DD151383A5 - BIPOLAR ELECTROLYTE CONDENSER - Google Patents

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DD151383A5
DD151383A5 DD22121480A DD22121480A DD151383A5 DD 151383 A5 DD151383 A5 DD 151383A5 DD 22121480 A DD22121480 A DD 22121480A DD 22121480 A DD22121480 A DD 22121480A DD 151383 A5 DD151383 A5 DD 151383A5
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electrolytic capacitor
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unformed
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DD22121480A
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German (de)
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Frank Oehme
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Int Standard Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon

Abstract

Es sollen die bei bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren, besonders im Wechselspannungsbetrieb, bekannten technischen Schwierigkeiten, die auf kathodische Reaktionsvorgaenge an der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie zurueckgefuehrt werden, ueberwunden werden. Erfindungsgemaesz ist zwischen den formierten Elektrodenfolien eine elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie angeordnet. Diese regelt sich im Betrieb selbsttaetig auf ein kleines positives Potential gegenueber der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie ein, wodurch zwischen der negativen formierten Elektrodenfolie und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten hoechstens eine sehr kleine Potentialdifferenz dU auftreten kann und nachteilige kathodische Reaktionsvorgaenge vermieden werden. Die dadurch erzielte Qualitaetsverbesserung ermoeglicht beispielsweise bei Motoranlasz-Elektrolyt-Kondensatoren, statt schwach aufgerauhter stabilisierter Elektrodenfolien die kostensenkende Verwendung hochaufgerauhter nichtstabilisierter Elektrodenfolien mit stromsparender verstaerkter Oxidschicht.The intention is to overcome the technical difficulties known in bipolar electrolytic capacitors, especially in alternating voltage operation, which are attributed to cathodic reaction processes on the respective negative-shaped electrode foil. According to the invention, an electrically floating unformed electrode foil is arranged between the formed electrode foils. In operation, this automatically adjusts itself to a small positive potential with respect to the respectively negative formed electrode foil, whereby at most a very small potential difference dU can occur between the negative electrode foil formed and the adjacent electrolyte boundary layers and disadvantageous cathodic reaction processes are avoided. The quality improvement achieved thereby makes it possible, for example in the case of motor-on-site electrolytic capacitors, to use cost-saving, highly roughened non-stabilized electrode films with a power-saving reinforced oxide layer instead of weakly roughened stabilized electrode films.

Description

2 12 1 4 ^^ Berlin, den 5.11,19802 12 1 4 ^^ Berlin, 5.11,1980

57 581/1757 581/17

Bipolarer Elektrolyt-Kondensator Anwendunqsqebiet der ErfindungBipolar electrolytic capacitor Applicable to the invention

Die Erfindung betrifft bipolare Elektrolyt-Kondensatoren mit mindestens zwei mit elektrischen Stromanschlüssen versehenen formierten Elektrodenfolien aus aufgerauhtem oder nichtaufgerauhtem Ventilmetall»The invention relates to bipolar electrolytic capacitors having at least two formed electrode foils of roughened or non-roughened valve metal provided with electrical power connections.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekanntlich besteht bei Elektrolyt-Kondensatoren das Dielektrikum aus einer durch anodische Oxydation in geeigneten Elektrolyten auf dem Elektroden-Metall, einem sogenannten Ventilmetall, erzeugten Oxidschicht, die auch Ventilschicht genannt wird, weil sie unterhalb der Formierspannung den Strom sperrt, bei Umkehr der Polarität jedoch leitet« Als Ventilmetalle sind vor allem Aluminium, Tantal und Niob bekannt. Bei der anodischen Oxydation, der sogenannten Formierung oder Vorformierung, wächst die Ventilschicht, solange die auf sie einwirkende elektrische Feldstärke ausreichend hoch ist* um den weiteren Ionentransport durch sie hindurch aufrechtzuerhalten. Bei Aluminium als Ventilmetall beträgt diese Minde3tfeld3tärke etwa 10 MV/crn.. Sobald die Ventilschicht soweit gewachsen ist, daß die Mindestfeldstärke nicht mehr überschritten wird, stagniert das Dickenwachstum ,und der zunächst hohe Formierstrom fällt auf einen niedrigen Reststrom ab«As is known, in the case of electrolytic capacitors, the dielectric consists of an oxide layer produced by anodic oxidation in suitable electrolytes on the electrode metal, a so-called valve metal, which is also called a valve layer because it blocks the current below the forming voltage but conducts it when the polarity is reversed "Valve metals are mainly aluminum, tantalum and niobium known. In anodic oxidation, the so-called formation or preforming, the valve layer grows as long as the electric field strength acting on it is sufficiently high to maintain the further ion transport therethrough. For aluminum as a valve metal, this minimum field strength is about 10 MV / cm. As soon as the valve layer has grown so far that the minimum field strength is no longer exceeded, the growth in thickness stagnates and the initially high forming current drops to a low residual current.

Dieser Reststrom ist dadurch bedingt, daß die auch in reinstem Ventilmetall noch vorhandenen Verunreinigungen imThis residual current is due to the fact that even in the purest valve metal impurities in the

NOV1980*Bm^NOV1980 * Bm ^

22 1214 5.11.198022 1214 5.11.1980

Γ . - 2 - 57 581/17 Γ. - 2 - 57 581/17

Bereich der Ventilschicht stromleitende Fehlstellen verursachen, und daß die Oxidschicht im Formier-Elektrolyten nicht vollständig unlöslich ist. Durch Inlösunggehen von Oxid, der sogenannten Deformation, steigt die Feldstärke wieder über die Mindestfeldstärke an, und es kann neues Oxid nachformiert werden«Area of the valve layer cause conductive defects, and that the oxide layer is not completely insoluble in the forming electrolyte. By dissolution of oxide, the so-called deformation, the field strength increases again above the minimum field strength, and new oxide can be reformed «

Eine Deformation tritt auch im fertigen Elektrolyt-Kondensator ein, bei spannungsloser Lagerung vor allem bei erhöhten Temperaturen,, Aber auch beim Betrieb mit einer Betriebsspannung Il tritt eine Deformation deshalb ein, weil die Ventilschicht dann nur bis zu dieser Betriebsspannung U. nachformiert wird, was eine Deformation von der Formierspannung Ur auf die Betriebsspannung U, nicht verhindern kanne Da sich mit der Deformation eine Verschlechterung der elektrischen Charakteristika eines Elektrolyt-Kondensators einstellt, ist es eine für den Entwickler wichtige Aufgabe, Deformationsprozessen möglichst entgegenzuwirkene A deformation also occurs in the finished electrolytic capacitor, with voltage-free storage, especially at elevated temperatures ,, But even when operating with an operating voltage Il occurs a deformation, because the valve layer is then only up to this operating voltage U. nachformiert, which a deformation of the Formierspannung Ur on the operating voltage U, can not prevent e Since the deformation sets a deterioration of the electrical characteristics of an electrolytic capacitor, it is an important task for the developer to counteract deformation processes as possible e

Aus dom eingangs beschriebenen Formierprozeß ergibt sich dem Fachmann ohne weiteres die Möglichkeit, festzustellen, auf welche Spannung die Ventilschicht formiert worden ist. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die fragliche Elektrode oder ein Stück davon in einen geeigneten Formier-Elektrolyten zusammen mit einer Stromzuführungs-Elektrode einzuhängen, eine Prüfgleichspannung anzulegen und diese langsam hochzuregeln«, Bei einer Spannung unterhalb der Formierspannung U^ ergibt sich ein niedriger Reststrom, der bei deren Überschreiten in einen hoehen Formierstrom übergeht«From dome initially described forming process, the skilled person readily the opportunity to determine what voltage the valve layer has been formed. For this purpose, it is only necessary to mount the electrode in question or a piece of it in a suitable Formier electrolyte together with a power supply electrode to apply a test DC voltage and this slowly hochzuregeln «, at a voltage below the forming voltage U ^ results in a low residual current, which passes into a high stream of forming when they are exceeded «

s.ii.1980s.ii.1980

Es ist bekannt, bei Elektrolyt-Kondensatoren eine Nennspannung und eine Spitzenspannung anzugeben,» Diese Spannungen sind definiert als derjenige Wert einer Gleichspannung oder als der resultierende Scheitelwert U einer diese überlagernden Wechselspannung, womit der Kondensator dauernd betrieben werden (Nennspannung) oder der nur kurzzeitig auftreten und niemals überschritten werden darf (Spitzenspannung), Die Spitzenspannung ergibt sich aus der Beschriftung des Kondensators oder aus Hinweisen des Kon~* densator-Horstellers auf eigene oder fremde einschlägige technische Vorschriften und beträgt oft das 1,1- bis i,3fache der Nennspannung*It is known to specify a rated voltage and a peak voltage in the case of electrolytic capacitors. These voltages are defined as the value of a DC voltage or the resulting peak value U of an alternating voltage superimposed thereon, whereby the capacitor is operated continuously (rated voltage) or only for a short time and peak voltage is never exceeded (peak voltage). The peak voltage is determined by the caption of the capacitor or by references to the condenser hor- ker on its own or by other applicable technical regulations and is often 1.1 to i, 3 times the rated voltage *

Es ist bekannt, für eine gegebene Nenn- und Spitzenspannung Ventilschichten als Dielektrikum zu verwenden, die bei einer Formierspannung U, formiert sind, die mindestens das l,05fache der Spitzenspannung beträgt. Beispielsweise wird ein Elektrolyt-Kondensator für 50/60 V mit mindestens 63 V, für 350/400 V mit mindestens 420 V und für 500/550 V mit 600 V vorformiert* Dadurch wird vermieden, daß bei Auftreten der Spitzenspannung eine weitere Vorformierung und Oxidbildung eintritt, was einen Kapazitätsverlust und/oder die Zerstörung des Elektrolyt-Kondensators zur Folge hätte«, Der Sicherheitszuschlag von 5 Prozent oder mehr berücksichtigt dabei die im Herstellungsablauf vorkommenden Toleranzen,It is known to use for a given rated and peak voltage valve layers as a dielectric, which are formed at a forming voltage U, which is at least 1.05 times the peak voltage. For example, an electrolytic capacitor is preformed for at least 63 V for 50/60 V, for at least 420 V for 350/400 V, and for 600 V at 500/550 V *. This avoids further preforming and oxide formation when the peak voltage occurs the loss of capacity and / or destruction of the electrolytic capacitor would result. "The 5 percent or more safety margin takes into account the tolerances that occur in the manufacturing process,

Durch diese Korrelation zwischen Nenn-/Spitzenspannung und Formierspannung Uf ergibt sich der bekannte Vorteil, Elektrolyt-Kondensatoren für beliebige Nennspannungen bis etwa 600 V optimieren zu können. Weil die Dicke der dielektrischen Ventilschicht der Formierspannung Uf proportionalThis correlation between the rated / peak voltage and the forming voltage U f results in the known advantage of being able to optimize electrolytic capacitors for arbitrary rated voltages up to approximately 600 V. Because the thickness of the dielectric valve layer is proportional to the forming voltage U f

5,11,1980 221214 „4- 57 581/175,11,1980 221214 "4-57 581/17

ist, ergeben sich hohe Kapazitäten bei niedrigen Formiorspannungen und niedrigere Kapazitäten bei höheren Forrniorspannungerieis high capacitances at low forming voltages and lower capacitances at higher Forrniors voltage series

Es ist bekannt^ Elektrolyt-Kondensatoren als Wickelkondensatoren herzustellen» Als Elektrodenfolien können aufgerauhte oder nichtaufgerauhte Folien verwendet werden«, Bekanntlich läßt sich durch Aufrauhen die spezifische Kapazität, die Kapazität pro Flächeneinheit ßer Folie, auf ein Vielfaches steigern (und das Kondensator-Volumen entsprechend verkleinern), weil sich die dielektrischen Ventilschichten einer beliebigen Oberflächengeömetrie anpassen.It is known to prepare ^ electrolytic capacitors as wound capacitors "When electrode foils roughened or nichtaufgerauhte films can be used," is well known, can be achieved by roughening the specific capacity, the capacity per unit area SSSR foil, increase to a multiple (and shrink the capacitor volume corresponding ), because the dielectric valve layers conform to any surface geometry.

