DE10003261A1 - Aluminium-Elektrolyt-Kondensator - Google Patents
Aluminium-Elektrolyt-KondensatorInfo
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Abstract
Ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator enthält ein Anodenblech aus Aluminium, ein Kathodenblech aus Aluminium und Trennschichten, die so angeordnet sind, daß sie entweder mit dem Anodenblech oder dem Kathodenblech eine Sandwich-Struktur bilden. Anoden-Leiterstreifen aus Aluminium sind mit dem Anodenblech durch Nadelung oder Schweißung verbunden und Kathoden-Leiterstreifen aus Aluminiumblech sind mit dem Kathodenblech ebenfalls durch Nadelung oder Schweißung verbunden. Die Oberfläche jedes der die Trennschicht berührenden Kathoden-Leiterstreifens ist aufgerauht. Alternativ kann ein dünnes Aluminiumblatt vorgesehen sein, welches über jedem der eine glatte Oberfläche aufweisenden Kathoden-Leiterstreifen liegt und an seiner die Trennschicht berührenden Oberfläche aufgerauht ist (Fig. 4).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Aluminium-Elektrolyt-
Kondensator mit einer Anode und einer Kathode, die aus Alumi
niumfolie gebildet sind.
Nach dem Stande der Technik sind viele Aluminium-Elektrolyt-
Kondensatoren generell folgendermaßen aufgebaut: Gemäß Fig. 1
enthält ein Kondensator ein Kondensatorelement 2 mit einer Anode
14, die Aluminium-Anoden-Leiterstreifen 12 und ein damit verbun
denes Aluminium-Anodenblech 11 aufweist. Das Anodenblech 11
besteht aus Aluminiumfolie. Jeder Anoden-Leiterstreifen 12 hat
eine glatte Oberfläche, und das Aluminiumblech 11 hat eine auf
gerauhte Oberfläche, auf der ein Anodisierungsfilm gebildet ist.
Jeder Aluminium-Anoden-Leiterstreifen 12 ist mit dem Aluminium-
Anodenblech 11 durch Verschweißung an geeigneten Stellen 13
verbunden. Alternativ können die Streifen 12 und das Anodenblech
11 auch durch Nadelung des Stapels aus den Streifen 12 und dem
Anodenblech 11 und Umbiegen und Pressen der dabei entstehenden
Zacken gegen die entgegengesetzte Stapelseite miteinander ver
bunden werden. (Diese Technik wird nachfolgend als Nadelung
bezeichnet.) Ferner hat das Kondensatorelement 2 eine Kathode 24
aus Aluminium-Kathoden-Leiterstreifen 22 und einem mit diesen
verbundenen Aluminium-Kathodenblech 21. Das Kathodenblech 21
besteht ebenfalls aus Aluminiumfolie. Jeder Streifen 22 hat eine
glatte Oberfläche, und das Aluminium-Kathodenblech 21 hat eine
aufgerauhte Oberfläche. Jeder Aluminium-Kathoden-Leiterstreifen
22 ist mit dem Aluminiumblech durch Nadelung oder Verschweißung
an geeigneten Stellen 23 verbunden. Die Anode 14 und die Kathode
24 werden zu einer Zylinderform zusammengerollt, wobei Trenn
folien 1 entweder mit der Anode 14 oder der Kathode 24 eine
Sandwich-Struktur bilden. Der Wickel wird dann mit einer Elek
trolytlösung imprägniert, und dabei wird das Kondensatorelement
2 gebildet.
Gemäß Fig. 2 wird das Kondensatorelement 2 in einem zylindri
schen Aluminiumgehäuse 3 eingekapselt. Das Gehäuse 3 hat eine
Öffnung, die mittels einer Abdichtstruktur 6 hermetisch abge
schlossen wird, welche eine Scheibe 4 aus Kunstharz und eine auf
diese angeordnete Gummischeibe 5 enthält. Die Abdichtstruktur 6
hat ein Überdruckventil 7 aus einer durch die Kunstharzscheibe 4
geformten Öffnung und einem aus der Gummischeibe 5 gebildeten
verdünnten Abschnitt. Durch die Abdichtstruktur 6 ragen Metall
anschlüsse 10 und 12. Die aus dem Kondensatorelement 2 heraus
ragenden Anoden-Leiterstreifen 12 werden innerhalb des Gehäuses
3 miteinander und mit dem Anschluß 10 verbunden, und die Katho
denanschlußstreifen werden ebenfalls innerhalb des Gehäuses 3
miteinander und mit dem Anschluß 20 verbunden. Der untere Teil
des Kondensatorelementes 2 ist mit einem Befestigungsmaterial 8
an der Innenfläche des Gehäuses 3 befestigt.
