DE1108810B

DE1108810B - Elektrolytkondensator mit fluessigem Elektrolyten

Info

Publication number: DE1108810B
Application number: DEST13687A
Authority: DE
Inventors: Manfred Wagner
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1958-04-24
Filing date: 1958-04-24
Publication date: 1961-06-15

Description

Elektrolytkondensator mit flüssigem Elektrolyten Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolytkondensator, der einen flüssigen, sauer oder basisch reagierenden Elektrolyten enthält und insbesondere von einem metallischen, dünnen, möglichst dicht verschlossenen Gehäuse umgeben ist, das wiederum von einem starken, mechanischen Beanspruchungen gewachsenen äußeren Gehäuse umschlossen ist.
Es ist bekanntlich schwierig, bei Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten einen feuchtigkeitsdichten Abschluß zwischen Deckel und Elektrolytbehälter zu erzielen. Der Abschluß von Elektrolytkondensatoren zur Verhinderung des Auslaufens des Elektrolyten ist aber besonders wichtig, weil hiervon eine sichere Wirkungsweise abhängt. Bei einigen Ausführungsformen von Elektrolytkondensatoren wird diese Schwierigkeit dadurch umgangen, daß der zunächst flüssige Elektrolyt durch geeignete Zusätze eingedickt wird.
Aber auch bei Kondensatoren mit eingedicktem, sogenanntem trockenem Elektrolyten kann es vorkommen, daß der Elektrolyt im Betrieb flüssig wird und aus dem Kondensatorkörper entweicht. Der ausgetretene Elektrolyt kann dann ebenfalls leicht die Gehäusewand angreifen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles hat man den Hohlraum zwischen dem Gehäuse und dem Kondensatorkörper mit einer saugfähigen Masse ausgefüllt, die den ausgetretenen Elektrolyten aufnimmt. Außerdem lassen sich nicht bei allen Elektrolytkondensatoren eingedickte Elektrolyte verwenden, z. B. bei den neuerdings immer häufiger zur Verwendung kommenden Tantalkondensatoren mit Sinterkörpern. Bei diesen Kondensatoren müssen dünnflüssige Elektrolyte, meist starke Säuren, z. B. Schwefelsäure, benutzt werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten Ausführungen eines flüssigkeitsdichten Abschlusses den Anforderungen, z. B. bei Tantalkondensatoren, nicht genügen, da selbst bei den kleinsten Undichtigkeiten im Gehäuse die Säure leicht austritt und daher Zerstörungen am Kondensatorgefäß und an anderen elektrischen Bauelementen verursachen kann, selbst wenn der Elektrolyt von einer saugfähigen Masse zwischen dem Gehäuse und dem Kondensatorkörper aufgenommen wird. Auch der aufgesaugte stark saure oder basische Elektrolyt steht mit der Gehäusewand in Kontakt, so daß auch durch die saugfähige Masse eine Korrosion des Gehäuses nicht vermieden wird.
Ferner kann bei Elektrolytkondensatoren gelegentlich der Fall eintreten, daß im Betrieb, z. B. durch falsche Polung, überbeanspruchung, hohe Betriebstemperatur usw., im Innern des Kondensators beachtliche Gasmengen durch Elektrolyse des Elektrolyten infolge des stets vorhandenen Reststromes entstehen. Wenn keine Expansionsmöglichkeit für die über dem Elektrolyten befindlichen Gase vorhanden ist, besteht die Gefahr, daß das Gehäuse durch den entstehenden überdruck undicht wird und der Elektrolyt ausläuft. Um das Entweichen der Gase zu ermöglichen, kann man am Kondensatorgehäuse Ventile anbringen, die sich nur öffnen, wenn ein bestimmter überdruck im Kondensator vorherrscht. Durch dieses Ventil soll an sich vermieden werden, daß Flüssigkeit aus der Auslaßöffnung heraustritt. In der Praxis zeigt es sich aber, obwohl auf einen dichten Verschluß größte Sorgfalt gelegt wird, daß der Austritt der Elektrolytflüssigkeit nie ganz vermieden werden kann, sobald sich das Ventil zum Gasauslaß öffnet. Auch hier zeigt sich also der Nachteil, daß Teile des Kondensatorgefäßes oder andere Bauteile durch einen chemisch aktiven Elektrolyten angegriffen werden können.
Man hat zwar versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß man das Ventil durch eine Kappe abdeckt und den Hohlraum zwischen Kappe und Ventil mit einer saugfähigen Masse, z. B. mit Holz-oder Glaswolle, füllt. Da aber bei den hier betrachteten Elektrolytkondensatoren die Füllflüssigkeit chemisch aktiv ist und oft einen sauren Charakter hat, werden dennoch Teile des Kondensatorgefäßes zersetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden, also das Austreten der Elektrolytflüssigkeit aus dem Gehäuse unter allen Umständen zu verhindern, was bisher besondere und kostspielige Maßnahmen erforderte, und den Elektrolytkondensator so aufzubauen, daß gleichzeitig ein mechanischer Schutz gegen Explosionsgefahr bei entstehendem überdruck im Kondensator ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wird eine bekannte Ausführungsform eines Elektrolytkondensators verwendet, die darin besteht, daß der Elektrolytkondensator zunächst von einem metallischen; dünnen, möglichst dicht verschlossenen Gehäuse umgeben wird, das seinerseits von einem starken, mechanischen Beanspruchungen gewachsenen äußeren Gehäuse umschlossen ist. Bei dem bekannten Elektrolytkondensator ist zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse ein stoßdämpfender Stoff, z. B. Wachs, angeordnet, um auf diese Weise einen größeren Schutz gegen mechanische Verletzungen der empfindlichen Kondensatorwickelteile zu erzielen.