Ihrem Aufbau nach unterscheidet man zwischen polaren und bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren« Bei polaren Elektrolyt-Kondensatoren werden mindestens je eine formierte und eine unformierte Elektrodenfolie, die beide mit einem elektrischen Stromanschluß versehen sind, mit zwischenliegenden eaugfähigen Abstandhaltern zusammengewickelt« Dor so erhaltene Wickel wird mit einem geeigneten Elektrolyten imprägniert und in ein Gehäuse luftdicht eingeschlossen« Das Gehäuse ist mit zwei voneinander isolierten Stromanschlüssen versehen, mit denen die elektrischen Stromanschlüsse der Elektrodenfolien verbunden sind.Their structure distinguishes between polar and bipolar electrolytic capacitors. "In polar electrolytic capacitors, at least one formed and one unformed electrode foil, both provided with an electrical power connection, are wound together with interposable, removable spacers impregnated with suitable electrolyte and enclosed in a housing airtight. "The housing is provided with two mutually insulated power connections to which the electrical power connections of the electrode films are connected.

Für gewöhnlich ist auch die unformierte Elektrodenfolie aus Ventilmetall und mit einer dünnen durch Oxydation an der Luft entstandenen Oxidschicht, einer Luftoxidschicht, bedeckt, die als Ventilschicht wirkt und deren Sperrspannung kleiner als 5 Volt ist und oft bei 1 bis 4 Volt liegt» Deshalb darf ein polarer Elektrolyt-Kondensator nur mit reiner Gleichspannung oder mit einer eine GleichspannungUsually, the unformed electrode foil of valve metal and with a thin by oxidation in the air resulting oxide layer, an air oxide layer covered, which acts as a valve layer and their blocking voltage is less than 5 volts and often at 1 to 4 volts polar electrolytic capacitor only with pure DC voltage or with a DC voltage

.5.11.1980 221214 «5- 57 581/17.5.11.1980 221214 «5- 57 581/17

überlagernden Wechselspannung nur so betrieben werden, daß der Scheitelwert der resultierenden Spannung die Nenn- oder Spitzenspannung nicht übersteigt, und daß auch keine Falschpolung um mehr als ca, 4 Volt auftritt.superimposed AC voltage can only be operated so that the peak value of the resulting voltage does not exceed the rated or peak voltage, and that no false polarity by more than ca, 4 volts occurs.

Einen polaren Elektrolyt-Kondensator mit mehreren parallelen Teilkapazitäten erhält man durch Zusammenwickeln mehrerer formierter Elektrodenfolien mit einer gemeinsamen oder mit mehreren getrennten unformierten Elektrodenfolien, Dede dieser Elektrodenfolien ist dann mit mindestens einem elektrischen Stromanschluß v/ersehen.A polar electrolytic capacitor having a plurality of parallel partial capacitances is obtained by winding together a plurality of formed electrode films with a common or with a plurality of separate unformed electrode films. Dede of these electrode films is then provided with at least one electrical power connection v /.

Sollen polare Elektrolyt-Kondensatoren für häufiges schnelles Laden und Entladen (zum Beispiel als Fotoblitzkondensatoren) geeignet sein, dann muß die unformierte Elektrodenfolie so gewählt sein, daß ihre spezifische Kapazität C, mit dem Scheitelwert U der Kondensator-Spitzenspannung und der spezifischen Kapazität C der formierten Elektroden-If polar electrolytic capacitors are to be suitable for frequent fast charging and discharging (for example as photoflash capacitors), then the unformed electrode foil must be chosen so that its specific capacitance C, with the peak value U of the capacitor peak voltage and the specific capacitance C of the formed electrode

U C^ folie durch die Bedingung s*s ^. 5 Volt verknüpft ist,UC ^ foil by the condition s * s ^. 5 volts is linked,

ΤΓοΓΤΓοΓ

ΤΓ+οΓ s k ΤΓ + οΓ sk

Nur dann ist gewährleistet, daß die beim Entladen des Elektrolyt-Kondensators über einen sehr kleinen äußeren Widerstand von der Anode auf die Kathode fließende Ladungsmenge die unformierte Elektrodenfolie höchstens bis auf die ihrer Luftoxidschicht entsprechenden Sperrspannung auflädt. Andernfalls würde die unformierte Elektrodenfolie nach und nach auf eine höhere Spannung formiert und ein Kapazitätsabfall der aus der Reihenschaltung von Anoden- und Kathodenkapazität resultierenden Gesamtkapazität des Elektrolyt-Kondensators die Folge soine Oo nachdem, ob diese Bedingung erfüllt ist oder· nicht, spricht man von schaltfesten oder nichtschaltfesten Elektrolyt-Kondensatoren,Only then is it ensured that the amount of charge flowing from the anode to the cathode during discharge of the electrolytic capacitor charges the unformed electrode foil at most to the blocking voltage corresponding to its air oxide layer. Otherwise, the unformed electrode foil would gradually formed to a higher voltage and a drop in capacity resulting from the series connection of the anode and cathode capacity Total capacity of the electrolytic capacitor, the result soin e Oo on whether this condition is satisfied or · not, it is called switch-resistant or non-switching-resistant electrolytic capacitors,

2^1 ~ 6 « 57 581/17 2 ^ 1 ~ 6 «57 581/17

Für die Anwendung bei wechselnder Polarisation ist es bekannt, bipolare Elektrolyt^Kondensatoren dadurch herzustellen^ daß anstelle der unformierten Elektrodenfolie in polaren Elektrolyt-Kondensatoren eine zweite formierte Elektrodenfolie verwendet wird» Es werden dann zwei mit elektrischen Strotnanschlüssen versehene formierte Elektrodenfolien mit zwischenliegenden saugfähigen Abstandhaltern zusammengewickeltNach dem Imprägnieren kann jede der beiden formierten Elektrodenfolien wahlweise als Anode oder Kathode dienen« In anodischer Polarisation sperrt die Ventilschicht und in kathodischer leitet siee For use in changing polarization, it is known to make bipolar electrolytes capacitors characterized ^ that is used a second-formed electrode foil instead of the unformed electrode foil in polar electrolytic capacitors "There are then two provided with electrical Strotnanschlüssen-formed electrode foils with intermediate absorbent spacers wound together" After impregnation, each of the two formed electrode foils can serve either as anode or cathode. In anodic polarization the valve layer blocks and in cathodic it conducts e

Oe nachdem,, ob bei einem bipolaren Elektrolyt-Kondensator die Formierspannungen aer beiden formierten Elektroden folien gleich oder verschieden hoch sind, spricht man von reversiblen oder semipolaren Elektrolyt-Kondensatoren» Reversible Elektrolyt-Kondensatoren sind für wechselnde Gleichspannung und/oder Wechselspannung und semipolare für asymmetrische Gleich- und/oder Wechselspannungen verwendbar, Oe after "if in a bipolar electrolytic capacitor, the forming voltages of both formed electrode foils are the same or different high, one speaks of reversible or semi-polar electrolytic capacitors." Reversible electrolytic capacitors are for alternating DC and / or AC and semipolar for asymmetric DC and / or AC voltages usable,

Elektrolyt-Kondensatoren für Wechselspannungsbetrieb erfreuen sich einer weitverbreiteten Anwendung, zum Beispiel als Kondensatoren für Tonfrequenzweichen (in Lautsprechersystemen) und als Motorbetriebskondensatoren für Dauerbetrieb bis etwa 100 Veff, Für höhere Wechselspannungen werden Elektrolyt-Kondensatoren vor allem in intermittie~ rendem Betrieb als Motoranlaßkondensatoren eingesetzt»Electrolytic capacitors for AC operation enjoy a widespread application, for example as capacitors for audio crossovers (in loudspeaker systems) and as motor operating capacitors for continuous operation up to about 100 Vrms. For higher alternating voltages, electrolytic capacitors are used as motor starting capacitors, especially in intermittent operation »

Bei Elektrolyt-Kondensatoren für Wechselspannungsbetrieb bezieht sich die Angabe von Nenn- und Spitzenspannung auf .Effektivwerte» Dementsprechend ist es bei diesen Kondensa-In the case of electrolytic capacitors for AC operation, the specification of rated and peak voltage refers to "RMS values".

