DE1154574B

DE1154574B - Arrangement for reforming electrolytic capacitors

Info

Publication number: DE1154574B
Application number: DEV15637A
Authority: DE
Inventors: Rolf Franke
Original assignee: KONDENSATORENWERK GERA VEB
Current assignee: KONDENSATORENWERK GERA VEB
Priority date: 1958-12-19
Filing date: 1958-12-19
Publication date: 1963-09-19

Description

Anordnung zum Nachformieren von Elektrolyt Kondensatoren Die für die Herstellung von Elektrolyt-Kondensatoren benötigten Elektroden, insbesondere die Anoden, werden im allgemeinen mit einer Oxydschicht überzogen. Dieser überzug wird mittels eines elektrolytischen Verfahrens, des Formierprozesses, auf der Oberfläche dieser Elektroden erzeugt. Durch die weitere Bearbeitung der Elektroden bis zur Herstellung der Kondensatoren und durch den zusätzlichen Einbau von Teilen in die Kondensatoren ergbit sich die Notwendigkeit, die fertigen Kondensatoren nachzuformieren. Dazu werden diese Kondensatoren mit ihrer Sollspannung über eine bestimmte Zeit behandelt, und es bildet sich an den Stellen, an denen sich noch keine oder keine Oxydschicht mehr befindet, eine solche nach. Eine gute Nachformierung ist eine der Voraussetzung für die Güte und die Lebensdauer der Elektrolyt-Kondensatoren.Arrangement for reforming electrolytic capacitors Manufacture of electrolytic capacitors required electrodes, especially the Anodes are generally covered with a layer of oxide. This coating will by means of an electrolytic process, the forming process, on the surface generated by these electrodes. By further processing the electrodes up to Manufacture of the capacitors and through the additional installation of parts in the Capacitors arose the need to reformulate the finished capacitors. For this purpose, these capacitors are charged with their nominal voltage over a certain period of time treated, and it forms in those places where none or none have yet Oxide layer is more, one such after. A good re-formation is one of the Prerequisite for the quality and service life of the electrolytic capacitors.

Das Nachformieren von Elektrolyt-Kondensatoren erfolgt üblicherweise in einer dazu vorgesehenen, geeigneten Einrichtung, in der gleichzeitig eine größere Anzahl von Kondensatoren angeschaltet werden kann. In einer solchen Einrichtung ist zur Begrenzung des Stromes für jeden Kondensator ein Vorwiderstand von etwa 5 k. vorgesehen. Zur Kontrolle der bei dem Nachformiervorgang jeweils erreichten Strom- und Spannungswerte können entsprechende Meßgeräte angeordnet sein. Der Nachformiervorgang wird dadurch gesteuert, daß zunächst die Spannung an der Einrichtung laufend so geregelt wird, daß insgesamt ein bestimmter Strom die Kondensatoren durchfließt. Die Höhe des Gesamtstromes aller Kondensatoren wird nunmehr so lange gleichgehalten, bis nach einer gewissen Zeit die volle Sollspannung erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt ab wird diese Spannung konstant gehalten, und der Gesamtstrom beginnt mehr oder weniger abzusinken, je nachdem wie weit die Nachformierung der einzelnen Kondensatoren vorangeschritten ist. Die Nachformierung ist aber erst dann beendet, wenn alle Kondensatoren, abgesehen von den auszuscheidenden fehlerhaften, den vorgeschriebenen Höchstreststrom erreicht bzw. unterschritten haben. Da nur der Gesamtstrom geregelt wird, bzw. weil nach Erreichen der vollen Sollspannung die Ströme in den einzelnen Kondensatoren verschieden groß sind (entsprechend der jeweiligen elektrischen Beschaffenheit derselben), wird ein Teil der Kondensatoren mit einem zu geringen und ein Teil mit einem zu hohen Strom nachformiert, und letztere werden somit überlastet. Solche stromüberlasteten Kondensatoren neigen zumeist zu Ausfällen, denn sie werden übermäßig erwärmt, wodurch sich der sie durchfließende Strom weiter erhöht. Die Kondensatoren, die dagegen mit einem zu geringen Strom nachformiert werden, benötigen viel mehr Zeit bis zum Abschluß der Nachformierung, als normalerweise erforderlich wäre.The reforming of electrolytic capacitors usually takes place in a suitable facility provided for this purpose, in which at the same time a larger Number of capacitors can be connected. In such a facility is a series resistor of approx. to limit the current for each capacitor 5 k. intended. To check the values achieved during the reforming process Corresponding measuring devices can be arranged for current and voltage values. The reforming process is controlled by the fact that initially the voltage on the device is continuously so it is regulated that a total of a certain current flows through the capacitors. The amount of the total current of all capacitors is now kept the same as long as until the full target voltage is reached after a certain time. From this point in time from this voltage is kept constant, and the total current starts more or less sinking, depending on how far the reforming of the individual capacitors is has progressed. The reforming is only finished when all capacitors, apart from the faulty ones to be eliminated, the prescribed maximum residual current have reached or fallen below. Because only the total current is regulated, or because after reaching the full nominal voltage, the currents in the individual capacitors are of different sizes (according to the respective electrical properties of the same), becomes part of the capacitors with a too low and part with a too high current reformed, and the latter are thus overloaded. Such current overloaded Capacitors tend to fail because they are excessively heated, which means the current flowing through them increases further. The capacitors that oppose it reformed with a current that is too low require much more time to Completion of reforming than would normally be required.