Es sei nun Fig. 6a betrachtet, wonach die Anode 14 des oben
beschriebenen Kondensators nach dem Stande der Technik das Alu
minium-Anodenblech 11 mit relativ dicken anodischen Oxidfilmen
31 auf seinen gegenüberliegenden Flächen aufweist, die aus der
elektrolytischen Behandlung bei Zuführung einer über der Konden
sator-Nennspannung liegenden Hochspannung entstehen. Das Alumi
nium-Kathodenblech 21 der Kathode 24 hat auf seinen gegenüber
liegenden Flächen dünne Oxidfilme 32, die bei spontaner Oxidati
on des Bleches 21 oder durch Elektrolyse bei einer geringen
Spannung von wenigen Volt entstehen. Die Aluminiumbleche für die
Anoden-Leiterstreifen 12 und die Kathoden-Leiterstreifen 22
haben eine Dicke von etwa 200 µm. Die Oberflächen der Anoden-
und Kathoden-Leiterstreifen 11 und 12 sind nicht, etwa durch
Ätzen, aufgerauht. Die Oberflächen jedes Anoden-Leiterstreifens
12 sind mit einem elektrochemisch gebildeten Oxidfilm überzogen,
während die Oberflächen jedes Kathoden-Leiterstreifens 22 mit
einem durch spontane Oxidation gebildeten Oxidfilm überzogen
sind.
Der oben beschriebene Elektrolyt-Kondensator wird folgendermaßen
aufgeladen und entladen. Wie Fig. 6a zeigt, kann die elektrosta
tische Kapazität des Elektrolyt-Kondensators als Reihenschaltung
von Kapazitäten betrachtet werden, die zwischen dem Anodenblech
11, der mit Elektrolytlösung imprägnierten Trennfolie mit dem
dazwischenliegenden Oxidfilm 31 und der Kapazität zwischen dem
Aluminium-Kathodenblech 21 und der Trennfolie 1 mit dem dazwi
schenliegenden Oxidfilm 32 gebildet werden. Da der Oxidfilm 32
gegenüber dem Oxidfilm 31 sehr dünn ist, sollte die zum Oxidfilm
32 gehörige Kapazität wesentlich größer als die zum Oxidfilm 31
gehörige Kapazität sein. Andererseits geht mit dem Oxidfilm 32
ein sehr großer Leckstrom einher. Wenn also eine Spannung V
zwischen Anodenblech und Kathodenblech 21 gemäß Fig. 6a angelegt
wird, dann ist die Spannung Va über dem Oxidfilm 31 größer als
die Spannung Vc über dem Oxidfilm 32. Die scheinbare Kapazität
pro Flächeneinheit der zum Oxidfilm 31 gehörigen Kapazität wird
mit Ca (µF/cm2) angegeben, und die scheinbare Kapazität pro
Flächeneinheit der zum Oxidfilm 32 gehörigen Kapazität mit Cc
(µF/cm2). Die in diesen Kapazitäten gespeicherten Ladungen sind
Qa bzw. Qc.
Wenn die beiden Anschlüsse des oben beschriebenen Elektrolyt-
Kondensators nach Aufladung auf die Spannung V zusammengeschlos
sen werden, dann sind die beiden Kapazitäten Ca und Cc parallel
geschaltet, wie dies Fig. 6b zeigt, so daß die Spannung zwischen
den beiden Anschlüssen wegen der Entladung der Ladung auf dem
kleineren Kondensator Cc zu Vc' wird und die Ladung Qa - Qc
übrigbleibt. Da die Gesamtkapazität Ca + Cc ist und die gespei
cherte Ladung Qa - Qc ist, läßt sich die verbleibende Spannung
Vc' durch die folgende Gleichung (1) ausdrücken.