Demgegenüber wird bei einem Elektrolytkondensator mit einem flüssigen, sauer oder basisch reagierenden Elektrolyten und einem zwischen dem Kondensatorkörper und dem äußeren Gehäuse mit einer saugfähigen Masse angefüllten Hohlraum gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die saugfähige Masse Zusätze enthält, welche sich mit dem Elektrolyten ohne Gasbildung zu neutral reagierenden Stoffen umsetzen.
Die Wirkungsweise des Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung besteht darin, daß im Falle des Austretens der Elektrolyt$üssigkeit aus dem inneren Behälter diese zunächst von dem saugfähigen Stoff aufgenommen und von den darin enthaltenen Zusatzstoffen chemisch neutralisiert wird, so daß das äußere Gehäuse vor der Einwirkung des Elektrolyten und somit der Zersetzung geschützt bleibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Elektrolytkondensator nach außen vollkommen flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Da ferner das äußere Gehäuse aus festem und widerstandsfähigem Material besteht, bietet es gleichzeitig einen mechanischen Schutz bei Explosion infolge des im Innern des Kondensators entstehenden Gasüberdruckes bei unvorschriftsmäßigem Betrieb.
Die Ausführung- eines Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung bietet zudem noch den Vorteil, daß man infolge des verwendeten äußeren Gehäuses aus kräftigem Material die Maßnahme durchführen kann, die innere Gefäßwandung aus sehr dünnem Blech herzustellen, das leicht und billig durch Falzen oder Löten möglichst flüssigkeitsdicht gemacht werden kann. Derartige dünnwandige Gefäße besitzen eine gute Elastizität, so daß man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der inneren Gefäßwandung leicht jede gewünschte Form geben kann. Insbesondere kann das innere Gefäß ziehharmonikaartig ausgebildet werden, so daß bei entstehenden überdrucken im Kondensator ohne weiteres eine Raumvergrößerung des Gefäßes möglich ist.
Obwohl diese Ausführungsform eines Elektrolytkondensators genügenden Raum für die im Kondensator während des Betriebes entstehenden Gase bietet, ist es aber gegebenenfalls zweckmäßig, eine weitere Schutzmaßnahme zu treffen, indem man die Wandung des inneren Gehäuses an der zu verschließenden, offenen Seite verstärkt und an einer anderen Stelle schwächt, z. B. einkerbt. Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, daß bei bestimmtem überdruck im Gehäuse dieses nicht an den Dichtungsteilen, sondern an der eingekerbten Stelle aufreißt und so das Entweichen der Gase ermöglicht wird. Das äußere Gehäuse kann auf Grund seiner starkwandigen Ausbildung den Gasdruck aufnehmen. Ferner bietet natürlich das äußere, starkwandige Gefäß genügend Schutz für den Elektrolytkondensator, falls dieser bei dem Einbau in irgendwelche Geräte starken Beanspruchungen durch Stoß und Druck ausgesetzt ist. Auch wirkt die zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse befindliche, saugfähige Masse bei mechanischen Erschütterungen stoßdämpfend. Als Material für die saugfähige Masse haben sich Kieselgur, Kaolin, Silikagel oder Ton oder ein Gemisch dieser Stoffe als besonders zweckmäßig erwiesen. Diese Stoffe können noch Spuren von Flüssigkeit aufnehmen und festhalten.
Im folgenden wird die Erfindung bei Anwendung auf einen Tantal-Elektrolytkondensator erläutert, und zwar an Hand der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch einen solchen Kondensator zeigt.
Mit 1 ist ein aus Tantal bestehender Sinterkörper bezeichnet, der mit einer Oxydhaut überzogen ist und die Anode bildet. Die andere Elektrode, die Kathode, besteht vorzugsweise aus einem dünnwandigen Silberbecher 2, der zur Aufnahme des Elektrolyten 3 dient. Als solcher wird z. B. Schwefelsäure verwendet. Die Wandung des Elektrolytbehälters 2 ist an der offenen Seite 4 flanschförmig ausgebildet und verstärkt und weist an einer anderen Stelle eine Einkerbung 5 auf. An der oberen Seite ist das Gefäß 2 mittels einer den Deckel bildenden Tantalplatte 6 unter Einfügung einer isolierenden Zwischenlage 7 durch Verbördelung möglichst flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Tantalplatte 6 dient gleichzeitig als Träger für die Elektrodenzuführung 8, die wiederum als Halteglied