden die Kathode und die Anode parallel geschaltet und an dem einen Pol der Gleichspannung angeschlossen, während das Bad mit dem andern Pol der Gleichspannung in Verbindung gebracht wird.
Um das Inlösunggehen der auf der Kathode befindlichen porösen Schicht zu erschweren oder zu vermeiden, wird empfohlen, dem Elektrolyten Zusätze zuzugeben. Als solche Zusätze kommen bei einer Kathode aus Aluminium in Frage : Aluminiumoxyd, Aluminiumhydroxyd oder Aluminiumazetat.
Es ist zweckmässig, diesen Zusatz dem Elektrolyten zuzugeben, wenn sich der Zusatz in einem gelartigen Zustand befindet bzw. den Elektrolyten in einen gelartigen Zustand überführt. Hierdurch wird gleichzeitig der Vorteil erreicht, dass der Elektrolyt in einen pastenförmigen Zustand übergeführt wird.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrolytischen Kondensators nach der Erfindung.
Die Anode 1 wird zusammen mit der Kathode 2 durch den Behälter 3 geführt, in dem sich z. B. eine verdünnte Schwefelsäurelösung befindet. Die Elektroden 1 und 2 sind hierbei in bekannter Weise mit einer Wechsel- bzw. Gleichstromquelle verbunden. Die hierzu notwendige nähere Anordnung ist, da sie selbst nicht Gegenstand der Erfindung ist, nicht gezeigt. Der mit dem sogenannten Vorformungelektrolyten gefüllte Behälter 3 kann weiterhin gekühlt werden.
Nach Verlassen des Behälters 3 tritt die Anode 1 zur Bildung der als Dielektrikum dienenden Sperrschicht in den Behälter 4 ein, in dem sich z. B. eine wässerige Lösung des aus einem mehrwertigen Alkohol und einem Borat gebildeten Betriebselektrolyten befindet. Es kann jedoch auch eine andere Zusammensetzung als der Betriebselektrolyt gewählt werden, z. B. eine Lösung von reiner Borsäure in Wasser, eventuell mit Zusätzen von Alkalien, wie Natronlauge oder Ammoniak, die auch in Form ihrer Alkaliborate (Borax, Ammoniumborat) zugegeben werden können. Es können jedoch auch andere Säuren (eventuell mit den entsprechenden Alkalisalze) verwendet werden, wie Zitronensäure oder Gallussäure, z. B. eine l% ige Lösung von Gallussäure in Wasser.
In dem Behälter 4 findet also eine weitere an sich bekannte Vorformierung der Anode 1 statt. Nach Verlassen des Behälters 4 wird der Anode 1 von einer kreisförmig bewegten Vorratsrolle 5 ein Gewebeband 6 zugeführt, das die Anode 1 spiralförmig nach Art einer Bandagierung umgibt. Nachdem dies geschehen ist, wird von einer Vor- ratsrolle y und von einer Vorratsrolle 8 je ein Papierband 9 und 10 der mit dem Gewebe 6 umhüllten Anode 1 zugeführt. Das aus der Anode 1, der Gewebebandage 6 und den Papierbändern 9 und 10 gebildete Aggregat tritt nunmehr in den mit dem Betriebselektrolyten gefüllten Behälter 11 ein und wird dort gegebenenfalls unter Anwendung hoher Temperaturen mit dem Betriebselektrolyten imprägniert.
Nachdem das Aggregat den Behälter 4 verlassen hat, wird jetzt die von dem Behälter 3 herkommende, mit der porösen Vorschicht versehene Kathode 2 dem Aggregat zugeführt, so dass nunmehr alle für den Kondensatorkörper erforderlichen Bestandteile gemeinsam erfasst werden können. Es handelt sich hierbei also um die Anode 1, die Bandage 6, die Papierbänder 9 und 10 und die Kathode 2. Der Konden- sa'orkörper kann nunmehr so hergestellt werden, dass die zusammengefassten Bestandteile in den erforderlichen Längen abgeschnitten und zusammengerollt werden. Zur Herstellung der Anschlusselektroden werden die Kathode und die Anode in bekannter Weise am Rand eingeschnitten und der Einschnitt umgebogen. Nach Zusammenbau des Kondensators kann eine Nachformierung erfolgen.
Durch die erfindungsgemässe Vorbehandlung der Kathode ist es möglich, elektrolytische Kon- densa oren für verhältnismässig hohe Betriebsspannungen und insbesondere auch für verhältnismässig hohe Be riebstemperaturen herzustellen. So gelang es beispielsweise einen elektrolytischen Kondensa or, d3r nach dem bisherigen Aufbau mit unvorbehandelter Kathode bei 600 Volt und 50 C Betriebs empera'ur die Grenze seiner Stabilität erreicht hatte, durch einfaches erfindungsgemässes Vor- behandeln der Kathode unter Beibehaltung des sonstigen Aufbaues bei 650 Volt und 50 C zu betreiben.
Es sei noch erwähnt, dass ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Kondensators darin besteht, dass die vorbehandelte Kathode weit weniger als eine nicht vorbehandelte Kathode durch den Elektro- lyten angegriffen wird, so dass also sowohl Kathode als auch der Elektrolyt weitgehendst geschont werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass es zweckmässig ist, die mit der porösen Schicht versehene Kathode durch ein Waschbad hindurchlaufen zu lassen, bevor sie mit den übrigen Teilen, also mit der Anode und dem Abstandhalter, zu dem Kondensatorkörper zusammengebaut wird. In der Fig. 2 ist die die Kathode 2 bedeckende poröse Schicht mit 12 bezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gepolter elektrolytischer Kondensator, bei welchem die Stromzuführung zum Elektrolyten, die sogenannte Kathode, mit einer porösen, den elektrischen Strom in beiden Richtungen durchlassende Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht aus einem Umsetzungsprodukt des Elektrodenmaterials besteht.