Es ist auch noch eine andere Methode für das Nachformieren von Elektrolyt-Kondensatoren bekannt, die sich darin von der vorgenannten unterscheidet, daß bei dieser die Vorwiderstände vor den einzelnen Kondensatoren höhere Werte (etwa 100 kQ) erhalten. Außerdem wird bei dieser Methode, weil an den Vorwiderständen ein erheblicher Spannungsabfall auftritt, sofort eine höhere als die Kondensator-Sollspannung an die Einrichtung gelegt. Die Höhe dieser Spannung richtet sich nach dem empirisch festgestellten Mittelwert des Stromes gegen Ende der Nachformierung, dem Vorwiderstand und der Sollspan-, nung der Kondensatoren. Diese sogenannte »weiche« Nachformierung ist gegenüber der erstgenannten insoforn von Vorteil, als die sich durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Kondensatoren auf die Stromverzweigung auswirkende gegenseitige Beeinflussung so gut wie entfällt. Dadurch lassen sich bessere Resultate in bezug auf die Qualität des Nach-. formierungsvorganges erzielen, d. h., dieser Vorgang verläuft kontinuierlicher. Außerdem ist der Ausfall der Kondensatoren, deren elektrische und physikalichen Eigenschaften während des Nachformierens noch nicht ganz dem jeweiligen Sollwert entsprechen, wesentlich geringer.It is also another method for reforming electrolytic capacitors known, which differs from the aforementioned in that the series resistors in this one received higher values (about 100 kΩ) in front of the individual capacitors. Also will with this method, because there is a considerable voltage drop at the series resistors occurs immediately a higher than the nominal capacitor voltage to the device placed. The level of this tension depends on what has been empirically determined Average value of the current towards the end of reforming, the series resistor and the Nominal voltage of the capacitors. This so-called "soft" reforming is compared to the former is advantageous in that it differs through the different The nature of the capacitors has a mutual effect on the current branching There is almost no influence. This allows better results in terms of on the quality of the post. achieve the formation process, d. i.e., this process runs more continuously. In addition, the failure of the capacitors, their electrical and physical properties during the reforming process do not quite match the respective Correspond to the setpoint, much lower.