. 5.11.1980, 05/11/1980

221214 - 7 - 57 581/17221214 - 7 - 57 581/17

toren bekannt, die Ventilschichten box einer Formierspannung Ur; zu formieren, die mindestens das ifOSfache des Scheitelwertes U der Kondensator-Spitzenspannung beträgt«known, the valve layers box a forming voltage Ur; which is at least the ifOSfache of the peak value U of the capacitor peak voltage «

Vergleichen mit J statischen Kondensatoren zeichnen sich Elektrolyt-Kondensatoren durch um Größenordnungen höhere Volumenkapazität und entsprechende Kostenvorteile aus. Sie leiden jedoch unter dem Nachteil relativ hoher Verlustfaktoren, was ihre Anwendung, insbesondere im Wechselspannungsbetrieb, außerordentlich behindert und erschwert*Compared with J static capacitors, electrolytic capacitors are characterized by orders of magnitude higher volume capacity and corresponding cost advantages. However, they suffer from the disadvantage of relatively high loss factors, which greatly hampers and hampers their application, especially in AC operation *

Einen verlustbehafteten Kondensator kann man als Reihenschaltung eines verlustfreien Kondensators der Kapazität C und eines ohmschen Widerstandes R auffassen« Für den Verlustfaktor tancf gilt dannA lossy capacitor can be considered as a series connection of a lossless capacitor of the capacitance C and an ohmic resistance R. "For the loss factor tancf then applies

tan/ a RatC, tan / a RatC,

Bei Elektrolyt-Kondensatoren setzt sich der Widerstand R aus mehreren Teilwiderständen zusammen und kann approximiert werden durch die Schreibweis©In the case of electrolytic capacitors, the resistance R is composed of several partial resistances and can be approximated by the notation ©

R = rd + ra + V R = r d + r a + v

Den Teilwiderständen entsprechen dann die Teilverluste, und zwar r. die eigentlichen dielektrischen Verluste in der Ventilschicht, r die Verluste aus den ohmschen Widerständen oer mit Elektrolyt imprägnierten Abstandhalter und r_ bei aufgerauhter Elektrodenfolie die Verluste aus denThe partial resistors then correspond to the partial losses, namely r. the actual dielectric losses in the valve layer, r the losses from the ohmic resistances oer with electrolyte impregnated spacers and r_ with roughened electrode foil the losses from the

P mit Elektrolyt gefüllten Ätzporenwiderständen«.P with electrolyte-filled etch pore resistances «.

Der Entwickler ist daher, insbesondere bei bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren für Wechselspannungsbetrieb, bemüht.The developer is therefore endeavored, in particular in bipolar electrolytic capacitors for AC operation.

5,11*1980 221214 -8- 57 581/175,11 * 1980 221214 -8- 57 581/17

gut saugfähige Abstandhalter mit hohem Porenvolumen und hochleitfähige Elektrolyte sowie schwach aufgerauhte Elektrodenfolien mit weiten Ätzporen zur Verbesserung von r und r einzusetzen und Ventilschichten mit möglichst niedrigen Verlusten zur Verbesserung von r . zu entwickeln.good absorbent spacers with high pore volume and highly conductive electrolytes as well as weakly roughened electrode foils with wide etching pores to improve r and r use and valve layers with the lowest possible losses to improve r. to develop.

Dabei ist zu beachten, daß das Aufrauhen der Elektrodenfolien durch chemisches oder elektrochemisches Atzen in Säuren oder Salzlösungen erfolgt, und daß bei dem auf das Waschen folgenden Trocknen sich auf der Elektrodenfolie die erwähnte Luftoxidschicht ausbildet« Verstärkt man diese Luftoxidschicht vor dem Vorformieren durch Kochen in rein» stern Wasser, so ergeben sich eine erhöhte spezifische Kapazität und ein erheblich verminderter elektrischer Energieaufwand um e*twa 50 Prozent beim Vorformieren, aber auch erhöhte dielektrische Verluste der Ventilschicht, Wegen dieser Kostensenkung werden Elektrodenfolien mit verstärkter Oxid~ schicht als Anoden in Hochvolt-Elektrolyt-Kondensatoren (mit Spannungen über 100 Volt) für Gleichspannungsbetrieb und als Glättungskondensatoren verwendet, Elektrodenfolien mit dünner Luftoxidschicht dagegen für Niedervolt-Elektrolyt-Kondensatoren (mit Spannungen unter 100 Volt)e It should be noted that the roughening of the electrode films by chemical or electrochemical etching in acids or salt solutions, and that in the washing following the drying on the electrode film forms the mentioned air oxide layer «Reinforced this air oxide layer before preforming by boiling in pure »Stern water results in an increased specific capacity and a considerably reduced electrical energy consumption by as much as 50 percent during preforming, but also increased dielectric losses of the valve layer. Because of this cost reduction, electrode foils with reinforced oxide layers as anodes in high-voltage electrolyte Capacitors (with voltages over 100 volts) used for DC operation and as smoothing capacitors, whereas electrode foils with thin air oxide layers are used for low-voltage electrolytic capacitors (with voltages below 100 volts) e

Bei der Anwendung solcher Elektrodenfolien in bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren ergeben sich bei Wechselspannungsbetrieb, insbesondere bei höheren Wechselspannungen, wie sie bei Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren auftreten, außerordentliche Schwierigkeiten in Form von instabiler Kapazität, im Gebrauch rasch ansteigender Verlustfaktoren* überhitzung, Deformation, Durchschlägen und Explosionen. Besonders augenfällig sind diese Schwierigkeiten bei der Anwendung von Elektrodenfolien mit verstärkter Oxidschicht.In the use of such electrode films in bipolar electrolytic capacitors arise in AC operation, especially at higher AC voltages, such as occur in Motoranlaß electrolytic capacitors, extraordinary difficulties in the form of unstable capacity, in use rapidly increasing loss factors * overheating, deformation, breakdowns and explosions. These difficulties are particularly evident when using electrode films with a reinforced oxide layer.

* * ' ** - 9 - 57 581/17* * '** - 9 - 57 581/17

Man hat daher versucht, die dielektrischen Verluste in der Ventilschicht herabzusetzen durch Verwendung von Elektrodenfolien mit extrem dünnen Luftoxidschichten* die man erhält, wenn man die Elektrodenfolie· unmittelbar nach dem Ätzen und Waschen und noch vor dem Trocknen mit phosphathaltigen Lösungen behandelt. So behandelte Elektrodenfolien nennt man stabilisiert.Attempts have therefore been made to reduce the dielectric losses in the valve layer by using electrode films with extremely thin air oxide layers which are obtained by treating the electrode film with phosphate-containing solutions immediately after etching and washing and before drying. Electrode foils treated in this way are called stabilized.

Trotz dieses kostensteigernden Mehraufwandes durch Stabilisieren, durch den Verzicht auf verstärkte Oxidschichten und durch die Beschränkung auf schwache Aufrauhung hat sich bei bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren, insbesondere bei Wechselspannungsbetrieb, wie zum Beispiel bei Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren für höhere Spannungen, nur ein nicht nur wirtschaftlich, sondern auch technisch unbefriedigender Qualitätsstandard entwickeln lassen.Despite this cost-increasing overhead by stabilizing, by dispensing with reinforced oxide layers and by the restriction to low roughening, in bipolar electrolytic capacitors, especially in AC operation, such as higher voltage motor starting electrolytic capacitors, only one is not only economical , but also develop technically unsatisfactory quality standards.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der angeführten bekannten Lösungen zu vermeiden«The aim of the invention is to avoid the disadvantages of the cited known solutions «

Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, durch die Verwirklichung einer neuen technischen Konzeption einen in so hohem Maße verbesserten bipolaren Elektrolyt-Kondensator anzugeben, daß selbst bei bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren für VVechselspannungsbetrieb, wie zum Beispiel bei Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren, und selbst bei höheren Wechselspannungen die kostensenkende Verwendung hochaufgerauhter nichtstabilisierter Elektrodenfolien mit verstärkter Oxidschicht ohne technische Nachteile ermöglicht wirde The object of the invention is to provide by the realization of a new technical conception a so highly improved bipolar electrolytic capacitor that even with bipolar electrolytic capacitors for VVechselspannungsbetrieb, such as in motor starting electrolytic capacitors, and even at higher AC voltages the cost-saving use of highly roughened non-stabilized electrode films with reinforced oxide layer without technical disadvantages is made possible e

5,11.1980 - 10 - 57 581/175,11,1980 - 10 - 57 581/17

Dies wird dadurch erreicht, daß ein bipolarer Elektrolyt« Kondensator mit mindestens zwei mit elektrischen Strornanschlüssen versehenen formierten Elektrodenfolien erfindungsgemäß mindestens eine weitere zwischen den formierten Elektrodenfolien angeordnete und diese ganzflächig bedeckende und gegeneinander abschirmende und elektrolytisch zu einer Reihenschaltung "formierte-unfonnierte-formierte Elektrodenfolie" integrierende und im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien elektrisch freischwebende unf ormierte Elektrodenfolie aufweisteThis is achieved in that a bipolar electrolyte condenser with at least two formed electrode foils provided with electrical current leads according to the invention at least one further integrally arranged between the formed electrode foils and this covering the entire surface and shielding each other and electrolytically to a series circuit "formed-unfonnierte-shaped electrode film" and in the potential gradient between the formed electrode foils electrically floating and unf shaped electrode foil

Die elektrolytische Reihenschaltung kann bei transversaler oder longitudinaler Anordnung der formierten Elektrodenfolien zueinander erfolgen« Bei transversaler Anordnung der formierten Elektrodenfolien liegen diese im wesentlichen übereinander und werden durch zwei unformierte Elektrodenfolien sowie saugfähige Abstandhalter voneinander getrennt und gegeneinander abgeschirmt« Bei longitudinaler Anordnung der formierten Elektrodenfolien sind diese nacheinander mit einer sich über die gesamte Wickellänge erstreckenden unformierten Elektrodenfolie sowie saugfähigen Abstandhai-.tern zusammengewickelt« Diese beiden Ausführungsformen werden anhand der Zeichnung später noch näher erläutert»The transverse arrangement of the formed electrode foils is substantially superimposed and separated from each other by two unformed electrode foils and absorbent spacers and shielded from each other. With longitudinal arrangement of the formed electrode foils they are successive with an unformed electrode foil extending over the entire winding length and absorbent spacer sheaths wound together «These two embodiments will be explained in more detail later with reference to the drawing»

Ausgangspunkt der Erfindung sind einerseits dio Vermutung, daß die bekannten Bemühungen um hochloitfähige Elektrolyte und stabilisierte Elektrodenfolien und der kostensteigernde Verzicht auf hohe Aufrauhung und auf verstärkte Oxidschichten nur die Symptome der technischen Schwierigkeiten abzuschwächen geeignet sind, und andererseits die Besorgnis, daß kathodische Reaktionsvorgänge an der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie bei bipolaren Elektrolyt-Konden-The starting point of the invention are on the one hand dio assumption that the known efforts to highly soluble electrolytes and stabilized electrode films and the cost-increasing waiver of high roughening and on reinforced oxide layers are only suitable to mitigate the symptoms of technical difficulties, and on the other hand, the concern that cathodic reaction processes at each negative formed electrode foil in the case of bipolar electrolyte condensation

22 121/4 -5.11.198022 121/4 -5.11.1980

- 11 - 57 581/17- 11 - 57 581/17

satorerv eine wichtige Rolle spielen und die Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht nach und nach bleibend beeinträchtigen» insbesondere bei hohen Betriebsspannungen und vor allem bei Betrieb mit Wechselspannung und der dabei erzeugten Erwärmung,satorerv play an important role and gradually impair the functionality of the valve layer »especially at high operating voltages and above all when operating with alternating voltage and the resulting heating,