für den Sinterkörper 1 wirkt. Zwischen dem Elektrolyten und dem Becherverschluß verbleibt ein mit Luft gefüllter Zwischenraum 9, der die im Betrieb entwickelten Gase aufnimmt. Um das Entweichen dieser Gase bei bestimmtem überdruck zu ermöglichen, dient die bereits genannte Einkerbung 5. An dieser Stelle kann die flüssige Schwefelsäure in. den Raum 10 eintreten, der mit einer saugfähigen Masse, z. B. mit Kieselgur, gefüllt ist und der durch das äußere Gehäuse 11 aus stärkerem Metall abgeschlossen ist. Dieses kann vorzugsweise aus säurefestem Stahl bestehen oder auf der Innenseite mit einer Bleiauflage versehen sein. Auf der Innenwandung des äußeren Gehäuses befindet sich ferner eine isolierende Zwischenlage 12, welche die Tantalplatte 6, die am äußeren Gehäuse anliegt, um eine Bewegung des inneren Behälters innerhalb des Gehäuses zu vermeiden, von diesem elektrisch isoliert. Aus dem gleichen Grunde sitzt der Elektrolytbehälter 2 auf dem Boden des äußeren Gehäuses auf. Der saugfähigen Masse im Raum 10 sind nun Stoffe zugesetzt, welche die an der Einkerbung oder an einer anderen undichten Stelle austretende Schwefelsäure neutralisieren. Als Zusatzstoff kommt z. B. Bleioxyd in Betracht, das sich mit der austretenden Schwefelsäure zu Bleisulfat und Wasser gemäß der Reaktionsgleichung Pb O -I- H2 S 04 = Pb S 04 i- H2 O umsetzt. An Stelle von Bleioxyd können auch andere geeignete Metalloxyde, wie Bariumoxyd, Kalziumoxyd oder Zinkoxyd verwendet werden.
Auf diese Weise wird also verhindert, daß Teile des Kondensatorgefäßes oder andere Bauteile durch die chemisch aktive Schwefelsäure angegriffen werden.
Von den elektrischen Anschlußleitungen 13 und 14 ist eine direkt am Gefäßboden des als Kathode wirkenden Elektrolytbechers befestigt und besteht aus Kupferdraht, während die andere aus Nickel-Kupfer-Draht, der in elektrischer Verbindung mit dem Ta- Sinterkörper steht, isoliert aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist. An der Durchführungsstelle ist das äußere Gehäuse mittels einer Glasperle 15 dicht verschlossen.
Die Erfindung ist nicht nur auf Tantal-Elektrolytkondensatoren, sondern. auch auf andere Elektrolytkondensatoren, die einen flüssigen, chemisch aktiven Elektrolyten enthalten, mit gleich gutem Erfolg anwendbar. Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Erfindung auf andere elektrische Bauelemente anzuwenden, die einen solchen Elektrolyten enthalten und bei denen die dargelegten Forderungen bestehen, z. B. die nach Schutz vor chemischen Angriffen des Gehäuses durch den Elektrolyten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrolytkondensator mit einem flüssigen, sauer oder basisch reagierenden Elektrolyten und einem zwischen dem Kondensatorkörper und dem äußeren Gehäuse mit einer saugfähigen Masse angefüllten Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß die saugfähige Masse (10) Zusätze enthält, welche sich mit dem Elektrolyten (3) ohne Gasbildung zu neutral reagierenden Stoffen umsetzen.
2. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper (1) von einem dünnen Gehäuse (2) umgeben ist, welches von einem druckfesten äußeren Gehäuse (11) umschlossen ist, und daß die saugfähige Masse (10) in dem Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen angeordnet ist.
3. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als saugfähige Masse (10) Kieselgur, Kaolin, Silikagel oder Ton oder ein Gemisch dieser Stoffe benutzt wird.
4. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des inneren Gehäuses (2) an der zu verschließenden offenen Seite verstärkt und mindestens an einer anderen Stelle (5) geschwächt, z. B. eingekerbt ist.
5. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des inneren Gehäuses (2) sehr dünn gehalten und ziehharmonikaartig ausgebildet ist.
6. Elektrolytkondensator, insbesondere Tantalkondensator, der Schwefelsäure als Elektrolyt enthält nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (11) aus möglichst säurefestem Stahl besteht.
7. Elektrolytkondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Stahlgehäuse (11) auf der Innenseite mit Blei (12) überzogen ist. B.
Elektrolytkondensator nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß unter die saugfähige Masse (10) eines oder mehrere Metalloxyde gemischt sind, welche sich mit der Schwefelsäure ohne Gasbildung zu neutralen Salzen umsetzen.
9. Elektrolytkondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxyd Blei, Kalzium, Zink- oder Bariumoxyd benutzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 878 415; schweizerische Patentschrift Nr. 184 402; französische Patentschriften Nr. 775 383, 52 588 Zusatz zu 880 469, 929 628, 959 147, 1068 130; USA.-Patentschriften Nr. 1845 067, 2 224 307, 2 743 400, 2 766 408, 2 809 331.