Elektrolytischer Kondensator. Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrolytischen Kondensator, das heisst auf einen Kondensator, bei ,dem eine der Elektro den 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 durch lässt, kann sie als Kondensator zum Ab flachen von Gleichstrom verwendet werden.
Eine solche Zelle hat eine grosse Kapazität, die dem Umstand zu verdanken ist, dass das isolierende Metalloxydhäutchen ausserge wöhnlich dünn ist, so dass ein Kondensator mit einem sehr geringen Abstand zwischen den Belägen entsteht, während -das Metall oxyd eine hohe Dielektrizitätskonstante hat.
Wenn man einen derartigen elektroly tischen Kondensator für Wechselstrom ver wendet, müssen zweiderartige Zellen gegen einander geschaltet werden, so dass in keiner Richtung Strom .durchgelassen wird. Bisher hat man versucht, in solchen elek trolytischen Kondensatoren durch Verwen dung plattenförmiger Elektroden eine grosse Oberfläche bei geringem Materialverbrauch zu bilden. Zu diesem 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 der Quer richtung Falten entstehen.
Hierbei tritt aber der Nachteil auf, dass die Anordnung der Elektrode Schwierigkeiten mit sich bringt.
Die Erfindung bezweckt nun, diese Nach teile zu vermeiden, dennoch in einem kleinen Volumen eine möglichst grosse Kondensator oberfläche unterzubringen und ausserdem eine Elektrodenform zu verwenden, die sich auf einfache Weise erhalten lässt.
Dies wird dadurch erzielt, dass wenigstens eine Elektrode aus einem länglichen, mas- siven Körper besteht, der mit in Längsrich tung verlaufenden, aus der Elektrodenober- den mit einem Ogydhäutchen bedeckt und in einem Stück hergestellten Unebenheiten ver sehen ist.
Es wird weiter durch die Anwendung eines mit Unebenheiten versehenen, massiven Körpers -der Vorteil erreicht, dass-die Strom wege von der Stromzuführung durch den Elektrolyten hindurch nach der andern Elektrode nur wenig in der Länge verschie den sind, im Gegensatz zu den bekannten Platten oder Zylindern, bei denen die Strom, wege nach der von der Stromzuführung ab gekehrten Seite der Platten bezw. nach der innern Seite des Zylinders viel länger sind als nach der Vorderseite der Platten oder nach der äussern Seite der Zylinder,
wodurch der mittlere Widerstand .des Kondensators erheblich gesteigert wird. Infolge der er reichbaren Widerstandsverminderung, die durch ,die Verwendung eines länglichen, mas siven Körpers in Form eines Drahtes er reicht wird, kann man als Elektrolyten wi der Stoffe mit einem grösseren Widerstand verwenden, die in vielen Fällen eine günstige Wirkung haben.
Dies ist von grosser Bedeutung, zumal bei der meist üblichen Bauara; von elektrolyti schen 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 Elektroly ten angeordneten andern Elektrode laufen müssen.
Gegenüber Platten weist die mit Uneben heiten versehene Elektrode nach der Erfin dung 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, wäh rend zur Befestigung des länglichen, mas siven Körpers auf sehr einfache Weise die ausgeführten Enden dieses Körpers verwen det werden können.
Weiter hat es sich gezeigt, dass .die auf der Oberfläche eines länglichen, massiven Körpers gebildete ogydhaut für die Verwen dung in elektrolytischen Kondensatoren sehr gute Eigenschaften hat, was unter anderem mit der Tatsache in Zusammenhang steht, dass bei solchen Kondensatoren die Randwir- kungen nicht so stark auftreten., wie es bei Platten und Zylindern der Fall ist.
Der Nachteil, dass die Oberfläche im Ver- häItnis zu der Materialmenge weniger gross ist, kann leicht dadurch vermieden werd-3u, dass man eine gewundene, drahtförmige Elek trode verwendet. Unter dem Ausdruck .,ge wunden" ist zu verstehen, dass der Draht aine Anzahl von Biegungen aufweist, damit in einem bestimmten Volumen eine grössere Drahtlänge untergebracht werden kann. Man kann ,den Draht also mehr oder weniger stark knäueln. Zur Herabsetzung des Ge wichtes kann man einen leichten Stoff, zum Beispiel Aluminium oder eine Aluminium legierung, verwenden.
Nach dem Profilieren des Drahtes kann man auch vorteilhaft auf diesen Draht einen zweiten Draht schraubenlinienförmig aufwin den, der vorzugsweise aus demselben Stoff wiedererste Draht besteht.