Wenn die an dem Kathodenoxidfilm 32 während der Entladung auf
tretende Spannung übermäßig groß ist, dann kann auf dem Katho
denblech 21 ein Oxidfilm weiterwachsen, und dabei können im
Kondensatorgehäuse 3 unerwünschte Effekte, wie die Entstehung
von Gas, auftreten. Dann muß die verbleibende Spannung Vc', wie
sie in Gleichung (1) angegeben ist, gleich oder kleiner als die
maximale Spannung V' sein, die am Kathodenoxidfilm 32 liegen
kann, ohne daß während der Entladung ein zusätzlicher Oxidfilm
wächst. Mit anderen Worten muß während der Entladung der durch
die folgende Gleichung (2) ausgedrückte Zustand erfüllt werden:
Da Va = V - Vc ist, läßt sich aus Gleichung (2) die folgende
Gleichung (3) ableiten:
Eine wellige Kurvenform, die beim Gleichrichten einer Wechsel
spannung auftritt, und eine rechteckige Lade- und Entladespan
nungsform enthalten Teile, in denen die Spannung schnell vom
Maximalwert auf den Minimalwert in kurzen Zeitintervallen wech
selt. Trifft der in Gleichung (3) ausgedrückte Zustand zu, dann
wächst kein Oxidfilm auf dem Kathodenblech 21, wenn an ihm sol
che sich schnell ändernde Ströme oder Spannungen liegen. Im
Stande der Technik hat man sich hauptsächlich bemüht, zur Ver
besserung der Unempfindlichkeit eines Elektrolyt-Kondensators
gegen Welligkeit und Auf- und Entladung die durch Gleichung (3)
ausgedrückten Zustand zu erfüllen. So hat man beispielsweise ein
Kathodenblech mit einer großen Kapazität pro Flächeneinheit oder
ein Blech mit einem absichtlich vorgeformten zusätzlichen Oxid
film mit hoher Spannungsfestigkeit benutzt. Der Ausdruck "Wel
ligkeitsunempfindlichkeit" wird in dieser Beschreibung zur Be
zeichnung einer Eigenschaft eines Bleches aus beispielsweise
Aluminium benutzt, daß nämlich ein Oxidfilm auf dem Blech nicht
oder kaum wächst, wenn ihm ein welliger Strom oberhalb einer
zulässigen Größe zugeführt wird. Der Ausdruck "Lade- und Entla
deunempfindlichkeit" wird in dieser Beschreibung als Maß für das
Nichtwachsen eines Oxidfilms beim Auftreten einer großen Span
nungsdifferenz zwischen Aufladung und Entladung eines Kondensa
tors benutzt.
Für die Verbesserung der Unempfindlichkeit eines Elektrolyt-
Kondensators gegen Welligkeit sowie Auf- und Entladung besteht
beim Stande der Technik eine Grenze. Die Erfinder haben Versuche
mit Elektrolyt-Kondensatoren angestellt, die als genügend un
empfindlich gegen Welligkeit sowie Auf- und Entladung angesehen
wurden. Sie haben solche Elektrolyt-Kondensatoren in Schaltungen
untersucht, in welchen ihnen wellige Ströme mit über der zuläs
sigen Grenze liegender Amplitude zugeführt wurden, und sie haben
auch Elektrolyt-Kondensatoren in Schaltungen untersucht, bei
denen die Differenz zwischen der Spannung, auf welche die Kon
densatoren aufgeladen wurden, und der Spannung, auf welche sie
entladen wurden, groß ist. Sie haben dabei gefunden, daß es bei
solchen Kondensatoren, die ideale oder fast ideale Kathodenble
che 21 verwenden, eine Filmbildungsreaktion auf den Kathoden-
Leiterstreifen 22 und den benachbarten Bereichen des Kathoden
bleches auftritt, aufgrund deren Gas im Kondensator entsteht,
das wegen des Druckanstiegs im Kondensator zu einem unerwünsch
ten Öffnen des Überdruckventils 7 geführt hat.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines
Elektrolyt-Kondensators mit verbesserter Auf/Entladeunempfind
lichkeit und Welligkeitsunempfindlichkeit gegen Auf- und Entla
dung und gegen das Leiten von welligem Strom, aufgrund eines
Aufbaus, der die Erzeugung eines Oxidfilms auf der Kathodenseite
während der Entladung des Kondensators verhindern kann.