Da jedoch, wie bereits erwähnt, die Spannung an der Einrichtung nach dem empirisch festgestellten Mittelwert des Stromes gegen Ende der Nachformierung eingestellt wird, besteht die Gefahr, daß, wenn dieser Strom bei einem mehr oder weniger großen Teil der Kondensatoren oder auch bei sämtlichen unter den Mittelwert absinkt, diese Kondensatoren infolge des geringeren Spannungsabfalls an den Vorwiderständen eine zu hohe Spannung erhalten, wodurch Über- bzw. Durchschläge auftreten und die betreffenden Kondensatoren zerstört werden können. Andererseits wird durch den relativ großen Vorwiderstand bei Beginn der Nachformierung der die Kondensatoren durchfließende Strom unnötig niedrig gehalten, wodurch für den Nachformierprozeß eine übermäßig lange Zeit benötigt wird. Die Ursache für die genannten Nachteile liegt offensichtlich darin begründet, daß bei der verwendeten Einrichtung zum Nachformieren die Regelung des Stromes und somit der Spannung an den einzelnen Kondensatoren nachteilig beeinflußt ist von dem jedem Kondensator in Reihe geschalteten Vorwiderstand (in diesem Fall in der Größenordnung von 100 kSZ) und dem mehr oder weniger sich stetig verändernden Gleichstromwiderstand des nachzuformierenden Kondensators, der sich entsprechend dem jeweiligen Grad des Nachformierprozesses verhält.However, as already mentioned, the voltage on the device decreases the empirically determined mean value of the current towards the end of reforming is set, there is a risk that if this current is at a more or less large part of the capacitors or all of them under the mean value drops, these capacitors as a result of the lower voltage drop The voltage at the series resistors is too high, causing over- or breakdowns occur and the capacitors concerned can be destroyed. on the other hand is due to the relatively large series resistance at the beginning of the reforming of the Current flowing through capacitors is kept unnecessarily low, which for the reforming process an excessively long time is required. The cause of the disadvantages mentioned is obviously due to the fact that the device used for reforming the regulation of the current and thus the voltage across the individual capacitors is disadvantageous is influenced by the series resistor (in in this case in the order of 100 kSZ) and more or less steadily changing direct current resistance of the capacitor to be reformed, which behaves according to the respective degree of the reforming process.

Es bestand nun die Aufgabe, einen geeigneten Lösungsweg und die dazu erforderlichen Mittel zu finden, um den für den Nachformierprozeß nachteiligen Einfluß auf die Regelung des Stromes bzw. der Spannung, der durch den sich mehr oder weniger stetig verändernden Gleichstromwiderstand des jeweiligenKondensators .hervorgerufen wird, derart umzuwandeln und in eine solche Richtung lenken zu können, daß er sich für den Verlauf des Nachformiervorganges vorteilhaft auswirkt.The task now was to find a suitable solution and what to do with it to find the means necessary to counteract the adverse influence on the reforming process on the regulation of the current or the voltage, which is more or less constantly changing direct current resistance of the respective capacitor will be able to transform and steer in such a way that he himself has an advantageous effect on the course of the reforming process.

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Anordnung zum Nachformieren von Elektrolyt-Kondensatoren, mit der eine größere Anzahl derselben zugleich nachformierbar ist und in der einem jeden dieser Kondensatoren ein in seiner Größe sich nach den zu formierenden Kondensatoren richtender, hochohmiger Vorwiderstand von z. B. 100 kQ vorgeschaltet ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Vorwiderstand aus einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einem Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturbeiwert solcher Bemessung besteht, daß diese Widerstandskombination die Schwankungen des Nachformier-Endstromes um einen Mittelwert innerhalb eines bestimmten Regelbereichs ausgleicht.The invention therefore relates to an arrangement for reforming of electrolytic capacitors, with which a larger number of them can be reformed at the same time is and in each of these capacitors one in its size according to the to be formed capacitors directing, high-resistance series resistor of z. B. 100 kQ is connected upstream. The object is achieved according to the invention in that the series resistor consists of a series circuit of an ohmic resistor and a semiconductor resistor with a negative temperature coefficient of this type exists that this combination of resistors reduces the fluctuations in the final reforming current compensates for a mean value within a certain control range.