Bei einer zweckmässigen Ausführungs form besteht die aus Draht gewundene.Elek- trode aus einem schraubenlinienförmig ge wundenen Körper, während vorzugsweise mehrere derartige aus einem Stück gewun dene Schrauben ineinander angeordnet sind.
Bei einer andern günstigen Ausführungs form wird ein wellenlinienförmig gebogener Draht benutzt.
Wenn der längliche, massive Körper als Stab ausgeführt wird, kann .dieser besonders billig in Massenfabrikation hergestellt wer den. Zu diesem Zweck wird die Elektrode zweckmässig derart ausgestattet, dass. der Querschnitt überall gleich ist, so dass es mög lich ist, die Elektrode durch Spritzen, Pres sen oder Ziehen herzustellen.
Es ist nicht erforderlich, einen solchen Stab .durch Nieten, Schweissen oder auf an dere Weise mit den Befestigungsteilen zu verbinden, da man bei einer geeigneten Aus führungsform an einem Teil der Elektrode die Profilierung zweckmässig durch Ab drehen entfernen kann, wodurch ein kreis förmiger Querschnitt entsteht, und man dann diesen Teil durch den Deckel des Kondensa- torgefässes hindurchführen kann.
Hierdurch wird eine sehr einfache An ordnung erzielt, ausserdem ist es für die Wir kung des Kondensators vorteilhaft, dass die Elektrode aus einem Stück besteht, und keine Nietverbindungen vorhanden sind, da bei solchen Verbindungen häufig Durch schlag eintritt.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Konden sator mit einer Elektrode, die aus zwei inein ander angeordneten Drahtschrauben besteht: Fig. 2 zeigt einen Teil einer Elektrode, bei der zur Vergrösserung,der Oberfläche auf den ersten Draht ein zweiter Draht schrau- benlinienförmig aufgewunden ist; Fig. 3 zeigt eine wellenlinienförmig ge wundene Drahtelektrode; Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Pro- filquerschnittedes Drahtes;
Fig. 7 stellt eine Ausführungsform einer stabförmigen Elektrode dar, die sich beson ders günstig zur Massenherstellung eignet; Fig. 8 ist ein Schnitt eines Kondensators, in dem eine solche Elektrode angeordnet ist; die Fig. 9 bis 12 sind Einzeldarstellun gen von Ausführungsformen, bei denen zwar gesonderte Befestigungsteile der Elektroden vorhanden sind, bei .denen aber .der Befesti gungspunkt von dem Innern des Kondensa- torgefässes getrennt ist; Fig. 13 ist ein Querschnitt einer Elek trode mit anderem Profil.
In Fig. 1 ist das zum Beispiel aus Kupfer bestehende Kondensatorgehäuse mit 1 be zeichnet. Dieses bildet zusammen mit dem Elektrolyten 2 die eine Elektrode. Der Elektrolyt besteht zum Beispiel aus einer wässerigen Lösung von Borsäuren, Boraten, Zuraten usw. Das -'Erblasser kann in vielen Fällen vorteilhaft ganz oder teilweise durch einen mehrwertigen Alkohol, zum Beispiel Glyzerin, ersetzt werden. Im Elektrolyten ist eine zum Beispiel aus Aluminium be stehende Elektrode 3 angeordnet. Diese wird durch zwei ineinander angeordnete Schrau ben gebildet, die aus einem einzigen Draht gewunden sind.
Die Durchführung der Elek trode .3 liegt an der untern Seite des Kon .densators, so dass der Elektrolyt die Elek trode vollständig umschliesst. Diese Anord nung wird zweckmässig deshalb gewählt, weil sonst die Elektrode im Kondensator an der Stelle, an der sie durch die Oberfläche der Flüssigkeit hindurchtritt, häufig ange griffen wird. An der obern Seite weist das Gehäuse ein Ventil 4 auf, .durch das Gase entweichen können. Dieses Ventil besteht zum Beispiel aus einem Gummihütchen, in das eine kleine Öffnung gestochen ist.
Der Draht 3 ist mit einer Profilierung versehen, die später noch näher beschrieben ist. Aus Fig. 2 ist eine Ausführung ersicht lich, bei der auf das Drahtstück 5 ein zwei ter Draht 6 schraubenlinienförmig aufge wickelt ist. Die beiden Drähte bestehen zum Beispiel aus Aluminium. Die äussern Win dungen sind bei 7 abgebrochen, und unter halb dieser Windungen ist ein Teil 8 der innern Windungen gezeigt.
