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Elektrolytischer Kondensator
Die Erfindung bezieht sich auf elektrolytische Kondensatoren mit einer aus mehreren Sinterkörpern bestehenden Elektrode aus Ventilmetall, in welche Stromzuleitungen aus Ventilmetall eingesintert sind.
Elektrolytische Kondensatoren enthalten bekanntlich Elektroden aus sogenanntem Ventilmetall, das sind Metalle, die sich leicht mit einer dielektrischen Schicht aus einem Umsetzungsprodukt des Metalls überziehen lassen. Die Ausbildung der Elektroden, insbesondere der Anoden, hat einen erheblichen Einfluss auf die Kapazität des Kondensators. Um eine grosse Kapazität zu erzielen, muss die mit der dielektrischen Schicht überzogene Elektrode eine möglichst grosse Oberfläche aufweisen. Man hat daher als Elektroden für elektrolytische Kondensatoren schon Sinterkörper aus Ventilmetallen, wie z. B. Aluminium oder Tantal, verwendet. Durch die Verwendung von Sinterkörpern können besonders kleine Kondensatoren verhältnismässig grosser Kapazität hergestellt werden.
Bisher hat man Sinterkörper nur für verhältnismässig kleine Kondensatoren verwendet und bei etwaigem Bedarf an höherer Kapazität mehrere derartige Kondensatoren parallel geschaltet. Wenn man zur Herstellung einzelner Kondensatoren noch grösserer Kapazität grössere Sinterkörper als Elektroden verwendet, so muss man dabei den Nachteil höherer Verluste in Kauf nehmen, da mit der Grösse der Sinterkörper die Verluste des Kondensators beträchtlich ansteigen.
Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass die von der Elektrodenzuleitung sehr weit entfernten Teile des Sinterkörpers keine gute elektrische Verbindung mit der Zuleitung mehr haben.
Es ist bereits ein Tantal-Elektrolytkondensator bekannt, bei welchem ein einziger Sinterkörper als Elektrode verwendet wird und dieser in Richtung seiner grössten Ausdehnung durch ein Zuleitungsende aus Tantal einseitig durchsetzt wird. Bei dieser Ausführung jedoch tritt der oben erwähnte Nachteil auf, dass bei Vergrösserung der Elektrode zu viele Verluste entstehen (USA-Patentschrift Nr. 2, 616, 953).
Der erfindungsgemässe elektrolytische Kondensator mit einer aus mehreren Sinterkörpern bestehenden Elektrode aus Ventilmetall, in welche Stromzuleitungen aus Ventilmetall eingesintert sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen die einzelnen Sinterkörper in Richtung ihrer grössten Ausdehnung durchsetzen und die Zuleitungsenden untereinander und bzw. oder mit einer Platte aus Ventilmetall verschweisst sind.
Bei einem solchen elektrolytischen Kondensator ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für alle Sinterkörper eine gemeinsame Stromzuleitung in Draht- oder Bandform vorgesehen.
Bei Verwendung von Tantal als Ventilmetall dürfen nach der weiteren Ausbildung der Erfindung die einzelnen Sinterkörper nicht mehr als 5 Gramm Tantal bzw. nicht mehr als 2 Gramm Tantal enthalten.
An Hand der Figuren sollen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
In Fig. 1 - 3 sind mehrere Abwandlungen der erfindungsgemässen Elektroden dargestellt und in Fig. 4 ist ein elektrolytischer Kondensator mit einer erfindungsgemässen Elektrode gezeigt.
Die Elektrode eines elektrolytischen Kondensators besteht nach Fig. 1 aus zwei Sinterkörpern la und lb, die mit Zuleitungselektroden 2 versehen sind. Diese Zuleitungen bestehen aus Drähten, Stiften oder Bändern aus Ventilmetall und sind in bekannter Weise in die Sinterkörper eingepresst. Mittels der Zuleitungen 2 sind die beiden Sinterkörper an einer gemeinsamen Platte aus Ventilmetall 3 befestigt, beispielsweise durch Anschweissen, was durch die Schweisspunkte 4 angedeutet ist. Da die in Fig. 1 gezeigte Elektrodenanordnung vollkommen aus Ventilmetall besteht, können keinerlei Korrosionen durch Einwirkung des Elektrolyten auftreten.
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Im allgemeinen wird mindestens die Anode eines elektrolytischen Kondensators in der beschriebenen Weise ausgeführt. Bei nichtpolarisierten Elektrolytkondensatoren kann die Kathode des Kondensators ebenso aufgebaut sein.