Beispielsweise können eine Rolle spielenFor example, play a role

- die Reduktion der Ventilschicht durch an der Kathode entwickelten Wasserstoff in statu nascendi oder die reduzierende Wirkung des in Irnprägnier-Elektrolyten enthaltenen Ammoniaks,the reduction of the valve layer by hydrogen developed in the statu nascendi at the cathode or the reducing action of the ammonia contained in the impregnating electrolyte,

-* eine Beeinträchtigung der Ventilschicht durch den infolge Wasserstoffentzugs in den der Elektrodenfolie benachharten Elektrdyt-Grenzschichten nachteilig erhöhten pH-Wert des Elektrolyten, - * deterioration of the valve through the layer due to hydrogen in the withdrawal of the electrode foil benachharten Elektrdyt boundary layers adversely increased pH of the electrolyte,

- die Abscheidung kleinster im Elektrolyten stets vorhandener Schwermetallverunreinigungen, die die Sperrwirkung der Ventilschicht aufheben, weil sie, als Elektronen« leiter auf die Ventilschicht aufgebracht, diese bekanntlich kurzschließen, sowie- The deposition of the smallest in the electrolyte always present heavy metal impurities that cancel the blocking effect of the valve layer, because they, as an electron «conductor applied to the valve layer, they are known to short circuit, and

- andere kathodische Reduktions- und Zersetzungsvorgänge der Elektrolyt-Bestandteile bei hohen Betriebsspannungen- other cathodic reduction and decomposition processes of the electrolyte components at high operating voltages

und Erwärmung,and warming,

Im Gleichspannungsbetrieb eines Elektrolyt-Kondensators liegt das Potentialgefälle zwischen den Elektrodenfolien fast ausschließlich über der Ventilschicht der positiven formierten Elektrodenfolie, der Anode, entsprechend der Spannungsteilung zwischen dem sehr hohen Isolationswiderstand der Ventilschicht und dem um viele Größenordnungen niedrigeren Ele'ktrolyt-Vorwiederstand» Die Potentialdifferenz zwischen der negativen Elektrodenfolie, der Kathode und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten istIn Gleichspannungsbetrieb an electrolytic capacitor, the potential difference between the electrode films is almost exclusively on the valve layer of the positive electrode foil formed, the anode, according to the voltage division between the very high insulation resistance of the valve layer and many orders of magnitude Ele'ktrolyt-Vorwiederstand »The potential difference between the negative electrode foil, the cathode and the adjacent electrolyte boundary layers

5el'l*1980 2 2 1 21 4 - 12 - 57 581/175 e l'l * 1980 2 2 1 21 4 - 12 - 57 581/17

daher praktisch Null, und kathodische Reaktionsvorgänge spielen keine RpIIe8 Beim Auf- und Entladen jedoch und gleichermaßen beim Umpolen und bei Wechselspannungsbotrieb bewirken die damit einhergehenden Ladungsverschiebungen bei ausreichend hohen Betriebsspannungen ein ausreichend hohes Potentialgefälle über den Elektrolyt-Vorwiderstand und damit auch zwischen der negativen Elektrodenfolie und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten, so daß kathodische Reaktionsvorgänge an der negativen Elektrodenfolie wirksam werden und die Funktionstüchtigkeit ihrer Ventilschicht nach und nach bleibend beeinträchtigen können«.Therefore, virtually zero, and cathodic reaction processes do not play RpIIe 8 During charging and discharging and equally in polarity reversal and ACBotrieb cause the associated charge shifts at sufficiently high operating voltages a sufficiently high potential gradient across the electrolyte resistor and thus between the negative electrode film and the electrolyte boundary layers adjacent to it, so that cathodic reaction processes on the negative electrode foil become effective and can gradually impair the functional efficiency of their valve layer.

Dementsprechend besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, in bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren die Rtentialdifferenz zwischen der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten auch bei hohen Betriebsspannungen soweit zu vermindern, daß kathodische Reaktionsvorgänge und eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie vermieden werden*Accordingly, the basic idea of the invention is to reduce in bipolar electrolytic capacitors the potential difference between the respective negatively formed electrode foil and its adjacent electrolyte boundary layers even at high operating voltages to such an extent that cathodic reaction processes and impairment of the functional efficiency of the valve layer form the respectively negative ones Electrode foil to be avoided *

Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensator durch die elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie bewirkt* Besteht diese aus einem Ni-chtventilmetall, dann hat sie keine Ventilschicht und kann daher in bezug auf die jeweils negative formierte Elektrodenfolie nur ein der elektrolytischen Polarisation entsprechendes niedriges positives Potential annehmen» Besteht sie aus einem Ventilmetall, dann hat sie stets eine dünne als Ventilschicht wirkende Luftoxidschicht, die beispielsweise bei Aluminium einer Formierspannung von 1 bis 4 Volt entspricht, und kann dann in bezug auf die jeweils negative formierte Elektroden-This is effected in the electrolytic capacitor according to the invention by the electrically floating unformed electrode film * If this consists of a Ni-chtventilmetall, then it has no valve layer and therefore can assume with respect to the respective negative-formed electrode film only one of the electrolytic polarization corresponding low positive potential »If it consists of a valve metal, then it always has a thin layer of air acting as a valve layer, which corresponds to a forming voltage of 1 to 4 volts, for example, in aluminum, and can then with respect to the respectively negative electrode formed

^ Λ λ « # 5.11.1980^ Λ λ «# 5.11.1980

* * u ' * - 13 - 57 581/17* * u '* - 13 - 57 581/17

folie nur ein positives Potential von maximal 1 bis 4 Volt annehmen, sofern sie freischwsbend, d„ h» elektrisch nicht angeschlossen ist. Die im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie regelt sich daher im Betrieb auf ein niedriges positives Potential, bezogen auf das Potential der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie, selbsttätig eine Die sich hieraus ergebende kleine Potentialdifferenz UUt beispielsweise ΔΌ = 1 bis 4 VoIt1 zwischen der erfindungsgemäßen elektrisch freischwebenden Elektrodenfolie und der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie führt im IVechselspannungsbetrieb zu einer sehr kleinen Potentialdifferenz du < AU zwischen der negativen formierten Elektrodenfolie und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten, wodurch schädliche kathodische Reaktionsvorgänge und die damit einhergehende Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit ihrer Ventilschicht vermieden werden«foil only assume a positive potential of a maximum of 1 to 4 volts, provided that it is free-floating, that is not electrically connected. Therefore, the electrically floating in potential gradient between the brief break in the electrode foils unformed electrode foil adjusts during operation to a low positive potential relative to the potential of each negative-formed electrode foil itself on e The resultant small potential difference UU t example ΔΌ = 1 to 4 Voit 1 between the inventive electrically floating electrode film and the respective negative electrode film formed in the alternating voltage operation leads to a very small potential difference du < AU between the negative electrode foil formed and the adjacent electrolyte boundary layers, causing harmful cathodic reaction processes and the associated impairment of the functioning of their valve layer be avoided"

Die kathodischen Reaktionsvorgänge vollziehen sich bei dem erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensator statt dessen an der unformierten Elekt-rodenfolie wie in polaren Elektrolyt-Kondensatoren mit einer unformierten Elektrodenfolie. Eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit einer auf diesen vorhandenen Ventilschicht ist jedoch nicht nur nicht nachteilig, sondern sogar vorteilhaft, weil sich dadurch die Schaltfestigkeit der Reihenschaltung "formierte-unformierteformierte Elektrodenfolie" verbessert und deren Gesamtkapazität erhöht und im erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensator außerdem die Potentialdifferenzen 4U und du noch weiter vermindern, wodurch sich die von der elektrisch freischwebenden unformierten Elektrodenfolie ausgehende SchutzwirkungThe cathodic reaction processes take place in the electrolytic capacitor according to the invention instead of the unformed electrode-foil as in polar electrolytic capacitors with an unformed electrode foil. An impairment of the functionality of a valve layer present on this is not only not detrimental, but even advantageous, because thereby the switching resistance of the series circuit "formed-undformierteformierte electrode film" improves and increases their total capacity and in the inventive electrolytic capacitor also the potential differences 4U and you even further reduce, resulting in the emanating from the electrically floating unformed electrode film protective effect

'221214 5.11.1980'221214 5.11.1980

- 14 - 57 581/17- 14 - 57 581/17

auf die Ventilschicht der negativen formierten Elektrodenfolie noch weiter erhöht«even further increased to the valve layer of the negative-shaped electrode foil «

Ungeachtet der Relevanz dieser Überlegungen, bestätigt die experimentelle Prüfung die Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen Konzeption in überraschend hohem Maße, wie die Ausführungsbeispiele noch zeigen werden»Regardless of the relevance of these considerations, the experimental test confirms the carrying capacity of the concept according to the invention to a surprisingly high degree, as the embodiments will still show »

Um bei dem erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensator eine Formierung der unformierten Elektrodenfolie im Wechselspannungsbetrieb zu verhindern, muß, falls sie aus einem Ventilmetall besteht, ihre spezifische Kapazität C. mit xdem Scheitelwert U der Kondensator-Spitzenspannung und den spezifischen Kapazitäten Co der formierten ElektrodenfolienIn order to prevent the formation of the unformed electrode film in AC operation in the electrolytic capacitor according to the invention, if it consists of a valve metal, their specific capacity C. must be x with the peak value U of the capacitor peak voltage and the specific capacitances C o of the formed electrode foils

U C durch die Bedingung s* j^ <, 10 Volt verknüpft sein»U C be linked by the condition s * j ^ <, 10 volts »

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die unformierte Elektrodenfolie' aus schwer formierbarem Material mit einem Gehalt von weniger als 99,9 %, vorzugsweise weniger ' als 99,5 %, Ventilmetall* In diesem Fall darf sie sich wie bei Wechselspannungsbetrieb auf eine Spannung bis etwa 10 Volt einregeln,· ohne daß eine unerwünschte Formierung eintritt.In one embodiment of the invention, the unformed electrode film 'consists of difficult to formulate material with a content of less than 99.9 %, preferably less than 99.5 %, valve metal * In this case, it may, as in AC operation to a voltage up to about Adjust 10 volts, · without an undesirable formation occurs.

