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Gewickelter Elektrolytkondensator mit perforiertem Anodenband
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gewickelten Elektrolytkondensator, dessen aus einem filmbildenden Werkstoff hergestellte
Anode aus vorzugsweise auf chemischem Wege durchperforiertem Folieband besteht, das zu- sammen mit einer Stromzuführungsfolie zu dem
Elektrolyt und mit mit Elektrolytflüssigkeit durch- tränkten Abstandsstücken aufgerollt oder auf- gewickelt ist.
In Gleichstromzweigen von Schaltungen wer- den vorzugsweise Elektrolytkondensatoren ver- wendet, da sie gegenüber anderen Kondensatoren, wie solchen mit Papierdielektrikum, eine wesentlich grössere Kapazität pro Volumseinheit aufweisen. Insbesondere durch Aufrauhung in bekannter Weise wird die wirksame Oberfläche der Anode, die für den Aufbau der Kapazität massgebend ist, noch wesentlich vergrössert. Hiezu hat sich eine chemische Behandlung, das sogenannte Beizen als sehr wirkungsvoll erwiesen, durch die sich eine Oberflächenvergrösserung und folglich eine Kapazitätserhöhung ergibt, die den Kapazitätswert einer unbearbeiteten Anodenoberfläche von gleichen Abmessungen um ein Vielfaches, z. B. um das achtfache übertrifft.
Es hat sich aber erwiesen, dass die Grösse der Oberfläche und somit der Kapazität nicht bis auf einen beliebig hohen Wert gesteigert werden kann. Einerseits muss man den Umstand Rechnung tragen, dass bei dünnen Folien eine optimale Oberflächenvergrösserung auftritt, wenn das Anodenmaterial soweit durchgebeizt ist, dass sich im Material durchgehende Poren befinden. Anderseits führt die chemische Aufrauhung bei Anoden von grösserer Stärke, wie z. B. bei profilierten Stäben, ebensowenig zu einer Ober- flächenvergrösserung über eine bestimmte Grenze, da bei einer fortschreitenden Behandlung die vorspringenden Teile der Oberfläche wieder in Lösung gehen.
Es sei erwähnt, dass in der britischen Patentschrift Nr. 394485 ein Elektrolytkondensator beschrieben ist, bei dem eine Anodenfolie und eine Kathodenfolie zusammen im Zickzack gefaltet sind und dadurch ein Paket gebildet wird, das ohne Raumverlust in ein rechteckiges Gehäuse eingesetzt werden kann. Beim gemeinschaftlichen Falten der Elektrodenfolien werden wiederholt von jeder Folie gewisse Strecken der
Aussenoberfläche unmittelbar aneinander gelegt.
Im Gegensatz zu einem gewickelten Konden- sator tragen die Aussenseiten der Elektroden- folien bei dem in der genannten Patentschrift beschriebenen Kondensator nicht zur Kapazität- bildung bei, so dass das Aneinanderliegen ver- schiedener Teile der Aussenseite der Folien in letztem Falle auf die Grösse der Kapazität nicht von Einfluss ist.
Um nun trotz der obenerwähnten Beschränkung dennoch eine Vergrösserung der Kapazität pro
Volumseinheit des Kondensators zu erzielen, besteht nach der Erfindung die Anode aus wenig- stens zwei durchperforierten Bändern, die, ohne
Zwischenfügung einer Stromzuführungsfolie für den Elektrolyten und Distanzmaterial aneinander anliegen.
Hiebei ergibt sich eine poröse Anode von grösserer Oberfläche und somit von grösserer
Kapazität, weil die Höhlungen in mehreren auf- einander folgenden Materialschichten angebracht sind. Infolge der Poren in den Bändern kann der
Elektrolyt bis zu den einander zugekehrten
Seiten der Bänder durchdringen, so dass auch diese Oberflächen am Aufbau der Kapazität teilnehmen.
Die Poren in den die Anode bildenden Bändern sind vorzugsweise durch eine chemische Be- handlung des Anodenmateriales hervorgerufen.
Mittels eines Beizverfahrens werden nämlich Poren von mikroskopischen Abmessungen gebildet, so dass die wirksame Oberfläche der Anodenbänder an den Stellen, an denen sich die Poren befinden, nicht herabgesetzt wird. Ausserdem ergibt sich durch das Beizen eine unregelmässige Oberfläche, so dass zwischen den einander zugekehrten Flächen der Anodenbänder Höhlungen vorhanden sind, in denen die erforderliche Elektrolytmenge Platz findet, die durch die Poren hindurch zugeführt wird. Die endgültige Kapazitätszunahme eines Kondensators nach dieser günstigen Ausführungsform ist daher aus zwei Faktoren zusammengesetzt, deren einer in dem an sich bekannten gründlichen Durchbeizen, und deren zweiter in der Anwendung der erfindungsgemässen Massnahme, nämlich des Aufeinanderliegens von mehreren Bändern besteht.
Es ist klar, dass durch die erfindungsgemässe Massnahme eine wesentliche Ersparnis des von
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einem solchen Kondensator für eine gegebene
Kapazität eingenommenen Volumens erzielt wird.