Aufgrund der oben geschilderten Versuche haben die Erfinder den
Schluß gezogen, daß der Grund für das Entstehen von Oxidfilmen
auf Teilen des Kathodenbleches in der Nähe der Kathoden-Leiter
streifen eines in den oben genannten Schaltungstypen verwendeten
Kondensators darin besteht, daß wegen der niedrigen scheinbaren
Kapazität pro Flächeneinheit bei bekannten Kathoden-Leiterstrei
fen bei diesen Streifen und ihrer Umgebung eine hohe Spannung
auftritt, wenn ein Entladestrom durch die Kathoden-Leiterstrei
fen fließt.
Gemäß der Erfindung werden die Oberflächen der Kathoden-Leiter
streifen aufgerauht. Alternativ können Aluminium-Folienstücke
mit aufgerauhter Oberfläche über den Kathoden-Leiterstreifen
vorgesehen werden. (Im vorliegenden werden solche Stücke aus
Aluminiumfolie, welche über den Kathoden-Leiterstreifen liegen,
in der Regel als "Auflage-Aluminiumblatt" bezeichnet.) Die auf
gerauhten Oberflächen ergeben eine erhöhte elektrostatische
Kapazität pro Flächeneinheit für den Anschlußbereich. Mindestens
dieser Bereich jedes Kathoden-Leiterstreifens oder Auflage-
Aluminiumblattes, welcher eine Trennfolie berührt, muß vorher
aufgerauht werden.
Ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator verwendet Aluminiumfolie
als Kathodenblech. Aluminiumfolie hat auf ihrer Oberfläche einen
Oxidfilm, der durch eine Reaktion von Aluminium mit Wasser in
der Luft oder in einer Elektrolytlösung gebildet wird. Ein sol
cher Oxidfilm kann eine Spannung in der Größenordnung von 1,0 V
aushalten. Benutzt man Aluminiumfolie als Kathodenblech, dann
kann sie durch Zuführung einer niedrigen Spannung von einigen
Volt oder wenige elektrochemisch behandelt werden, so daß ein
Oxidfilm ansteht, der eine Spannung von einigen Volt aushält.
Solche Aluminiumfolie zeigt aufgrund des Oxidfilms eine elek
trostatische Kapazität. Diese elektrostatische Kapazität kann
durch Aufrauhen der Oberfläche der Aluminiumfolie auf das fünf-
bis fünfzigfache vergrößert werden. Wird ein Kathoden-Leiter
streifen mit einer glatten Oberfläche mit dem aufgerauhten
Kathodenblech zusammengestapelt, dann beträgt die Kapazität pro
Flächeneinheit, welche der glatte Kathoden-Leiterstreifen zeigt,
nur das 0,2- bis 0,02-fache der Kapazität pro Flächeneinheit,
welche das aufgerauhte Kathodenblech zeigt.