Um eine vollständige Abschirmung der formierten Elektrodenfolien durch die unformierte Elektrodenfolie auch bei dem beim Wickeln nicht immer vollkommen vermeidbaren seitlichen Verlaufen der Folienbahnen zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die unformierte Elektrodenfolie breiter ist als die formierten Elektrodenfolien«, Neben der vollständigen Abschirmung resultieren daraus außerdem eine verbesserteIn order to ensure complete shielding of the formed electrode foils by the unformed electrode foil, even when the foil webs are not always completely avoidable during the winding, it is advantageous if the unformed electrode foil is wider than the formed electrode foils. Besides the complete shielding, this also results an improved one

5*11.1980 12 14 -. 15 ~ 57 581/175 * 11.1980 12 14 -. 15 ~ 57 581/17

Kapazitätsaucbeute und ein niedrigerer Verlustfaktor sowie verbesserte Ableitung der Verlustwärme nach den Endflächen des Kondensator-Wickels»Capacity recovery and a lower loss factor as well as improved dissipation of the heat loss after the end surfaces of the capacitor coil »

Da die elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie nicht angeschlossen werden darf, ist es vorteilhaft, wenn sie mit keinem elektrischen Stromanschluß versehen ist.Since the electrically floating unformed electrode film may not be connected, it is advantageous if it is not provided with an electrical power connection.

Der erfindungsgemäße bipolare Elektrolyt-Kondensator ist nicht zu verwechseln mit einem polaren Elektrolyt-Kondensator mit mehreren parallelen Teilkapazitäten und einer gemeinosamen unformierten Elektrodenfolie, die der Stromzuführung dient und deshalb einen elektrischen Stromanschluß aufweist und angeschlossen werden muß. Demgegenüber liegt bei dem erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensator eine elektrolytische Reihenschaltung mit einer im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien elektrisch freischwebenden unformierten Elektrodenfolie vor, die nicht angeschlossen Werden darf.The bipolar electrolytic capacitor according to the invention is not to be confused with a polar electrolytic capacitor having a plurality of parallel partial capacitances and a common unformed electrode foil, which serves the power supply and therefore has an electrical power connection and must be connected. In contrast, in the case of the electrolytic capacitor according to the invention, there is an electrolytic series connection with an unformed electrode foil which is floating freely in the potential gradient between the formed electrode foils and which may not be connected.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Elektrolyt-Kondensator aus drei mit elektrischen Stromanschlüssen versehenen formierten Elektrodenfolien und einer unformierten Elektrodenfolie ohne elektrischen Stromanschluß, Diese Ausführungsform ermöglicht mehrere bipolare Teilkapazitäten im gleichen Kondensator, beispielsweise in einem Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensator für aussetzenden Betrieb noch eine Teilkapazität als Motorbetriebs-Elektrolyt-Kondensator für Dauerbetrieb,In a further embodiment of the invention, the electrolytic capacitor consists of three formed electrode foils provided with electrical power connections and an unformed electrode foil without electrical power connection. This embodiment allows several partial bipolar capacitances in the same capacitor, for example in a motor starting electrolytic capacitor for intermittent operation Partial capacity as motor operating electrolytic capacitor for continuous operation,

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung erfindungsgemäßer Elektrolyt-Kondensatoren für WechselspannungsbetriebIn a particularly advantageous embodiment of inventive electrolytic capacitors for AC operation

09191/ ' 5Λ1Λ98° 09191 / ' 5Λ1Λ98 °

«^ «£ § <C I £& - 16 - 57 581/17«^« £ § <C I £ & - 16 - 57 581/17

enthalt der Elektrolyt-Kondensator mindestens eine formierte Elektrodenfolie, deren Formierspannung Up bezogen auf den the electrolytic capacitor contains at least one shaped electrode foil, the forming voltage Up of which is based on the

Scheiteltvert U der Kondensator-Spitzenspannung, einen Wert sVertex Vert U is the peak capacitor voltage, a value s

Uf 4L 1,05 U , vorzugsweise einen Wert irn Bereich 0,5 U 4. U, 4. U , aufweist»U f 4L 1.05 U, preferably a value in the range 0.5 U 4. U, 4. U, has »

Überraschenderweise hat die experimentelle Prüfung ergeben, daß erfindungsgemäße Elektrolyt-Kondensatoren nach dieser Weiterbildung der Erfindung mit mindestens einer Elektrodenfolie, die auf eine Formierspannung U^ unterhalb des Scheitelwertes U der Kondensator-Spitzenspannung formiert war, bei Wechselspannungsbetrieb mit Spitzenspannung nicht, wie der Fachmann nach dem Stand der Technik zu erwarten hätte, allmählich unter Verschlechterung ihrer elektrischen' Charakteristika auf den Schoitelwert U der Kondensator-Spitzenspannung weiterformiert wurden» Zur Erklärung dieser überraschenden Beobachtung kann man davon ausgehen, daß der für die anodische Oxydation erforderliche Ionentransport durch die Ventilschicht mit feldstärkeabhängiger endlicher Geschwindigkeit verläuft« Dann wird verständlich, daß für ein zusätzliches Dickenwachstum der Ventilschicht eine feldetärkeabhängige Mindestzeitdauer erforderlich ist, und daß kurzzeitige, begrenzte Spannungsspitzen trotz häufiger Wiederholung keine auch nur allmähliche Weiterformierung verursachen können« Wählt man beispielsweise eine Fonnierspannung Uo = 0,85 U , dann ergibt sich aresin 0,85 = 58,2°,Surprisingly, the experimental test has shown that electrolytic capacitors according to the invention according to this embodiment of the invention with at least one electrode film, which was formed on a forming voltage U ^ below the peak value U of the capacitor peak voltage, in AC operation with peak voltage not, as the skilled in the could expect state of the art, were gradually weiterformiert to degrade its electrical 'characteristics on the Schoitelwert U of the capacitor-peak voltage "to explain this surprising observation, one can assume that the space required for the anodic oxidation of ion transport through the valve layer with field strength dependent finite speed Then, it will be understood that for an additional thickness increase of the valve layer, a sparking time-dependent minimum period of time is required, and that short-term, limited voltage spikes are required frequent repetition can not cause any gradual further formation. If, for example, one chooses a multiplying tension Uo = 0.85 U, then aresin results in 0.85 = 58.2 °,

TSTS

und bei einer Frequenz von 50 Hz mit einer Poriodendauer von 20 ms wird die Formierspannung U-. dann jeweils nur für eine Zeitdauer von 3,53 ms überschritten, was für eine Weiterformierung nach den vorliegenden Versuchsergebnissen nicht ausreichend ist« Eine beim willkürlichen Abschalten der Wechselspannung verbleibende zu hohe Gleichspannung istand at a frequency of 50 Hz with a poriodendauer of 20 ms, the forming voltage U-. then exceeded in each case only for a period of 3.53 ms, which is not sufficient for further development according to the present test results. "An excessively high DC voltage remains when the alternating voltage is switched off arbitrarily

' 5,11,1980'5,11,1980

221214 -17- 57 581/17221214 -17- 57 581/17

durch geeignete Maßnahmen zu vermeiden oder durch schnelles Absenken, zum Beispiel mit einem Entladewiderstand, zu neutralisieren6 by appropriate measures to avoid or by rapid lowering, for example with a discharge resistor to neutralize 6

Überraschenderweise hat die experimentelle Prüfung außerdem ergeben, daß Elektrolyt-Kondensatoren nach dieser Weiterbildung der Erfindung eine noch weiter verbesserte Stabilität im Dauerverhalten zeigen,, Dies kann erklärt werden durch die Annahme, daß durch das Absenken der Formierspannung U, auf oder unter den Scheitelvvert U der Betriebswechselspannung der in der Einleitung erläuterten Deformation der Ventilschicht optimal entgegengewirkt wird»Surprisingly, the experimental test has also shown that electrolytic capacitors according to this embodiment of the invention show a still improved stability in the endurance, This can be explained by the assumption that by lowering the forming voltage U, on or below the vertex value U of AC operating voltage of the explained in the introduction deformation of the valve layer is optimally counteracted »

Elektrolyt-Kondensatoren nach dieser Weiterbildung der Erfindung, zeichnen sich daher durch den doppelten Vorteil aus, daß sowohl eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht der jeweils negativen Elektrodenfolie als auch die nach dem Stand der Technik unvermeidliche Deformation der jeweils positiven Elektrodenfolie vermieden werden« Neben den technischen ergeben sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile aus dieser Weiterbildung, Beispielsweise ergibt eine Absenkung der FormierspannungElectrolytic capacitors according to this embodiment of the invention are therefore characterized by the double advantage that both a deterioration of the functioning of the valve layer of the respective negative electrode foil and the inevitable deformation of the respective positive electrode foil are avoided in addition to the technical Significant economic benefits arise from this development, for example, results in a lowering of Formierspannung

U^ von 1,05 U auf 0,85 U mit 19 % bei der Verwendung von τ * s sU ^ of 1.05 U to 0.85 U at 19% in the use of τ * ss

aufgerauhter Elektrodenfolie infolge der Porenstruktur einen Kapazitätsgewinn von über 19 %, beispielsweise von ca« 25 bis 30 %, und damit eine Einsparung von 25 bis 30 % sowohl an Elektrodenfolie als auch an Abstandhalter und Imprägnier-Elektrolyt« Da der beim Vorformieren erforderliche Energieaufwand mit steigender Formierspannung stark progressiv ansteigt, ergeben sich für das genannte Beispiel außerdem eine Ersparnis an elektrischer Energie von 35 bis 50 % sowie entsprechende Einsparungen an Chemikalien,roughened electrode foil as a result of the pore structure a capacity gain of about 19 %, for example, from about 25 to 30 %, and thus a saving of 25 to 30 % both electrode foil and spacer and impregnating electrolyte "Since the energy required during preforming with increasing Forming voltage increases strongly progressively, resulting in the example mentioned also a saving of electrical energy of 35 to 50 % and corresponding savings in chemicals,

5.11.1980 221214 -18» 57 581/175.11.1980 221214 -18 »57 581/17

Hilfsstoffen und Zeitaufwand bei der Formierung. Die erhöhte Kapazitätsausbeute führt darüber hinaus nicht nur zu weiterer Zeitersparnis bei den verschiedenen Herstellungsschritten, sondern auch zu kleineren Abmessungen der Elektrolyt-Kondensatoren nach dieser Weiterbildung der Erfindung.Excipients and time spent in the formation. The increased capacity yield leads not only to further time savings in the various manufacturing steps, but also to smaller dimensions of the electrolytic capacitors according to this embodiment of the invention.

In einer semipolaren Ausführungsform dieser Weiterbildung der Erfindung mit den Scheitelwerten U . und U ~ der Spitzenspannungen eines bipolaren Elektrolyt-Kondensators für Wechselspannungsbetrieb enthält dieser formierte Eloktrodenfolien mit den Formlerspannungen U^1 <C 1,05 U und Uf2 < l(05 Us2«In a semipolar embodiment of this embodiment of the invention with the peak values U. and U ~ of the peak voltages of a bipolar electrolytic capacitor for AC operation contains this formed Eloktrodenfolien with the forming voltages U ^ 1 <C 1.05 U and U f2 <l ( 05 U s2 «

In einer letzten Ausführungsform der Erfindung enthält der Elektrolyt-Kondensator mindestens eine formierte Elektrödenfolie, auf der vor dem Vorformieren in beliebiger Weise, zum Beispiel durch Kochen in reinstem Wasser, eine verstärkte Oxidschicht aufgebracht ist.In a final embodiment of the invention, the electrolytic capacitor comprises at least one formed electrolytic foil on which a reinforced oxide layer is applied in any desired manner, for example by boiling in ultrapure water, before preforming.