Besonders zweckmässig ist es, wenn die einzelnen Sinterkörper, aus denen sich die Elektrode zusammensetzt, auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht sind. So können beispielsweise Sinterkörper, wie dies an sich bekannt ist, in einem fortlaufenden Verfahren auf einen langen Stab, einen Draht oder ein Band aus Ventilmetall aufgepresst werden. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung der erfindungsgemässen Elektroden. In Fig. 2a und 2b sind Beispiele für derartige Elektroden dargestellt. In Fig. 2a besteht die Elektrode aus zwei Sinterkörpern la und Ib, die auf einen gemeinsanen Träger 2 aus Ventilmetall aufgebracht sind. Dieser ist mittels der Schweisspunkte 4 an der Platte 3 aus Ventilmetall befestigt.
Es können selbstverständlich auch mehrere derartige Sinterkörper zu einer Elektrode zusammengefasst werden. Ein Beispiel ist in Fig. 2b dargestellt. Die vier Sinterkörper la-nid befinden sich auf dem gemeinsamen Träger 2, der mittels der Schweisspunkte 4 an der Ventilmetallplatte 3 befestigt ist. Der mittlere Schweisspunkt 4 ist zwar nicht unbedingt erforderlich, jedoch aus Gründen der mechanischen Stabilität angezeigt.
Die einzelnen Sinterkörper können jedoch auch beliebig anders zu einer Elektrode zusammengefasst sein. Wesentlich ist in jedem Falle, dass die in die Elektroden eingepressten Zuleitungen die Verbindungen zur gemeinsamen Ableitplatte sowie diese selbst aus Ventilmetall bestehen. Beispielsweise können alle Teile aus Tantal hergestellt sein.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. In die Sinterkörper la- 1c sind Ventilmetallstäbe 2 eingepresst, die an zwei senkrecht dazu angeordnete Stäbe 2a aus Ventilmetall angeschweisst sind. Diese können, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wieder mit einer Ventilmetallplatte 3 verbunden sein, oder einer dieser Stäbe 2a wird isoliert aus dem Kondensator herausgeführt und dient als Elektrodenzuleitung.
Bei den bisher besprochenen Anordnungen sind die Sinterkörper mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Um den Raumbedarf noch weiter einzuschränken, können die einzelnen Sinterkörper auch dicht gepackt werden. Zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen ist es jedoch vorteilhaft, poröse Zwischenlagen als Abstandshalter zwischen den einzelnen Sinterkörpern anzubringen.
In Fig. 4 ist ein elektrolytischer Kondensator der zuletzt beschriebenen Art dargestellt. Die Sinterkörper l, die auf einen gemeinsamen Trägerkörper 2 aufgepresst sind, sind derart dicht übereinandergepackt, dass der Trägerkörper schleifenförmig durch das Paket verläuft.
Zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen der Sinterkörper sind zwischen diese poröse Zwischenlagen 5 eingelegt. Diese müssen aus einem Material bestehen, das vom Elektrolyten nicht angegriffen wird. Das Ende des gemeinsamen Trägerkörpers 2 ist an der Innenseite des Kondensatordeckels bei 4 festgeschweisst. Dieser Deckel besteht aus zwei miteinander mechanisch und elektrisch gut verbundenen Metallschichten, u. zw. aus einer inneren Ventilmetallschicht 3 und einer äusseren Schicht 3a aus gut lötfähigem Metall. Die Berührung der Sinterkörper 1 oder des Trägerkörpers 2 mit dem Kondensatorbecher wird durch poröse Einlagen aus Isolierstoff verhindert, wie sie in Fig. 4 bei 6 angedeutet sind. Der Kondensatorbecher 7 ist gegen den Deckel mittels der isolierenden Dichtung 8 abgedichtet.
Der Becher 7 dient in diesem Falle als zweite Elektrode. Die Poren des Sinterkörpers sowie der Raum zwischen Sinterkörper und Gehäuse sind mit dem Elektrolyten 9 ausgefüllt.
Es sind noch andere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens möglich. Bei bestimmten Ventilmetallen kann die Grösse des Sinterkörpers, bei dem noch tragbare Verluste auftreten, durch das Gewicht des verwendeten Metalles angegeben werden. Bei Verwendung von Tantal wird zweckmässig weniger als 5 Gramm Tantal für einen einzelnen Sinterkörper verwendet. Bei besonders hohen Anforderungen an die Verlustwerte wird man nur Tantalsinterkörper verwenden, die weniger als 2 Gramm Tantal enthalten.
Bei Verwendung von Tantalsinterkörpern mit 2 Gramm Tantal liegen die Verluste unter 0,02 bei 50 Hz, während die Verluste bei Sinterkörpern über 5 Gramm rasch über 0, 1 ansteigen können. Die Grösse der einzelnen Sinterkörper richtet sich also nach den gewünschten Verlustwerten, während sich ihre Anzahl nach der Kapazität richtet.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Elektroden können alle Ventilmetall verwendet werden, die sich nach irgendeinem Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern eignen.