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Vorrichtung zum Formieren von Aluminiumfolien für
Elektrolytkondensatoren
Das Formieren von Aluminiumfolien mit blanker oder aufgerauhter Oberfläche für Elektrolytkondensatoren erfolgt heute fast ausschliesslich im Durchlaufverfahren ; die Folie wird in Bandform durch ein oder mehrere Formierbäder gezogen. Für das Formieren finden Gleichspannungen zwischen zirka 3 und 700 V Anwendung. Als Formierelektrolyt wird vorzugsweise eine wässerige Borsäurelösung mit beispielsweise 5-15% Borsäure verwendet.
Bereits veröffentlicht Untersuchungen, die in den Laboratorien der Patentinhaberin durchgeführt wurden. haben gezeigt, dass es für verlustarm Kondensatoren wichtig ist, eine möglichst hohe Stromstärke beim Formieren anzuwenden, u. zw. gleich zu Beginn des Formierens. Die Stromstärke sollte z. B. bei 500 V Formierspannung mindestens 15 A je cm Bandbreite betragen. Bei niedrigen Formierspannungen istdie Stromstärke entsprechend geringer, wenn nicht die Leitfähigkeit des Elektrolyten beispielsweise durch Zusätze erhöht wird.
Zur Erzielung einer kurzen Aufformierstrecke mit hohem Formierstrom gleich zu Beginn der Formierung wurde in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1005191 eine Vorrichtung vorgeschlagen, in welcher das Folienband beim Eintritt in das Formierbad zwischen zwei besonderen, stromführen- den Aufformierkathoden durchläuft. Trotz dieser Aufformierkathoden sind aber noch Störungsfaktoren wirksam, die die Erzielung von optimalen Resultaten verhindern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung, die es gestattet, die Störungsfaktoren auszuschalten, welche bei den üblichen Formierverfahren die Einwirkung einer möglichst hohen Stromstärke gleich zu Beginn des Formierens verhindern.
In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass die Dampfblasen, die in der Nähe der Badoberfläche vorhanden sind, einen sehr bedeutenden Störungsfaktor darstellen, da sie dem Durchgang des Formierstromes erheblichen Widerstand leisten, so dass die Formierspannung erst nach und nach in darunter liegenden Schichten des Elektrolyten zur vollen Einwirkung kommen kann. Es ergibt sich daher, dass das Formieren mit verhältnismässig geringer Stromstärke, u. zw. in unkontrollierbarer Höhe, beginnt. Dieser Umstand bringt es mit sich, dass es bei den bekannten Verfahren zum Formieren nicht möglich ist, die optimalen Formierbedingungen zu erreichen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Formieren von Aluminiumfolien für Elektrolytkondensatoren im Durchlaufverfahren ist nun durch ein unter den Badspiegel reichendes Abschirmgehäuse gekennzeichnet, das die Folie beim Eintritt in das Bad vor der Einwirkung des Elektrolysestromes schützt, so dass der Beginn des Formierens nach unten verlegt wird, wo die Bildung von Dampfblasen dank einem kräftigen Umlaufen des Elektrolyten praktisch unterbunden werden kann, oder wo sich die Dampfblasen durch Bewegung des Elektrolyten sofort beseitigen lassen, bevor sie die Formierung in spürbarer Weise stören können. Das Abschirmgehäuse muss das einlaufende Aluminiumfolienband in Abstand umgeben und mindestens l cm tief in das Elektrolytbad eingetaucht werden.
Vorzugsweise taucht es 5 - 30 cm ein ; es kann bis etwa l m eintauchen. Ein langes Abschirmgehäuse begünstigt die Wärmekonvektion im Formierbad und das schnelle Hochsteigen von Dampfblasen.
Das Abschirmgehäuse kann aus Kunststoff bestehen. Es ist aber auch möglich, es aus Metall herzustellen und daher als Faraday'sehen Käfig auszubilden. In diesem Falle sind z. B. Aluminium und rostfreier
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steht, kommt auch die Verbindung mit dem positiven Pol der Stromquelle in Frage, wobei das Aluminium anodisch oxydiert wird. Wichtig ist eine starke Bewegung der Flüssigkeit an der Oberfläche des Aluminiumfolienbandes. Diese Bewegung soll aber so erfolgen, dass keine zu starke Wallung an der Badoberfläehe entsteht. In der Nähe der Badoberfläche lässt sich die störende Bildung von Dampfblasen kaum unterbinden. Dank der Benützung des erfindungsgemässen Abschirmgehäuses stören diese Dampfblasen in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche nicht, da das Formieren erst weiter unten einsetzt.
Eine kräftige Bewegung des Elektrolyten zwecks Entfernens der Dampfblasen von der Folienbandober-
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te mindestens 1 m/min betragen, besser aber mehr als 10 m/min.