Es ist bereits bekannt, bei der Formierung von Elektrolyt Kondensatoren eine konstante Belastung der den Formierstrom liefernden Gleichstromquelle durch Regelung des Elektrolytzuflusses zu erreichen. Zum Erreichen gleichbleibender Formierstromdichte bei Durchlauf Formierverfahren ist es bekannt, besonders geformte Aufformierkathoden zu verwenden, durch die die Summe aus der mit der Schichtdicke wachsenden Sperrspannung und dem in der Durchlaufrichtung abnehmenden Spannungsabfall im Formierelektrolyt längs der Formierkathode ständig konstant gehalten wird. Man verwendete bislang auch Metalldraht Vorschaltlampen oder Röhrenschaltungen zur Regelung des Formierstromes. Es ist auch bekannt, die Regelung des Formierstromes durch Flüssigkeits-Vorwiderstände zu bewirken, die eine spannungsabhängige Widerstandscharakteristik besitzen. Alle diese bekannten Anordnungen konnten sich zur Lösung der vorliegenden Aufgabenstellung nicht eignen, weil sie zur Verwendung in der Massenfertigung zu umständlich und aufwendig sind; sie vermögen auch nicht in jedem Falle eine für diese Fertigung brauchbare Regelcharakteristik bereitzustellen. Schließlich besitzen einige der bekannten Anordnungen nur beschränkte Lebensdauer.It is already known in the formation of electrolytic capacitors a constant load on the direct current source supplying the forming current To achieve regulation of the electrolyte flow. To achieve a constant forming current density In the case of continuous forming processes, it is known to use specially shaped forming cathodes to use, through which the sum of the reverse voltage increasing with the layer thickness and the decreasing voltage drop in the forming electrolyte in the direction of flow is kept constant along the forming cathode. One used so far also metal wire ballast lamps or tube circuits to regulate the forming current. It is also known to regulate the forming flow by means of liquid series resistors to cause that have a voltage-dependent resistance characteristic. All these known arrangements could be used to solve the problem at hand not suitable because they are too cumbersome and for use in mass production are expensive; they are also not capable of one for this production in every case provide usable control characteristics. After all, some own the known arrangements only have a limited service life.

Bei Belastung sich in ihrem Widerstandswert ändernde Widerstände sind auch in Form einer Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einem Halbleiterwiderstand bekannt, insbesondere für die Regelung in Stromkreisen, z. B. zum langsamen Ansteigenlassen von Strömen nach Anlegen einer bestimmten Spannung und auch als Vorschaltelement vor Kondensatoren zum Schutz von Überspannungen beim Einschalten eines Kondensatoren enthaltenden elektrischen Geräts, solange der Verbraucher nicht voll wirkt. Dabei wird der an der Reihenschaltung liegende Spannungsabfall in einem bestimmten Stromkreis konstant gehalten.Resistances that change in their resistance value under load also in the form of a series connection of an ohmic resistor and a semiconductor resistor known, in particular for the regulation in circuits, z. B. to let it rise slowly of currents after applying a certain voltage and also as a ballast element in front of capacitors to protect against overvoltages when switching on a capacitor containing electrical device, as long as the consumer is not fully effective. Included becomes the voltage drop across the series circuit in a specific circuit kept constant.

Die Verwendung solcher Stabilisierungselemente, wie sie bei der Erfindung zur Anwendung gelangen, boten sich in erster Linie deshalb ohne weiteres nicht an, weil der Fachmann zunächst nur eine einzige Stabilisierungsschaltung zwischen Spannungsquelle und Formiergestell gelegt hätte. Zur Vermeidung der schädlichen Überspannungen durch ungleichmäßige Stromverteilungen innerhalb der mehrere Kondensatoren enthaltenden Formiergestelle hätte der Fachmann in zweiter Linie etwa auf einen Minimalstrom ansprechende Unterbrecher od. dgl. für jeden Kondensator in das Auge fassen müssen. An eine selbsttätige Regelung durch einen Heißleiter an Stelle einer Stabilisierung in der Gesamtenergiezuleitung bzw. einer Stromabschaltung konnte daher der Fachmann nicht ohne weiteres denken. Dies um so mehr, als bislang noch nicht einmal erkannt worden war, daß durch den auf einen empirischen Wert eingestellten Mittelwert des Formierstroms bei der sogenannten »weichen« Formierung gegen das Formierende hin immer noch gefährliche Überspannungen für die Kondensatoren entstehen können.The use of such stabilizing elements as in the invention to be applied, were therefore primarily not an obvious choice, because the person skilled in the art initially only has a single stabilization circuit between the voltage source and forming frame. To avoid the harmful overvoltages caused by uneven current distributions within the multiple capacitors containing A person skilled in the art would have forming racks for a minimum current, for example Appealing interrupter or the like for each capacitor in the eye. An automatic control by means of an NTC thermistor instead of stabilization In the overall power supply or a power cut-off, the expert could therefore do not just think. All the more so as not even recognized so far that the mean value of the Forming flow in the so-called "soft" formation towards the forming end dangerous overvoltages can still arise for the capacitors.