Fig. 3 stellt eine wellenlinienförmig ge wundene Elektrode mit einem Hinzweig 9 und einem Rückzweig 10 dar. Natürlich kann der wellenlinienförmig gewundene Draht auf die gleiche Weise noch mit wei teren Zweigen ausgebildet sein.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Kreuz profil, ein U-Profil und ein I-Profil des Elektroden.drahtes.
In Fig. 7 ist perspektivisch eine stabför- mige Elektrode gezeigt, deren Querschnitt sternförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise erhält man eine sehr feste Elektrode mit grosser Oberfläche. Der obere Teil der Elek trode ist abgedreht, so dass an dieser Stelle ein scheibenförmiger Teil 11 und ein ,Stift 12 entstehen. Letzterer ist mit Schrauben- gewinde 13 versehen. In Fig. 8 ist diese Elektrode in einen Elektrolyten 2 eingetaucht, der sich in dem Kondensatorgefäss 1 befindet.
Der Stift 12 ist durch den Deckel 14 des Kondensators hindurchgeführt und wird die Elektrode mit- telst einer auf den mit Schraubengewinde versehenen Stiftteil 13 geschraubten Mutter 15 festgespannt. Hierbei wird durch den zwischen dem scheibenförmigen Teil 11 und dem Deckel 14 liegenden Gummiring 16 ein vollkommen dichter Abschluss erzielt.
Ob gleich hierbei die Durchführung der Elek trode an der obern Seite des Gefässes erfolgt, werden solche Kondensatoren meist in umge kehrter Lage angeordnet, so dass der Deckel 14 unten, ist, wie auch in F'ig. 1 gezeigt. Die Elektrode 3 befindet sich dann ganz im Elek trolyten 2.
Fig. 9 zeigt einen Teil einer mit einer grossen Anzahl von Rippen versehenen Elek trode. Der obere Teil ist auch in diesem Fall als eine Scheibe 11 abgedreht. Inder Mitte der Elektrode ist ein Bohrung 17 vorge sehen, die mit Schraubengewinde versehen ist, wie in dem entsprechenden .Schnitt der Fig. 10 ersichtlich ist, in :der eine besondere Art der Befestigung an dem Deckel 14 ange geben ist. In die Öffnung 17 ist eine Stift schraube 18 eingeschraubt, die durch eine Öffnung im Deckel 14 hindurchgeführt und mit einer Mutter 15 versehen ist.
Mittelst 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 Kon densator, von dem Fig. 10 einen Teil zeigt, umkehrt und eine hinreichende Menge eines Elektrolyten in das Gefäss einführt, so befin det sich die ganze Elektrode, einschliesslich er Scheibe 11, in dem Elektrolyten. Die Stelle der Verbindung zwischen der Elek trode 3 und der Stiftschraube kommt aber mit dem Elektrolyten nicht in Berührung.
Die Fig. 11 und 12 zeigen perspektivisch bezw. im Schnitt einen Teil einer Ausfüh rungsform, mit der das gleiche Ergebnis er zielt wird. Das obere Ende 19 ,der Elektrode ist kegelförmig und wird mittelst der Stift- schraube 18 und der Mutter 15 in eine ent sprechende Aussparung des Deckels 14 ge zogen, wobei der Kegel 19 für sich bereits einen hinreichenden Abschluss bildet.
Fig. 13. ist ein Querschnitt einer Elek trode, deren Rippen zur Vergrösserung der Oberfläche gewellt sind.
Es ist ersichtlich, dass die dargestellten Profile Ausführungsformen sind, die durch Ziehen, Spritzen oder Pressen erreicht wer den können.
Viele andere Profile sind möglich, und die Nuten brauchen nicht genau in -der Längsrichtung des Stabes zu verlaufen, son dern können zum Beispiel eine schwache Wellenlinie oder eine Schraubenform, aber mit sehr grosser Ganghöhe, aufweisen.
Weiter können auf den in der Zeichnung dargestellten Rippendes Profils noch beson dere Profilierungen angebracht sein, die sich ebenfalls in der Längsrichtung erstrecken.
Schliesslich kann der Draht in verschie dene gitterartige Formen gewickelt werden, wenn damit nur erzielt wird, eine grosse Drahtlänge in einem kleinen Volumen unter zubringen.
Gegebenenfalls können die beschriebenen Kondensatoren auch als Gleichrichter ver wendet werden.