Wie die experimentelle Prüfung ergeben hat, ist die von der (informierten Elektrodenfolie auf die Ventilschichten der jeweils negativen formierten Elektrodenfolien ausgeübte Schutzwirkung so weitgehend, daß selbst bei Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren für höhere Spannungen auf die kostensteigernde Verwendung schwach aufgerauhter und speziell stabilisierter Elektrodenfolien verzichtet werden kann zugunsten kostensenkender hochaufgerauhter Elektrodenfolien mit verstärkten Oxidschichten«As the experimental test has shown, the protective effect exerted by the (informed electrode foil on the valve layers of the respectively negatively formed electrode foils is so extensive that the cost-increasing use of slightly roughened and specially stabilized electrode foils is dispensed with, even in the case of motor starting electrolytic capacitors for higher voltages can favor cost-reducing high-roughened electrode films with reinforced oxide layers «

Bei Ausschöpfung der durch die Erfindung gebotenen und vorstehend erläuterten Möglichkeiten resultiert bei bipolarenUpon exhaustion of the possibilities offered by the invention and explained above results in bipolar

JO12U 5.11.1980JO 12 U 5.11.1980

^ έ I £ I « « ig - 57 581/17^ έ I ig - 57 581/17

Elektrolyt-Kondensatoren für Wechselspannungsbetrieb, wie zum Beispiel Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren, durch Verwendung hochaufgerauhter Elektrodenfolien mit verstärkter Oxidschicht und durch Absenken der Formierspannung Uf trotz der zusätzlichen unformierten Elektrodenfolie eine Kostensenkung von 50 bis 70 %, Electrolytic capacitors for AC operation, such as motor starting electrolytic capacitors, by using highly roughened electrode films with reinforced oxide layer and by lowering the forming voltage U f despite the additional unformed electrode film, a cost reduction of 50 to 70 %,

Bei bipolaren Elektrolyt-Kondensatoren für Wechselspannungsbetrieb, wie zum Beispiel Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren* können beim Ein- und Ausschalten auftretende Einschwingvorgänge hohe Strom- und Spannungsspitzen ergeben und zu einer nachteiligen Überbelastung führen. Bei der durch die erfindungsgemäße unformierte Elektrodenfolie eich ergebenden Reihenschaltung "formierte-unformierteformierte Eloktrodenfolie" resultiert außer den bereits beschriebenen Vorteilen eine erhebliche Impedanz-Erhöhung bei höheren Frequenzen,, Bei 5 kHz gemessene bekannte Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren hatten einen Verlustfaktor von 20 bis 30 %t erfindungsgemäße jedoch 70 %t woraus eine vorteilhaft hohe Dämpfung von Einschwingvorgängen resultiert*For bipolar electrolytic capacitors for AC operation, such as motor starter electrolytic capacitors * can occur when switching on and off transients occurring high current and voltage peaks and lead to a disadvantageous overload. In the unformed electrode film according to the invention eich resulting series connection "formed-undeformed EO electrode sheet" results in addition to the advantages already described a significant increase in impedance at higher frequencies ,, at 5 kHz measured known motor starter electrolytic capacitors had a loss factor of 20 to 30 % However, according to the invention, 70 % t results in an advantageously high damping of transient effects *

Ausf ü hrung sbei sp i e1 Execution in spi e1

Die Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert* Es zeigen;The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. Xt 2 und 7: den Wickelaufbau;Fig. Xt 2 and 7: the winding structure;

Fig» 3 und 4: die Spannungsverhältnisse;Figs. 3 and 4: the voltage relationships;

Fige 5 und 6: die Elektrolyt-Grenzschichten;Fig e 5 and 6: the electrolyte boundary layers;

Fig* 8: einen Kondonsatorwickel eines erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensators«FIG. 8: a condenser winding of an electrolytic capacitor according to the invention

2n« a« < 5*11.19802n «a« <5 * 11.1980

d, 1 d, 1 4 d, 1 d, 1 4

- 20 - 57 581/17- 20 - 57 581/17

Fig, 1 zeigt in schematischer Darstellung eine zur Erläuterung besonders geeignete Ausführungsform des Wickelaufbaus eines erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensators« Die mit den elektrischen Stromanschlüssen 3; 4, versehenen formierten Elektrodenfolien 1; 2 sind transversal zueinander geordnet und durch mehrere Lagen saugfähiger Abstandhalter 5; 6; 5) 6' von zwei unformierten Elektrodenfolien 7; 7' getrennt» Nach dem Zusammenwickeln in Pfeilrichtung und Imprägnieren des Wickels sind die formierten Elektrodenfolien 1; 2 von den zwischen ihnen angeordneten unformierten Elektrodenfolien 7; 7* ganzflächig bedeckt und gegeneinander abgeschirmt und elektrolytisch zu einer Reihenschaltung "f ormierte-unf ormierte-f ormierte Elektrodenf olie',' integriert Die unformierten Elektrodenfolien 7; 7' sind elektrisch nicht angeschlossen und deshalb im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien 1; 2 elektrisch freischwebend und regeln sich bei Wechselspannungsbetrieb auf ein niedriges positives Potential kleiner als 10 Volt, in bezug auf das Potential der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie, selbsttätig ein, beispielsweise auf 1 bis 4 Volt.Fig. 1 shows a schematic representation of a particularly suitable for explanation embodiment of the winding structure of an inventive electrolytic capacitor «with the electrical power terminals 3; 4, provided formed electrode sheets 1; 2 are arranged transversely to each other and through several layers of absorbent spacer 5; 6; 5) 6 ' of two unformed electrode films 7; 7 'separated »After winding in the direction of the arrow and impregnating the coil are the formed electrode foils 1; 2 of the unformed electrode films 7 arranged between them; 7 * over the entire surface covered and shielded against each other and electrolytically to a series connection "f ormierte-f o form-f ormierte Elektrodenf olie ',' integrated The unformierten electrode foils 7, 7 'are not electrically connected and therefore in the potential difference between the formed electrode foils 1, 2 electrically freischwebend and regulate in AC operation to a low positive potential less than 10 volts, with respect to the potential of each negative-formed electrode film, on automatically, for example, 1 to 4 volts.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte einfachere Ausführungsform des Wickelaufbaus eines erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensators* Die mit den elektrischen Stromanschlüssen 3; 4 versehenen formierten Elektrodenfolien 1{ 2 sind longitudinal zueinander angeordnet und nach Zusammenwickeln in Pfeilrichtung mit je einer oder mehreren Lagen saugfähiger Abstandhalter 5; 6 und der unformierten Elektrodenfolie.7 durch die dann zwischen ihnen angeordnete Elektrodenfolie 7 ganzflächig bedeckt und gegeneinander abgeschirmt und nach Imprägnieren des Kondensator-Wickels mitFig. 2 shows a schematic representation of a preferred simpler embodiment of the winding structure of an electrolytic capacitor according to the invention * The with the electrical power terminals 3; 4 provided formed electrode films 1 {2 are arranged longitudinally to each other and after winding in the direction of arrow with one or more layers of absorbent spacer 5; 6 and the unformed Elektrodenfolie.7 through the then arranged between them electrode film 7 over the entire surface and shielded from each other after impregnation of the capacitor coil with

5.11.1980  05/11/1980

12 14 - 21 - 57 581/1712 14 - 21 - 57 581/17

einem geeigneten Elektrolyten elektrolytisch zu einer Reihen« schaltung "formierte-unformierte-formierte Elektrodenfolio" integriert. Die im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien 1; 2 elektrisch froischwebende (weil nicht angeschlossene) unformierte Elektrodenfolie 7 regelt sich im Betrieb auf ein niedriges positives Potential kleiner als 10 Volt, in bezug auf das Potential der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie, selbsttätig ein.electrolytically integrated into a series circuit "formed-unformed-shaped electrode portfolio". The potential difference between the formed electrode foils 1; 2 electrically froischwebende (because not connected) undeformed electrode film 7 is controlled in operation to a low positive potential less than 10 volts, with respect to the potential of each negative-formed electrode film, automatically.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen das im Betrieb erfindungsgemäßer Elektrolyt-Kondensatoren resultierende Potentialgefälle zwischen den Elektrodenf olien«, Da3 Potential der uniformierten Elektrodenfolie 7 ist in den Darstellungen gleich Null gesetzt.FIGS. 3 and 4 illustrate the potential difference between the electrode films resulting in the operation of the inventive electrolytic capacitors. The potential of the uniformed electrode film 7 is set equal to zero in the illustrations.

In Fig» 3 sind der Stromanschluß 3 positiv, der Stromanechluß 4 negativ angenommen« Die unformierte Elektrodenfolie 7 kann in bezug auf die negative formierte Elektrodenfolie 2 nur ein niedriges positives Potential kleiner als 10 Volt annehmen. Die negative formierte Elektrodenfolie 2 nimmt daher in bezug auf die sie abschirmende unformierte Elektrodenfolie 7 nur ein dementsprechend niedriges negatives Potential an, und die kleine Potentialdifferenz ΔΌ zwischen den Elektrodenfolien 2; 7 bewirk't mit ά U < 10 Volt, daß keine die Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht der negativen formierten Elektrodenfolie 2 beeinträchtigenden kathodischen Reaktionsvorgänge an dieser auftreten können.In Fig. 3, the power terminal 3 is positive, the power terminal 4 is negatively assumed. The unformed electrode sheet 7 can assume only a low positive potential less than 10 volts with respect to the negative electrode film 2 formed. The negative-formed electrode foil 2 therefore assumes only a correspondingly low negative potential with respect to the unshielded electrode foil 7 shielding it, and the small potential difference ΔΌ between the electrode foils 2; 7 causes with ά U <10 volts that no functionalities of the valve layer of the negative-shaped electrode foil 2 impairing cathodic reaction processes can occur at this.