Wenn ein welliger Strom mit einer Größe weit oberhalb der zuläs
sigen Größe dann einem Elektrolyt-Kondensator mit einem solchen
Kathodenblech und solchen Kathoden-Leiterstreifen zugeführt
wird, oder wird der Kondensator mit einer hohen Spannungsdiffe
renz zwischen aufgeladenem und entladenem Zustand auf- und ent
laden, dann kann eine hohe Spannung an die Kathoden-Leiter
streifen und die diesen benachbarten Teile des Kathodenbleches
angelegt werden, wobei eine Reaktion auftritt, die einen Oxid
film wachsen läßt, wobei wiederum Gas erzeugt wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Oberfläche jedes Kathoden-Leiter
streifens, der, wie oben beschrieben, an einem Kathodenblech
liegt, auf dem sich ein Oxidfilm befindet, aufgerauht, und damit
wird die Kapazität pro Flächeneinheit, welche der Leiterstreifen
zeigt, vergrößert. Alternativ kann jeder Kathoden-Leiterstrei
fen, der sich am Kathodenblech mit einem Kathodenfilm befindet,
mit einem Auflage-Aluminiumblatt bedeckt werden, das aus Alumi
niumfolie mit einer aufgerauhten Außenfläche gebildet ist. Damit
läßt sich vorteilhafterweise verhindern, daß die Kathoden-
Leiterstreifen oder die Auflage-Aluminiumblätter samt den be
nachbarten Teilen des Kathodenbleches mit einer hohen Spannung
beaufschlagt werden, welche auf ihrer Oberfläche eine Oxidfilm
bildungsreaktion verursachen würden. Um einen solchen Vorteil
noch sicherer zu erreichen, wird die Oberfläche jedes Kathoden-
Leiterstreifens oder Auflage-Aluminiumblattes vorzugsweise so
weit aufgerauht, daß man eine Kapazität pro Flächeneinheit er
hält, die mindestens 0,3 mal so groß wie diejenige des Kathoden
bleches ist.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bekannten
Kondensatorelementes mit teilweise aufgerollter Anode,
Kathode und Trennfolie;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Elektrolyt-Konden
sator mit dem Element nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der Fig. 1,
welche den Aufbau eines Elektrolyt-Kondensators nach
einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei welcher
die Oberflächen der Kathoden-Leiterstreifen aufgerauht
sind;
Fig. 4 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 1 des Aufbaus eines
Elektrolyt-Kondensators gemäß einer anderen Ausführungs
form der Erfindung, bei welcher ein dünnes Aluminium
blech mit aufgerauhter Oberfläche über einer Oberfläche
jedes Kathoden-Leiterstreifens liegt;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Elektrolyt-
Kondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung, die ähnlich der nach Fig. 4 ist, bei welcher
jedoch das Kathodenblech, die Kathoden-Leiterstreifen
und die Auflage-Aluminiumblätter anders als bei Fig. 4
angeschlossen sind;
Fig. 6a und 6b dienen der Erläuterung des grundsätzlichen Be
triebsverhaltens eines Elektrolyt-Kondensators generell,
wobei Fig. 6a schematisch einen Teil der Grundstruktur
eines Elektrolyt-Kondensators zeigt und Fig. 6b ein
Schaltbild des in Fig. 6a gezeigten Teils während der
Entladung;
Fig. 7 zeigt eine Tabelle des Betriebsverhaltens eines Elektro
lyt-Kondensators gemäß der Erfindung im Vergleich zu be
kannten Elektrolyt-Kondensatoren.
In den Zeichnungen sind die gleichen Bezugsziffern zur Bezeich
nung der gleichen oder ähnlichen Komponenten oder Funktionen
verwendet.
Gemäß der Erfindung kann eine Kathodenanschlußstruktur ein
Kathodenblech und bei diesem angeordnete und mit ihm verbundene
Kathoden-Leiterstreifen umfassen. Alternativ kann eine Kathoden
anschlußstruktur ein Kathodenblech und auf diesem angeordnete
Kathoden-Leiterstreifen sowie aus Aluminiumfolie bestehende
Aluminiumblätter aufweisen, die jeweils über den Kathoden-
Leiterstreifen liegen. Im erstgenannten Fall sind die Kathoden-
Leiterstreifen mit dem Kathodenblech durch Nadelung oder Ver
schweißen verbunden, und mindestens diejenige Oberfläche jedes
Leiterstreifens, die mit einer Trennfolie in Kontakt stehen
soll, ist vorher aufgerauht worden. Im letztgenannten Fall kön
nen die Kathoden-Leiterstreifen und die Auflage-Aluminumblätter
separat mit dem Kathodenblech durch Nadelung oder Schweißen
verbunden sein, oder die Kathoden-Leiterstreifen und die Auf
lage-Aluminiumblätter können mit dem Kathodenblech übereinander
gestapelt und dann zusammengenadelt oder geschweißt sein. Im
letzten Fall sind zumindest die Oberflächen der jeweiligen Auf
lage-Aluminiumblätter, die im Kontakt mit der Trennfolie stehen,
vorher aufgerauht worden.