Hieraus ergibt sich nicht nur eine Ersparnis an
Material für das Kondensatorgehäuse, sondern auch an Material für die Stromzuführungsfolie für den Elektrolyten, falls eine getrennte Folie verwendet wird, wie es bei Wickelkondensatoren der Fall ist. Ausserdem ist die erforderliche
Elektrolytmenge wesentlich geringer als bei den gebräuchlichen Wickelkondensatoren.
Gegenüber dem bisher bekannten Wickelkondensator hat der neue Kondensator den Vorteil, dass bei gleicher Kapazität nur etwa die halben Längen an Stromzuführungsfolie, Distanzmaterial, sowie die Hälfte der Elektrolytmenge erforderlich ist.
Da ein erfindungsgemässer Kondensator äusserst kleine Abmessungen hat, kann er bei Verwendung in Verbindung mit einem anderen Kondensator, z. B. in einem Siebglied, vorteilhaft im Innern dieses anderen Kondensators untergebracht werden. So können die beiden Kondensatoren um denselben Kern herumgewickelt werden, wenn sie beide vom Wickeltyp sind, woraus sich eine sehr wesentliche Raumersparnis ergibt.
Ein erfindungsgemässer Kondensator ist vorteilhaft in einem Siebglied verwendbar, wobei er an dessen Ausgangsseite geschaltet ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen Kondensators dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des Wickelkonden- satprs und Fig. 2 eine Schaltung eines Sieb- gliedes, in der als Eingangskondensator ein Elektrolyt-Kondensator üblicher Bauart und als Ausgangskondensator ein solcher nach der Erfindung verwendet ist.
In Fig. 1 ist der Wickelkondensator zur Verdeutlichung des Aufbaues teilweise abgerollt.
Beim Wickeln werden vier Bänder aufgerollt, wobei die Reihenfolge der Schichten folgende ist : ein Band 1 aus Distanzmaterial, wie etwa absorbierendes Papier, eine Anode 2, die noch näher beschrieben wird, wieder eine Distanzschicht 3, und schliesslich die Stromzuführungsfolie 4 für den Elektrolyten, die aus Staniol oder Aluminium bestehen kann.
Für die Anode 2 wird Aluminiumfolie verwendet, die eine ursprüngliche Stärke von 250 Mikron hat und in einem Beizbad bis zur Porenbildung behandelt worden ist. Die Folie ist somit gründlich durchgebeizt. Der hiebei auftretende Oberflächenvergrösserungsfaktor beträgt etwa 6. Die Folie wird sodann in einem Formierelektrolyten bis zur gewünschten Spannung formiert und ferner doppelt gefaltet. Die doppelt gefaltete Folie wird dann auf die oben beschriebene Weise mit den anderen Bändern aufgerollt.
Der Vorteil eines erfindungsgemässen Elektrolytkondensators gegenüber einem des bisher üblichen Wickeltyps ergibt sich aus folgendem.
Für einen Kondensator mit einer Kapazität von
80 Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von
270 Volt wurde bisher etwa 70 cm Anodenfolie von 5-5 CM Breite, etwa 70 cm Stromzuführungs- folie und etwa 70 cm Papier benötigt. Für einen erfindungsgemässen Kondensator mit gleicher
Kapazität, bei gleicher Betriebsspannung ist aber nur etwa 35 cm doppelte Anodenfolie, also
70 cm gestreckt, von 5-5 5 cm Breite, etwa 35 cm
Stromzuführungsfolie und etwa 35 cm Papier er- forderlich.
Die Ersparnis geht auch deutlich aus den Werten der von den beiden verglichenen Kondensatoren eingenommenen Volumens hervor. Dieses ist für einen Wickel eines Kondensators der bisher üblichen Art 35 cm3 und für einen Kondensator nach der Erfindung 25 cm3.
Ein noch weitergehender Vorteil ergibt sich aus folgender Betrachtung.
In einem Siebglied, dessen Schaltung in Fig. 2 dargestellt ist, wird die gleichgerichtete Spannung an den Eingangsklemmen A und B angelegt. Die der Gleichspannung überlagerte Wechselspannung liefert einen Strom, der zur Hauptsache vom Eingangskondensator Ci aufgenommen wird. In den meisten Fällen wird daher Ci so bemessen sein, dass er den infolge der Wechselspannung fliessenden Strom, den sogenannten welligen Strom, aufnehmen kann, ohne dass eine übermässige Erhitzung des Kondensators auftritt. Das heisst also, dass die Oberfläche des Stromzuführungsleiters für den Elektrolyten von Ci so gross sein muss, dass die Dichte des welligen Stromes nicht unzulässig hoch wird. Die Kapazität des Ausgangskondensators C2 wird durch die zulässige wellige Spannung zwischen den Klemmen C und D bestimmt.
Dieser Kapazität wird dann ein möglichst hoher Wert gegeben, was in Anbetracht der sehr geringen Abmessungen des Kondensators überhaupt keine Schwierigkeit bietet. Es ist daher möglich, die gewünschte Kapazität des Siebgliedes in einem
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eines Kondensators üblicher Bauart, aber dieser Widerstandswert spielt keine Rolle, da der von Cg aufgenommene wellige Strom sehr gering ist und die Verluste in diesem Kondensator gleichfalls sehr gering sind.