Fig, 4 veranschaulicht das Potentialgefällo bei umgekehrter Polarisation, bei der die kleine Potentialdifferenz Δ U < 10 Volt sich selbsttätig zwischen den Elektrodenfolien 1; 7 eingeregelt hat, so daß keine die FunktionstüchtigkeitFig. 4 illustrates the Potentialgefällo in reverse polarization, in which the small potential difference Δ U <10 volts automatically between the electrode films 1; 7 has regulated, so that no the functionality

2 2 12142 2 1214

4..A I & „ 22 - 57 581/17 4..A I &"22 - 57 581/17

der Ventilschicht der negativen formierten Elektrodenfolie beeinträchtigenden kathodischen Reaktionsvorgänge an dieser auftreten*the valve layer of the negative-shaped electrode foil impairing cathodic reaction processes occur at this *

Die Fig, 5 und 6 veranschaulichen die im Betrieb erfindungsgemäßer Elektrolyt-Kondensatoren in den den Elektrodenfolien benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten auftretenden Anionen und Kationen, "FIGS. 5 and 6 illustrate the electrolytic capacitors according to the invention in the anions and cations occurring in the electrolyte boundary layers adjacent to the electrode foils, "

In Fig, 5 sind die Elektrodenfolie 1 positiv, die Elektrodenfolie 2 negativ angenommen. Im Bereich 1 bis 7 bewirkt das (entsprechend Fig, 3) hohe Potentialgefälle die erwünschte Nachformierung der positiven formierten Elektrodenfolie 1 (Anode) durch die in die Ventilschicht, wo erforderlich, eintretenden Anionen, An der in diesem Bereich negativen Elektrodenfolie 7 (Kathode) können kathodische Reaktionsvorgänge nur die Funktionstüchtigkeit deren Vontilschicht beeinträchtigen, was nicht nur nicht nachteilig ist, sondern die Schaltfestigkeit der Reihenschaltung 1 bis 7 verbessert. Im Bezieh 2 bis 7 bewirkt die (entsprechend Fig, 3) niedrige Potentialdifferenz ^U ^ 10 Volt zwischen den Elektrodenfolien 2; 7 eine sehr kleine Potentialdiffe~ renzdU^^U zwischen der negativen formierten Elektrodenfolie 2 und den ihr benachbarten Elektrolyt-Grenzschichten* wodurch nachteilige kathodische Reaktionsvorgänge und die damit einhergehende Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht der negativen formierten Elektrodenfolie 2 vermieden werden. An der im Bereich 2 bis 7 positiven unformierten Elektrodenfolie 7 tritt höchstens ein der elektrolytischen Polarisation oder der Sperrspannung ihrer Ventilschicht entsprechendes niedriges positives Potential auf, durch das deren Ventilschicht höchstens nach-In FIG. 5, the electrode foil 1 is positive, the electrode foil 2 is assumed to be negative. In the range 1 to 7, the (corresponding to FIG. 3) high potential gradient causes the desired reforming of the positive electrode foil 1 (anode) by the anions entering the valve layer, where necessary, at which negative electrode foil 7 (cathode) can be used cathodic reaction processes affect only the functionality of their Vontilschicht, which is not only not detrimental, but the switching resistance of the series circuit 1 to 7 improved. In FIGS. 2 to 7, the (corresponding to FIG. 3) low potential difference .sub.U.sub.10 causes 10 volts between the electrode films 2; 7 a very small difference in potential between the negative electrode foil 2 formed and the electrolyte boundary layers adjacent to it, whereby disadvantageous cathodic reaction processes and the concomitant impairment of the functional efficiency of the valve layer of the negative electrode foil 2 are avoided. At the positive in the range 2 to 7 positive unformed electrode film 7 occurs at most one of the electrolytic polarization or the reverse voltage of its valve layer corresponding low positive potential through which the valve layer at most nach-

μ « * ' 5,11.1980μ "* '5,11,1980

^ b «. -» - 23 - . 57 581/17^ b «. - »- 23 -. 57 581/17

formiert, aber nicht höherformiert werden kann.formed, but can not be formed higher.

Fig» 6 veranschaulicht die entsprechendem Verhältnisse bei umgekehrter Polarisation, die nach den Ausführungen zu Fig. 5 keiner weiteren Erläuterung bedürfen.Fig. 6 illustrates the corresponding conditions with reverse polarization, which require no further explanation according to the embodiments of FIG. 5.

Fig, 7 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des IVickelauf baus eines erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensators mit zwei Teilkapazitäten, Die formierten Elektrodenfolien 1; 2; 8 sind mit den Stromanschlüssen 3; 4; 9 versehen und werden mit den Abstandhaltern 5; 6 und der unformierten Elektrodenfolie 7 in Pfeilrichtung zusammengewickelt und nach dem Imprägnieren von der dann zwischen ihnen angeordneten unforraierten Elektrodenfolie ganzflächig bedeckt und gegeneinander abgeschirmt und zu Reihenschaltungen "formierte-unformierte~formierte Elektrodenfolie" elektrolytisch integriert. Die Folien 1; 2 haben beispielsweise den gleichen Kapazitätswert, und ihre Anschlüsse ergeben die erste Teilkapazität, Die Folie 8 hat einen anderen Kapazitätswert, und die zweite Teilkapazität steht dann zwischen den Anschlüssen 3; 9 oder 4; 9 zur Verfügung, Bei einem erfindungsgemäßen bipolaren Elektrolyt-Kondensator für Wechselspannungsbetrieb kann die erste Teilkapazität zum Beispiel als Motoranlaßkondensator für aussetzenden Betrieb und die zweite Teilkapazität als Motorbetriebskondensator dienen. Die in letzterem erzeugte Verlustwärme verteilt sich bei dieser Anordnung gleichmäßig im gesamten Kondensatorwickel und kann ohne Überhitzung über diesen und das gemeinsame Kondensatorgehäuse nach außen abgeleitet werden.Fig. 7 shows a schematic representation of an embodiment of the IVickelauf construction of an electrolytic capacitor according to the invention with two partial capacities, the formed electrode films 1; 2; 8 are connected to the power terminals 3; 4; 9 and are provided with the spacers 5; 6 and the unformed electrode film 7 wound together in the arrow direction and after impregnation of the then arranged between them unscrewed electrode film over the entire surface and shielded from each other and electrolytically integrated into series circuits "Formed-unformed ~ formed electrode film". The films 1; 2, for example, have the same capacitance value, and their terminals provide the first sub-capacitance, the foil 8 has a different capacitance value, and the second sub-capacitance then stands between the terminals 3; 9 or 4; In a bipolar electrolytic capacitor for AC operation according to the present invention, the first sub-capacitance may serve as the intermittent operation motor starting capacitor and the second sub-capacity as the motor operating capacitor, for example. The heat loss generated in the latter distributed in this arrangement evenly throughout the capacitor winding and can be derived without overheating on this and the common capacitor housing to the outside.

,9 1 21 & ' 5.11.1980, 9 1 21 & '5.11.1980

* * i * - 24 - 57 581/17* * i * - 24 - 57 581/17

Fig» 8 zeigt eine Ausführungsform des Wickels 10 eines erfindungsgemäß.en Elektrolyt-Kondensators« Die elektrischen Stromanschlüsse 3; 4 führen an formierte Elektrodenfolie 1; 2 (von denen nur die letztere am Wickelende sichtbar ist), die mit Abstandhaltern 5; 6 und der unformierten Elektrodenfolie 7 wie in Fige 2 beschrieben zusammengewickelt und zu einer Reihenschaltung integriert sind. Der imprägnierte Wickel wird in ein nichtgezeigtes geeignetes Gehäuse luftdicht eingeschlossen, und die Stromanschlüsse 3; 4 sind mit entsprechenden äußeren Anschlüssen elektrisch verbunden»FIG. 8 shows an embodiment of the coil 10 of an electrolytic capacitor according to the invention. The electrical current connections 3; 4 lead to formed electrode foil 1; 2 (of which only the latter is visible at the winding end), with spacers 5; 6 and the unformed electrode film 7 as described in Fig e 2 are wound together and integrated into a series circuit. The impregnated coil is hermetically sealed in a suitable housing, not shown, and the power connections 3; 4 are electrically connected to corresponding external terminals »

Die Erfindung sei nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele veranschaulicht^ Für die Beispiele sind bipolare Elektrolyt-Kondensatoren für IVochselspannungsbetrieb gewählt, und zwar reversible Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren, weil technische Schwierigkeiten nach dem Stand der Technik vor allem bei diesen bestehen und die sich aus der Erfindung ergebenden großen technischen und wirtschaftlichen Vorteile vor allem an diesen überzeugend demonstriert werden können,The invention will be illustrated below with reference to two exemplary embodiments. For the examples, bipolar electrolytic capacitors for high voltage operation are selected, namely reversible motor starting electrolytic capacitors, since technical difficulties according to the prior art mainly exist in these and are the result of the invention great technical and economic advantages can be demonstrated convincingly

Beispiel 1example 1

Für einen Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensator 360 /jF 110/140 VQff (Us = -Γ2.140 = 198 V5) wurden zwei auf die Spannung IL· = 150 V = 0,76 U formierte ElektrodenfolienFor a motor starting electrolytic capacitor 360 / jF 110/140 V Qff (U s = -Γ2,140 = 198 V 5 ) two electrode foils were formed on the voltage IL · = 150 V = 0.76 U

IpSIPS

der Abmessung 6*93 cm des Folientyps 2035 mit Stromanschlüssen versehen und entsprechend Fig. 2 mit Abstandhaltern und einer unformierten Elektrodenfolie des Folientyps Kappa 204 zusammengewickelt.6 * 93 cm of the film type 2035 provided with power connections and according to FIG. 2 wound together with spacers and an unformed electrode foil of the film type Kappa 204.

Zum Imprägnieren wurde ein Elektrolyt ausAn electrolyte was used to impregnate

! Ä - * '5.11.1980 ! Ä - * '5.11.1980

2ft <f V 1 is. ZlA*^ - 25 - 57 581/172ft <f V 1 is. ZlA * ^ - 25 - 57 581/17

100 ml Ethylenglykol 70 g Borsäure100 ml of ethylene glycol 70 g of boric acid

20 ml 25prozentigem Ammoniakwasser und 4 g Diammoniumhydrogenphosphat20 ml of 25 percent ammonia water and 4 g of diammonium hydrogen phosphate

gemischt und erhitzt, bis sein spezifischer Widerstand 80 Ohm.cm bei 80 0C betrug.mixed and heated until its resistivity Ohm.cm 80 at 80 0 C was.

Nach dem Imprägnieren wurde äer Kondensatonvickel in ein Gehäuse von 36 mrn Durchmesser und 80 mm Länge luftdicht, eingebaut»After impregnation OCE Kondensatonvickel was sealed in a casing of 36 mrn diameter and 80 mm length, fitted "

Der Folientyp .2035 ist eine hochaufgerauhte Aluminium« Elektrodenfolie des Herstellers ALUMINIUM-WALZWERKE SINGEN, D-7700 Singen am Hohentwiel (BRD), die vor dem Vorformieren durch Kochen in reinstem Wasser mit einer verstärkten Oxidschicht versehen ist« Nach dem Stand der Technik ist dieser Folientyp für die Herstellung hochwertiger Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensatoren bisher ungeeignet 'gewesen.The film type .2035 is a highly roughened aluminum «electrode foil from the manufacturer ALUMINIUM-WALZWERKE SINGEN, D-7700 Singen am Hohentwiel (FRG), which is provided with a reinforced oxide layer by boiling in pure water before it is preformed Film type has hitherto been unsuitable for the production of high-quality motor starting electrolytic capacitors.