Ein Elektrolyt-Kondensatorelement 2, welches gemäß einer Aus
führung der Erfindung hergestellt worden ist, ist in Fig. 3
gezeigt. Das Kondensatorelement 2 enthält eine Anode 14 und eine
Kathode 24, die mit zwei zwischen benachbarten Oberflächen der
Anode 14 und der Kathode 24 gelegte Trennfolien 1 zusammenge
rollt sind. Der Wickel wurde mit einer organischen sauren Elek
trolytlösung imprägniert.
Die Anode 14 enthielt ein Anodenblech 11 mit aufgerauhten Ober
flächen. Das Anodenblech 11 hatte eine Spannungsfestigkeit von
520 V und wies eine Kapazität von 0,5 (µF/cm2) pro Flächenein
heit auf. Die Anode enthielt ferner Anoden-Leiterstreifen 12 aus
dünnem Aluminiumblech mit einer aufgerauhten Oberfläche. Jeder
der Anoden-Leiterstreifen 12 war mit dem Anodenblech 11 durch
beispielsweise Nadelung an Stellen 13 verbunden.
Die Kathode 24 enthielt ein Kathodenblech 21 mit aufgerauhten
Oberflächen. Auf jeder Seite des Kathodenblechs 21 war ein Oxid
film ausgebildet, der eine Spannungsfestigkeit von 1,0 V und
eine Kapazität pro Flächeneinheit von 50 µF/cm2 hatte. Die Ka
thode 24 enthielt ferner Kathoden-Leiterstreifen 25 aus dünnem
Aluminiumblech auf beiden Seiten des Kathodenbleches. Die Außen
fläche jedes Kathoden-Leiterstreifens war aufgerauht. Die aufge
rauhten Oberflächen hatten eine Spannungsfestigkeit von 1,0 V
und eine Kapazität pro Flächeneinheit von 15 µF/cm2. Jeder der
Kathoden-Leiterstreifen 25 war mit dem Kathodenblech 21 durch
Nadelung an Stellen 23 verbunden.
Das Kondensatorelement 2 war in einem Aluminiumgehäuse wie dem
Gehäuse 3 gemäß Fig. 2 eingeschlossen, und man erhielt einen
Elektrolyt-Kondensator mit einer Betriebsspannung von 400 V und
einer Kapazität von 1500 µF mit einem Durchmesser von 50 mm und
einer Höhe von 100 mm.
Wie Fig. 4 zeigt, waren Kathoden-Leiterstreifen 30 jeweils in
Form eines dünnen Bleches mit glatten Oberflächen auf dem aufge
rauhten Kathodenblech 21 angeordnet. Ein Stück Aluminiumfolie
(Auflage-Aluminiumblatt) 26 lag auf jedem Kathoden-Leiterstrei
fen 30. Jedes Auflage-Aluminiumblatt 26 war auf seiner Außenflä
che aufgerauht. Das Kathodenblech 21, die Kathoden-Leiterstrei
fen 30 und die Auflage-Aluminiumblätter 26 waren durch Nadelung
an Stellen 27 miteinander verbunden, so daß sich eine Kathode 24
ergab.
Wie die Tabelle der Fig. 7 zeigt, sind die Beispiele 2 bis 5
gleich mit Ausnahme der Kapazität pro Flächeneinheit an den
Oberflächen der Auflage-Aluminiumblätter 26. Die Strukturen der
übrigen Teile waren die gleichen wie beim Kondensatorelement
gemäß Fig. 3.
Die Spannungsfestigkeit eines Aluminiumblechs und seine Kapazi
tät pro Flächeneinheit lassen sich durch elektrolytische Behand
lung verändern. Bei den Beispielen 6 und 7 wurden auf Auflage-
Aluminiumblätter 26 verwendet, deren Außenflächen in gleichem
Maß aufgerauht waren, wie im Beispiel 4, so daß sie eine Kapazi
tät pro Flächeneinheit von 50 µF/cm2 aufwiesen. Die aufgerauhten
Auflage-Aluminiumblätter 26 waren elektrolytisch behandelt wor
den, um ihre Spannungsfestigkeit und Kapazität pro Flächenein
heit auf die Werte zu bringen, welche die Tabelle in Fig. 7
ausweist. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei den Beispie
len 2 bis 5.