Electrolytic capacitor. The invention relates to an electrolytic capacitor, that is to say to a capacitor in which one of the electrodes is covered with an oxide membrane and is immersed in an electrolyte, the electrolyte with its power supply forming the second electrode. Since such a cell only allows current to pass in one direction, it can be used as a capacitor to flatten direct current.
Such a cell has a large capacity, which is due to the fact that the insulating metal oxide membrane is exceptionally thin, so that a capacitor is created with a very small distance between the layers, while the metal oxide has a high dielectric constant.
If you use such an electrolytic capacitor for alternating current, two-type cells must be connected against each other so that no current is allowed to pass in any direction. So far, attempts have been made in such electrolytic capacitors by using plate-shaped electrodes to form a large surface with little material consumption. For this purpose, it has also been proposed to turn grooves in a cylinder that run just like the circumference. The production of such an electrode is very expensive. It has also been proposed to compress a cylinder so that wrinkles arise in the transverse direction.
However, this has the disadvantage that the arrangement of the electrode involves difficulties.
The invention now aims to avoid these disadvantages, but to accommodate the largest possible capacitor surface in a small volume and also to use an electrode shape that can be obtained in a simple manner.
This is achieved in that at least one electrode consists of an elongated, solid body which is provided with unevennesses that run in the longitudinal direction, are covered with an ogyd membrane from the upper electrode surface and are made in one piece.
The use of a massive body provided with unevenness also provides the advantage that the current paths from the current supply through the electrolyte to the other electrode are only slightly different in length, in contrast to the known plates or Cylinders in which the current, bezw away after the side of the plates facing away from the power supply. are much longer towards the inside of the cylinder than towards the front of the plates or towards the outside of the cylinder,
which significantly increases the average resistance of the capacitor. As a result of the reduction in resistance that can be achieved by using an elongated, solid body in the form of a wire, it is possible to use substances with a greater resistance as electrolytes, which in many cases have a beneficial effect.
This is of great importance, especially with the mostly common Bauara; of electrolytic capacitors, the housing containing the electrolyte serves as a power supply for the electrolyte, so that the streamlines from this housing to the different parts of the other electrode arranged in the electrolyte must run.
Compared to plates, the unevenness-provided electrode according to the invention has the further great advantage that the arrangement of the electrodes in the vessel is much simpler and cheaper, since plates always have to be attached to carriers, while the elongated, massive ones are used to attach them Body in a very simple way the executed ends of this body can be used.
It has also been shown that the ogyd skin formed on the surface of an elongated, solid body has very good properties for use in electrolytic capacitors, which is related, among other things, to the fact that such capacitors do not have the edge effects occur as strongly as is the case with plates and cylinders.
The disadvantage that the surface is smaller in relation to the amount of material can easily be avoided by using a coiled, wire-shaped electrode. The expression "twisted" is to be understood as meaning that the wire has a number of bends so that a greater length of wire can be accommodated in a certain volume. The wire can thus be tangled to a greater or lesser extent. To reduce the weight you can use a light material, for example aluminum or an aluminum alloy.
After the wire has been profiled, a second wire can also advantageously be wound onto this wire in a helical manner, which preferably consists of the same material as the first wire.
In an expedient embodiment, the wire wound electrode consists of a helically wound body, while preferably several such screws wound from one piece are arranged one inside the other.
In another favorable embodiment, a wire curved in a wavy line is used.
If the elongated, solid body is designed as a rod, this can .dies particularly cheaply mass-produced. For this purpose, the electrode is expediently equipped in such a way that the cross section is the same everywhere, so that it is possible to manufacture the electrode by injection molding, pressing or drawing.
It is not necessary to connect such a rod .by riveting, welding or in some other way with the fastening parts, since one can remove the profiling expediently by turning off with a suitable embodiment on part of the electrode, creating a circular cross-section arises, and you can then lead this part through the lid of the condenser vessel.
In this way, a very simple arrangement is achieved, and it is also advantageous for the effect of the capacitor that the electrode consists of one piece and there are no riveted connections, since breakdown often occurs in such connections.
In the drawing, some Ausfüh approximate forms of the subject invention are shown, for example.