Der Folientyp Kappa 204 ist eine aufgerauhte Aluminium-Elektrodenfolie des Herstellers BECROMÄL, 1-20100 Milano (Italia), die als unformierte Elektrodenfolie zur Stromzuführung in polaren Elektrolyt-Kondensatoren hergestellt wird β The film type Kappa 204 is a roughened aluminum electrode foil manufactured by BECROMÄL, 1-20100 Milano (Italia), which is produced as an unformed electrode foil for supplying current to polar electrolytic capacitors β

Durch die erfindungsgemäße im Potentialgefälle zwischen den formierten Elektrodenfolien elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie werden nachteilige kathodische Reaktionsvorgänge und die damit einhergehende Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Ventilschicht der jeweils negativen formierten Elektrodenfolie vermieden«The undeformed electrode foil according to the invention, which is electrically floating freely in the potential gradient between the formed electrode foils, avoids disadvantageous cathodic reaction processes and the concomitant impairment of the functional efficiency of the valve layer of the respectively negatively formed electrode foil.

·· 26 ·"·· 26 · "

5,11,1980 57 581/175,11,1980 57 581/17

Dies ermöglicht die Anwendung an sich ungeeigneter hochaufgerauhter Elektrodenfolien und die Absenkung der Formierspannung U- auf 76 Prozent des Scheitelwertes U derThis allows the use of inappropriate high roughened electrode films and the lowering of the forming voltage U- to 76 percent of the peak value U of

T ST S

Kondensatorspitzenspannung und die damit einhergehenden außerordentlich hohen wirtschaftlichen Vorteile ohne technische Nachteile, wie die folgenden günstigen Ergebnisse dee Schaltversuches bei Spitzenspannung zeigen:Condenser peak voltage and the associated extremely high economic benefits without technical disadvantages, as the following favorable results dee switching experiment at peak voltage show:

Mittelwert von 10 KondensatorenAverage of 10 capacitors C jjFC yyF tan/ % tan / % Anfangsmessunginitial measurement 363363 2,82.8 Nach 30 000 Schaltspielen mit 1,2 see 140 V ff und 1,2 min 0 V1 entsprechend if/ % Einschaltdauer, bei 55 C UmgebungstemperaturAfter 30 000 switching cycles with 1.2 see 140 V ff and 1.2 min 0 V 1 corresponding to i f / % duty cycle, at 55 C ambient temperature 359359 3,23.2

Beispiel 2Example 2

Für einen Motoranlaß-Elektrolyt-Kondensator 80 220/275 Veff (Us = -f2,275 = 389 VQ) wurden zwei auf die Spannung U, = 330 V = 0,85 U formierte ElektrodenfolienFor an engine starting electrolytic capacitor 80 220/275 V rms (U s = -f2,275 = 389 V Q), two to the voltage U = 330 V = 0.85 U-formed electrode foils

1 rt S '1 rt S '

der Abmessung 6.49 cm des Folientyps 2035 mit Stromanschlüssen versehen und wie in Beispiel 1 mit Abstandhaltern und einer unformierten Elektrodenfolie Käppa 204 zusammengewickelt, imprägniert und eingebaut* the dimensions 6.49 cm of the film type 2035 provided with power connections and as in Example 1 with spacers and an unformed electrode film Käppa 204 coiled, impregnated and installed *

Durch die erfindungsgemäße elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie worden auch in diesem Beispiel die kostensenkende Anwendung an sich ungeeigneter hochaufgerauhter Elektrodenfolie mit verstärkter OxidschichtAs a result of the electrically floating unformed electrode foil according to the invention, the cost-reducing application of unsuitable, highly roughened electrode foil with reinforced oxide layer was also made in this example

5.11.1980 57 581/175.11.1980 57 581/17

(mit einer Energieersparnis beim Vorformieren von ca, 50 %) sowie eine Absenkung der Formierspannung (die in diesem Beispiel mindestens 19 % gegenüber dem Stand der Technik beträgt) ermöglicht und die nach dem Stand der'Technik bisher unvermeidliche Deformation einerseits und die kathodische Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Ventilschichten andererseits vermieden, wie die folgenden günstigen Ergebnisse des Schaltversuches bei 85 % der Spitzenspannung eindrucksvoll vor Augen führen:(With an energy savings in the preforming of ca, 50 %) and a lowering of the forming voltage (which in this example is at least 19 % compared to the prior art) and allows the state of the art previously unavoidable deformation on the one hand and the cathodic impairment of Functioning of the valve layers on the other hand avoided, as the following favorable results of the switching experiment at 85 % of the peak voltage impressively in mind:

Mittelwert von 25 KondensatorenAverage of 25 capacitors C /jFC / jF tan/" % tan / " % Anfangsmessunginitial measurement 80,780.7 2,82.8 Nach 30 000 Schaltspielan mit i,2 see 234 V ff und lf2 min O V, entsprechend lt/ % Einschaltdauer, bei 55 C UmgebungstemperaturAfter 30 000 switching times with i, 2 see 234 V ff and 1 f 2 min OV, corresponding to l t /% duty cycle, at 55 C ambient temperature 78,878.8 3,03.0

Die Herstellung eines Kondensatorwickels nach diesem Beispiel ergab durch Verwendung hochaufgerauhter Elektrodenfolie mit verstärkter Oxidschicht und durch Absenken der Formierspannung trotz des Mehraufwandes der zusätzlichen unformierten Elektrodenfolie gegenüber einem Kondensatorwickel nach dem Stand der Technik eine Kostensenkung von 63 /o.The fabrication of a capacitor winding of this example resulted in a cost reduction of 63 / o by using high roughened electrode film with reinforced oxide layer and lowering the forming voltage despite the overhead of the additional unformed electrode film over a prior art capacitor winding.

Claims (9)

22 1 21 & .5.11.198022 1 21 & .5.11.1980 £. «& % & ι ·» - 28 - 57 531/17 £. «& % & Ι ·» - 28 - 57 531/17 Erf in du n.q s a η sprue hr I n d a n d sa η sprue h r le Bipolarer Elektrolyt-Kondensator mit mindestens zwei mit elektrischen Stromanschlüssen versehenen formierten Elektrodenfolien, gekennzeichnet durch mindestens eine zwischen den formierten Elektrodenfolien angeordnete und diese ganzflächig bedeckende und gegeneinander abschirmende und elektrolytisch zu einer Reihenschaltung 11 formierte-un formierte« formierte Elektroden folie" integrierende und im Potentialgofalle zwischen den formierten Elektrodenfolien elektrisch freischwebende unformierte Elektrodenfolie# l e Bipolar electrolytic capacitor with at least two provided with electrical power connections formed electrode films, characterized by at least one arranged between the formed electrode foils and this over the entire area covering and against each other shielding and electrolytically formed into a series circuit 11 un-formed «formed electrodes foil 'integrating and im Potential gap between the formed electrode foils electrically floating unformed electrode foil # 2# Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die spezifische Kapazität C1 der unformier-2 # electrolytic capacitor according to item 1, characterized in that the specific capacitance C 1 of the non-forming ten Elektrodenfolie mit dem Scheitelwert U der Kon-electrode foil with the peak value U of the densator-Spitzenspannung und den spezifischen Kapazitäten C d
U ,C
capacitor peak voltage and the specific capacitances C d
U, C
C der formierten Elektrodenfolien durch die BedingungC of the formed electrode films by the condition 10 Volt verknüpft ist.10 volts is linked.
3, Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unformierte Elektrodenfolie aus schwer formierbarem Material mit einem Gehalt von weniger als 99,9 Prozent, vorzugsweise von weniger als 99,5 Prozent, Ventilmetall besteht«3, electrolytic capacitor according to item 1, characterized in that the unformed electrode foil consists of difficult-to-formulate material with a content of less than 99.9 percent, preferably less than 99.5 percent, valve metal. « 4» Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unformierte Elektrodenfolie breiter ist als die formierten Elektrodenfolien.4 »electrolytic capacitor according to item 1, characterized in that the unformed electrode film is wider than the formed electrode films. 5» Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die unformierte Elektrodenfolie keinen elektrischen Stromanschluß aufweist,'5 »electrolytic capacitor according to item 1, characterized in that the unformed electrode foil has no electrical power connection, ' 5.11.1980 - 29 - 57 581/175.11.1980 - 29 - 57 581/17 6» Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet durch drei mit elektrischen Stromanschlüssen versehene formierte Elektrodenfolien und eine unformierte Elektrodenfolie ohne elektrischen Stromanschluß.6 »Electrolytic capacitor according to item 1, characterized by three formed electrode foils provided with electrical power connections and an unformed electrode foil without electrical power connection. 7« Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in mindestens einer Poladßationsrichtung die Formierspannung Urder formierten Elektrodenfolie, bezogen auf den Scheitelwert U der Kondensator-Spitzenspannung, einen Wert U, /L 1,05 U , vorzugsweise einen7 «electrolytic capacitor according to item 1, characterized in that in at least one Poladßationsrichtung the forming voltage Urder formed electrode film, based on the peak value U of the capacitor peak voltage, a value U, / L 1.05 U, preferably a r sr s Wert im Bereich 0.5 U ^ U, <£ U , aufweist»Value in the range 0.5 U ^ U, <£ U, has » 8, Elektrolyt-Kondensator nach Punkt 7 und in semipolarer Ausführung mit den Scheitelwerten U1 und U 2 °"ΘΓ Kondensator-Spitzenspannungen, gekennzeichnet durch die Formierspannungen Ur1 < 1,05 U * und Uf2 ^ 1,05 U 2 der formierten Elektrodenfolien«8, electrolytic capacitor according to item 7 and in semipolar design with the peak values U 1 and U 2 ° " ΘΓ capacitor peak voltages , characterized by the forming voltages Ur 1 < 1.05 U * and U f2 ^ 1.05 U 2 of the formed electrode foils " 8 fs8 fs "9* Elektrolyt-Kondensator nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß auf mindestens einer der formierten Elektrodenfolien vor dem Vorformieren in an sich bekannter Weise durch Kochen in reinstem Wasser oder in anderer Weise eine verstärkte Oxidschicht aufgebracht ist."9 * electrolytic capacitor according to one of the items 1 to 8, characterized in that on at least one of the formed electrode films prior to the preforming in a conventional manner by boiling in ultrapure water or otherwise a reinforced oxide layer is applied. Hierms 1 Seite ZeichnungenHierms 1 page drawings
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