Wie Fig. 5 zeigt, waren die Aluminium-Kathoden-Leiterstreifen 30
auf einem Aluminium-Kathodenblech 21 angeordnet und mit diesem
durch Nadelung an Stellen 28 verbunden. Ein dünnes Aluminium
blatt 26 mit einer aufgerauhten Außenoberfläche war so angeord
net, daß es über jedem der Kathoden-Leiterstreifen 30 lag, und
war mit dem Kathodenblech 21 durch Nadelung an Stellen 29 ver
bunden, welche andere als die Stellen 28 waren. Dies bildete
eine Kathode 24. Der übrige Aufbau war der gleiche wie bei den
Beispielen 2 bis 7.
Ein Elektrolyt-Kondensator nach dem Stande der Technik wurde zum
Zwecke des Vergleichens mit nach der Erfindung hergestellten
Kondensatoren fabriziert. Der Kondensator des Vergleichsbei
spiels 1 war in gleicher Weise wie nach Beispiel 1 hergestellt.
Die Oberflächen der Kathoden-Leiterstreifen 22 waren glatt und
auf ihnen war durch spontane Oxidation ein Oxidfilm ausgebildet.
Der Oxidfilm wies eine Kapazität pro Flächeneinheit von etwa
3 µF/cm2 über sich auf.
Ein Elektrolyt-Kondensator des Vergleichsbeispiels 2 hatte fast
denselben Aufbau wie der Kondensator nach Beispiel 1 mit Ausnah
me weniger stark aufgerauhter Kathoden-Leiterstreifen 22.
Elektrolyt-Kondensatoren der Vergleichsbeispiele 3 und 4 hatten
fast denselben Aufbau wie die Kondensatoren nach den Beispielen
2 bis 5, jedoch waren ihre Aluminiumblätter 26, welche über den
Kathoden-Leiterstreifen 30 lagen, weniger stark aufgerauht als
die Aluminiumblätter 26 nach den Beispielen 2 bis 5.
Dreißig Elektrolyt-Kondensatoren, die jeweils nach den Beispie
len 1 bis 13 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 hergestellt
worden waren, wurden getestet, indem sie bis zu zehn Millionen
(10.000.000 Lade- und Entladezyklen ausgesetzt wurden. In jedem
Zyklus wurden die Kondensatoren durch Zuführung einer Gleich
spannung von 400 V über einen Ladewiderstand von 20 Ω eine
Sekunde lang aufgeladen und dann über einen Entladewiderstand
von 2 kΩ eine Sekunde lang entladen. Der Test diente der Bestim
mung der Anzahl fehlerhafter Kondensatoren, bei welcher explo
sionsverhindernde Ventile im Test angesprochen hatten. Das
Testergebnis zeigt die Tabelle nach Fig. 7.
Wie man aus der Tabelle der Fig. 7 sieht, haben alle erfindungs
gemäßen Elektrolyt-Kondensatoren den Test durchlaufen. Im Gegen
satz dazu hat keiner der nach dem Stande der Technik hergestell
ten Elektrolyt-Kondensatoren des Vergleichsbeispiels 1 den Test
erfolgreich überstanden. Weiterhin hat ein Teil der Elektrolyt-
Kondensatoren nach dem Vergleichsbeispiel 2, die unzureichend
aufgerauhte Elektroden-Leiterstreifen hatten, und ein Teil der
Elektrolyt-Kondensatoren nach den Vergleichsbeispielen 3 und 4,
welche unzureichend aufgerauhte Auflager-Aluminiumblätter hat
ten, den Test nicht bestanden. Man sieht auch, daß die Oberflä
chen der Kathoden-Leiterstreifen oder die Oberflächen der Alumi
niumblätter, welche über den Kathoden-Leiterstreifen liegen,
vorzugsweise in einem solchen Aufmaß aufgerauht werden sollten,
daß die Kapazität pro Flächeneinheit, welche die Oberflächen
oxidfilme auf den Streifen oder die Auflage-Aluminiumblätter
zeigen, mehr als 0,3 mal so groß wie die Kapazität pro Flächen
einheit ist, welche das Kathodenblech aufweist.