Aluminiumfolien für Elektrolytkondensatoren werden entweder mit einer oxydarmen Oberfläche geliefert oder überzogen mit einer amorphen oder hydratischen Aluminiumoxydschicht. In letzterem Falle besteht die Oxydschicht meist aus Böhmit. Handelt es sich beispielsweise um Aluminiumfolien, die für die Herstellung von Hochvoltkondensatoren (mit Ausnahme derjenigen für Motorstarter) bestimmt sind, werden beim Formieren Aluminiumfolien benützt, die bereits mit einer amorphen oderhydratischen Alumi- niumoxydschicht bedeckt sind. Im Falle der Niedervoltkondensatoren und der Motorstarterkondensatoren werden Aluminiumfolien verwendet, deren Oberfläche vor dem Formieren eine möglichst dünne Oxydschicht aufweist. Eine Weiterausbildung der vorliegenden Erfindung betrifft das Formieren dieser oxydarmen Aluminiumfolien.
Das Formierbad ist üblicherweise heiss und dampft stark. Beim Einlaufen in das Formierbad ist das Aluminiumfolienband infolgedessen von heissem Wasserdampf umgeben, und ist dies beispielsweise während 1 - 2 min. Dies hat zur Folge, dass an der Bandoberfläche eine hydratische Aluminiumoxydschicht (Böhmitschicht) gebildet wird, deren Dicke kaum kontrolliert werden kann und die das plötzliche Einwirken der vollen Stromstärke im Formierbad stört.
Die Bildung der störenden Aluminiumoxydhydratschicht auf der Oberfläche des einlaufenden Alumi- niumfolienbandes wird nun erfindungsgemäss unterbunden mit Hilfe eines über der Badoberfläche angeord- neten, das Aluminiumfolienband in Abstand umgebenden Gehäuses, in das ein kaltes inertes Gas, vorzugsweise kalte Luft, eingeblasen wird. Auf diese Weise wird der Wasserdampf über der Badoberfläche von der einlaufenden Aluminiumfolie entfernt, so dass er nicht Gelegenheit hat, die störende Aluminiumoxydhydratschicht zu bilden.
Vorzugsweise geht das über derBadoberfläche angeordnete Gehäuse in das Abschirmgehäuse bzw. den Faraday'schen Käfig über.
Wenn die Aluminiumfolie vor dem Einlaufen in das Formierbad bereits eine über 0,05 u starke Aluminiumoxydschicht trägt, kann von der Verwendung des Gehäuses über dem Formierbad Abstand genommen werden. Da jedoch die Abschirmung gegen Wasserdampf bei den bereits mit einer nennenswerten Aluminiumoxydschicht bedeckten Aluminiumfolien nicht schadet, ist es empfehlenswert, bei der Aus- übung des erfindungsgemässen Verfahrens sowohl das Gehäuse über der Badoberfläche wie auch dasjenige unter der Badoberfläche generell zu verwenden, damit die Formiereinrichtung ohne Änderung sowohl für oxydarme Folien als auch für solche mit nennenswerter Aluminiumoxydschicht benützt werden kann.
Das in der Zeichnung dargestellte Beispiel zeigt schematisch eine Formiermaschine, die für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens bestimmt ist. 5 ist der Badbehälter, der-bis zur angedeuteten Höhe mit Formierelektrolyt, z. B. mit einer l Öligen wässerigen Lösung von Borsäure, gefüllt ist. Das Alu- miniumfolienband 1 wird von links nach rechts über Umlenkrollen 2 durch das Bad geführt und ist als Anode geschaltet. Über der Einlaufstelle in das Bad ist ein Gehäuse 3, das z. B. aus Kunststoff besteht, angeordnet. Am Eingang ist eine Gummidichtung 8 vorgesehen, die ein praktisch luftdichtes Einführen des Aluminiumfolienbandes gestattet. Durch den Stutzen 11 wird kalte, möglichst wasserdampffreie Luft 12 mit Hilfe eines Ventilators eingeblasen.
Die Luft entweicht knapp über der Badoberfläche durch einen oder mehrere Rohrstutzen 4 und reisst den an der Badoberfläche um das Aluminiumband herum gebildeten Wasserdampf weg ins Freie.
In der dargestellten Vorrichtung geht das Gehäuse 3 in ein Gehäuse 7 über, das das einlaufende Aluminiumband vor der Einwirkung der elektrischen Ströme fernhält. Am unteren Teil dieses Abschirmgehäuses, das oben etwas über die Badoberfläche hinaus reicht, ist ebenfalls eine Gummidichtung 8 angebracht.
Mit 9 ist die weitgehend feldfreie Zone innerhalb des Abschirmgehäuses bezeichnet. Wenn die Wandung des Gehäuses 7 aus Metall besteht, hat man es hier mit dem Inneren eines Faraday'schen Käfiges zu tun.
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Dank der Wirkung der beiden Gehäuse kann der Elektrolysestrom unterhalb des Gehäuses 7 schlagartig in voller Stärke zur Einwirkung kommen, so dass die optimalen Bedingungen für verlustarm Kondensatoren geschaffen sind.
Das Aluminiumfolienband 1 ist an den positiven Pol einer Stromquelle angeschlossen. Mit 10 sind die Kathoden bezeichnet, die an den negativen Pol angeschlossen sind und beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Formieren von Aluminiumfolien für Elektrolytkondensatoren im Durchlaufverfahren unter kräftiger Bewegung des Elektrolyten, gekennzeichnet durch ein mindestens 1 cm unter den Badspiegel reichendes Abschirmgehäuse (7), das die Folie beim Eintritt in das Bad vor der Einwirkung des Elektrolysestromes schützt.