1 shows schematically a capacitor with an electrode which consists of two wire screws arranged one inside the other: FIG. 2 shows part of an electrode in which, to enlarge the surface, a second wire is wound onto the first wire in a helical shape; Fig. 3 shows a wavy wire electrode ge wound; Figures 4, 5 and 6 show different profile cross-sections of the wire;
Fig. 7 shows an embodiment of a rod-shaped electrode which is particularly suitable for mass production; Fig. 8 is a section of a capacitor in which such an electrode is disposed; 9 to 12 are individual representations of embodiments in which, although separate fastening parts for the electrodes are present, but in which the fastening point is separated from the interior of the condenser vessel; Fig. 13 is a cross section of an electrode having a different profile.
In Fig. 1, the capacitor case made of copper, for example, is marked with 1 be. Together with the electrolyte 2, this forms one electrode. The electrolyte consists, for example, of an aqueous solution of boric acids, borates, zirconia, etc. The deceased can in many cases advantageously be completely or partially replaced by a polyhydric alcohol, for example glycerine. In the electrolyte, an electrode 3 made of aluminum, for example, is arranged. This is formed by two nested screws that are wound from a single wire.
The lead-through of the electrode .3 is on the lower side of the capacitor, so that the electrolyte completely surrounds the electrode. This arrangement is expediently chosen because otherwise the electrode in the capacitor is often attacked at the point where it passes through the surface of the liquid. On the upper side, the housing has a valve 4, through which gases can escape. This valve consists, for example, of a rubber cap with a small opening punched into it.
The wire 3 is provided with a profile which will be described in more detail later. From Fig. 2 an embodiment is ersicht Lich, in which on the piece of wire 5 a two ter wire 6 is helically wound up. The two wires are made of aluminum, for example. The outer turns are broken off at 7, and under half of these turns a part 8 of the inner turns is shown.
Fig. 3 shows a wavy ge wound electrode with a branch 9 and a return branch 10. Of course, the wavy wound wire can be formed in the same way with white direct branches.
4, 5 and 6 show a cross profile, a U-profile and an I-profile of the electrode wire.
In FIG. 7, a rod-shaped electrode is shown in perspective, the cross section of which is formed in a star shape. In this way a very solid electrode with a large surface is obtained. The upper part of the electrode is turned off so that a disk-shaped part 11 and a pin 12 are created at this point. The latter is provided with a screw thread 13. In FIG. 8 this electrode is immersed in an electrolyte 2 which is located in the capacitor vessel 1.
The pin 12 is passed through the cover 14 of the capacitor and the electrode is tightened by means of a nut 15 screwed onto the screw-threaded pin part 13. Here, a completely tight seal is achieved by the rubber ring 16 lying between the disk-shaped part 11 and the cover 14.
Whether the electrode is then passed through on the upper side of the vessel, such capacitors are usually arranged in the opposite position so that the cover 14 is at the bottom, as is also shown in FIG. 1 shown. The electrode 3 is then completely in the electrolyte 2.
Fig. 9 shows part of an electrode provided with a large number of ribs. In this case too, the upper part is turned off as a disk 11. In the middle of the electrode a bore 17 is provided which is provided with screw thread, as can be seen in the corresponding .Schnitt of Fig. 10, in: which a special type of attachment to the cover 14 is given. A stud screw 18 is screwed into the opening 17, which is passed through an opening in the cover 14 and is provided with a nut 15.
By means of the nut, the upper surface of the washer 11 is pressed against a rubber ring 16 which forms the seal between the washer 11 and the cover 14. If the capacitor, part of which is shown in FIG. 10, is reversed and a sufficient amount of an electrolyte is introduced into the vessel, the entire electrode, including the disk 11, is in the electrolyte. The point of connection between the electrode 3 and the stud does not come into contact with the electrolyte.
FIGS. 11 and 12 show respectively in perspective. in section, part of an embodiment with which the same result is achieved. The upper end 19 of the electrode is conical and is pulled into a corresponding recess of the cover 14 by means of the stud screw 18 and the nut 15, the cone 19 already forming a sufficient closure in itself.
Fig. 13. is a cross section of an electrode, the ribs of which are corrugated to increase the surface area.
It can be seen that the profiles shown are embodiments that can be achieved by drawing, injection molding or pressing.
Many other profiles are possible, and the grooves do not have to run exactly in the longitudinal direction of the rod, but can, for example, have a weak wavy line or a helical shape, but with a very large pitch.
Next, on the ribs of the profile shown in the drawing, special profiles can be attached, which also extend in the longitudinal direction.
Finally, the wire can be wrapped in various lattice-like shapes if it is only possible to accommodate a large length of wire in a small volume.
If necessary, the capacitors described can also be used as rectifiers.