Wie oben beschrieben, enthalten die Elektrolyt-Kondensatoren
gemäß der Erfindung Kathoden-Leiterstreifen, deren die Trenn
folie berührende Oberflächen aufgerauht sind, oder Kathoden-
Leiterstreifen, deren Oberflächen mit einer Aluminiumfolie be
deckt sind, welche mindestens an ihrer die Trennfolie berühren
den Oberfläche aufgerauht sind. Bei dieser Anordnung tritt keine
von Gaserzeugung begleitete elektrolytische Reaktion in den
Elektrolyt-Kondensatoren auf, welche zum Ansprechen des Explo
sionsschutzventils führen würde, selbst wenn starkwelliger Strom
fließt oder die Differenz zwischen Lade- und Entladespannungen
groß ist.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wird zwar die Schicht
aus Kathode, Anode, Trennfolie sowie Anoden- und Kathoden-Lei
terstreifen in Zylinderform aufgerollt, jedoch kann sie auch
ohne gerollt zu werden, verwendet werden.
Claims (8)
1. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit
- - einer Anode mit einem Anodenblech aus Aluminium, das eine aufgerauhte Oberfläche mit einem durch anodische Oxidation auf ihr gebildeten Oxidfilm aufweist und mit einem auf der aufgerauhten Oberfläche des Anodenbleches angeordneten Anodenanschlußabschnitt, und
- - einer Kathode mit einem Kathodenblech aus Aluminium mit einer aufgerauhten Oberfläche, auf der spontan oder elektrochemisch ein Oxidfilm gebildet ist, und einem auf der aufgerauhten Oberfläche des Kathodenbleches angeord neten Kathodenanschlußabschnitt,
- - wobei die Anode und die Kathode mit einem zwischen ihnen angeordneten Trennelement aufeinandergeschichtet sind und die Schichtung mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert ist,
2. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1,
bei welchem die Schichtung mit einem auf einer ihrer Oberflä
chen angeordneten zusätzlichen Trennelement aufgerollt ist.
3. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welchem ein aus Aluminiumblech oder -folie gebil
deten Kathoden-Leiterstreifen auf dem Kathodenblech liegend
angeordnet und elektrisch und mechanisch mit ihm verbunden
ist und bei welchem der Kathoden-Anschlußabschnitt mindestens
den Teil des Kathoden-Leiterstreifens umfaßt, der über dem
Kathodenblech liegt.
4. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welchem eine Schicht aus einem aus Aluminiumblech
geformten Kathoden-Leiterstreifen und einem über diesem
Streifen liegenden Aluminiumblatt elektrisch und mechanisch
mit dem Kathodenblech verbunden ist und bei welchem der
Kathodenanschlußabschnitt einen Teil des über dem Kathoden
blech liegenden Kathoden-Leiterstreifens und das darüberlie
gende Aluminiumblatt umfaßt.
5. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welcher sich auf der aufgerauhten Oberfläche des
Kathodenanschlußabschnittes ein elektrochemisch gebildeter
relativ dünner Oxidfilm befindet.
6. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welchem der Kathodenanschlußabschnitt einen spon
tan oder elektrochemisch ausgebildeten Oxidfilm aufweist und
die zu diesem Oxidfilm gehörige elektrostatische Kapazität
pro Flächeneinheit mehr als 0,3 mal so groß wie elektrostati
sche Kapazität pro Flächeneinheit eines spontan auf der Ober
fläche des Kathodenbleches gebildeten Oxidfilms ist.
7. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welchem der Kathodenanschlußabschnitt einen aus
einem Aluminiumblech gebildeten und mit dem Kathodenblech
durch Nadelung oder Schweißung verbundenen Kathoden-Leiter
streifen und ein über dem dem Kathoden-Leiterstreifen liegen
des Aluminiumblatt, das mit dem Kathodenblech durch Nadelung
oder Schweißung verbunden ist, aufweist.
8. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1
oder 2, bei welchem der Kathodenanschlußabschnitt einen aus
Aluminiumblech gebildeten Kathoden-Leiterstreifen und ein
über diesem liegendes Aluminiumblatt aufweist und der Katho
den-Leiterstreifen und das darüberliegende Aluminiumblatt
miteinander und mit der Kathode durch Nadelung oder Schwei
ßung verbunden sind.
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