Im Gegensatz zu dem Verlauf des Nachformierprozesses in den bisher bekannten Einrichtungen zum Nachformieren verläuft dieser Vorgang bei einer Anordnung gemäß der Erfindung grundsätzlich anders. Zu Beginn des Nachformiervorganges, wenn der Gleichstromwiderstand der nachzuformierenden Elektrolyt-Kondensatoren noch relativ niedrig ist, fällt praktisch die gesamte Spannung, außer einem an dem jetzt stark belasteten Halbleiterwiderstand verbleibenden Teil, an dem Vorwiderstand ab. Mit fortschreitender Nachformierung steigt jedoch der Gleichstromwiderstand der jeweiligen Kondensatoren an, so daß bei vorgegebener konstanter Eingangsspannung der Strom annähernd nach einer e-Funktion absinkt. Dabei steigt die Spannung an den Kondensatoren bis zu deren Sollwert an. Sie wird dann auf Grund der geringeren Belastung und der damit verbundenen Widerstandserhöhung des Halbleiterwiderstandes auf einen konstanten Betrag gehalten, so daß die Kondensatoren vor Spannungsüberlastung geschützt werden. Selbstverständlich muß der Wert des kleineren Ohmschen Widerstandes dabei so bemessen sein, daß auch bei der größten Formierspannung keine Überbelastung der nachzuformierenden Kondensatoren auftritt. Der Strom, der, wie bereits angeführt, annähernd nach einer e-Funktion absinkt, nähert sich nun asymptotisch einem Wert, der von verschiedenen Faktoren, bedingt z. B. durch die Folie, den Elektrolyt usw., abhängt. Selbst bei unendlich langer Nachformierung würde dieser Wert nicht unterschritten werden. Die Nachformierung kann daher als beendet angesehen werden, wenn sich der Strom auf wenige Prozent dem Endwert genähert hat. Dieser Zeitpunkt tritt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wesentlich früher ein als bei der bisher bekannten, wodurch eine erhebliche Zeiteinsparung beim Nachformieren der Elektrolyt-Kondensatoren erzielt wird. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß der Widerstand der nunmehr insgesamt dem jeweiligen Kondensator vorgeschalteten Widerstandskombination, bedingt durch den negativen Temperaturkoeffizienten des Halbleiterwiderstandes, während des größeren Zeitraumes des Vorganges der Nachformierung, jedoch nicht gegen Ende desselben, wesentlich kleiner ist als bei der bekannten Einrichtung, weil der in dieser Zeit fließende Strom nicht, wie bisher unnötig begrenzt ist.In contrast to the course of the reforming process in the previous known devices for reforming, this process takes place in an arrangement according to the invention fundamentally different. At the beginning of the reforming process, if the DC resistance of the electrolytic capacitors to be reformed is still relative is low, practically all tension drops except for one, now high loaded semiconductor resistor remaining part, from the series resistor. With however, as reforming progresses, the DC resistance of the respective Capacitors on, so that with a given constant input voltage the current decreases approximately after an e-function. This increases the voltage on the capacitors up to their setpoint. It is then due to the lower load and the associated increase in the resistance of the semiconductor resistance to a constant one Amount held so that the capacitors are protected from voltage overload. Of course, the value of the smaller ohmic resistance must be dimensioned in this way be that even with the greatest forming voltage no overloading of the post-forming Capacitors occurs. The current, which, as already mentioned, approximately after a e-function decreases, now asymptotically approaches a value that of different Factors due e.g. B. by the foil, the electrolyte, etc., depends. Even at infinitely long reforming would not do this fallen below will. The reforming can therefore be regarded as ended when the Electricity has approached the final value to a few percent. This point in time occurs at the device according to the invention much earlier than with the previously known, This saves a considerable amount of time when reforming the electrolytic capacitors is achieved. This advantage results from the fact that the resistance of the now overall resistance combination upstream of the respective capacitor, conditional by the negative temperature coefficient of the semiconductor resistance, while the longer period of the reforming process, but not towards the end of the same, is much smaller than in the known device, because the in the current flowing at this time is not unnecessarily limited, as was previously the case.

Ein weiterer Vorteil ist die qualitative Verbesserung der Kondensatoren, die sich in einer besseren zeitlichen Konstanz des Reststromes sowie in einem geringeren Anfall von Reststromfehlern zeigt. Sie lieg darin begründet, daß der Verlauf des Nachformiervorganges äußerst kontinuierlich vor sich geht. Somit ist jede unnötige hohe Strombelastung oder auch nur ein starkes Ansteigen des Stromes bzw. der Spannung an den Kondensatoren über die zulässigen Werte ausgeschlossen. Für die Wahl der Halbleiterwiderstände ist maßgebend, daß der während des Nachformierverfahrens überstrichene Strombereich in ihrem Regelbereich liegt. Sind die Nachformierströme sehr klein, so daß sie unterhalb des Regelbereiches der verwendeten Halbleiterwiderstände liegen, so kann durch Parallelschaltung eines entsprechend bemessenen Widerstandes zu den nachzuformierenden Kondensatoren eine Grundlast geschaffen werden, wodurch auch bei kleinsten Nachformierendströmen diese in dem Regelbereich des Halbleiterwiderstandes verbleiben.Another advantage is the qualitative improvement of the capacitors, which results in a better temporal constancy of the residual current as well as in a lower one Shows occurrence of residual current errors. The reason for this is that the course of the Reforming process is extremely continuous. Thus, each is unnecessary high current load or just a sharp increase in current or voltage excluded on the capacitors beyond the permissible values. For the choice of Semiconductor resistances is decisive that the swept over during the reforming process Current range is in their control range. If the reforming currents are very small, so that they are below the control range of the semiconductor resistors used, by connecting an appropriately sized resistor in parallel to the Capacitors to be reformed create a base load, which also with the smallest reforming currents, these are in the control range of the semiconductor resistance remain.

Bei richtiger Dimensionierung der einzelnen Bauelemente läßt sich der Nachformiervorgang so gestalten, daß auch die mit elektrischen Fehlern behafteten Kondensatoren weder den zeitlichen noch den gewünschten physikalischen Ablauf der Nachformierung der übrigen Kondensatoren beeinflussen können.With correct dimensioning of the individual components can Make the reforming process so that also those with electrical errors Capacitors neither the temporal nor the desired physical sequence of the Can affect reforming of the remaining capacitors.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for reforming electrolytic capacitors, with which a larger number of them can be reformed at the same time and in one each of the capacitors varies in size according to the capacitors to be formed directing, high-resistance series resistor of z. B. 100 k52 is connected upstream, thereby characterized in that the series resistor consists of a series circuit of an ohmic Resistor and a semiconductor resistor with a negative temperature coefficient such Dimensioning is that this combination of resistors absorbs the fluctuations in the final reforming current compensates for a mean value within a certain control range.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that one for each of the capacitors to be reformed. This resistor, which can be connected in parallel, is provided such that with such a DC resistance of the capacitors in which the current flowing would be below the control range of the semiconductor resistor, the current flowing through the semiconductor resistor increases so much that it remains in the control range. Documents considered: German Patent No. 766 254; German Auslegeschriften No. 1005 191, 1 034 771; Swiss Patent No. 196 360; Archive for technical measurement (1959), Z 119-3, p.212.