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Kleinst-Elektrolytkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Kleinst-Elektrolytkondensator mit definierten Einbaumassen
und ein Verfahren zu seiner Herstellung, und sie bezieht sich insbesondere auf solche
Kleinst-Elektrolytkondensatoren, die zum Einbau in gedruckte Schaltungen bestimmt
sind.
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An derartige Kondensatoren wird eine Vielzahl von Forderungen gestellt.
Insbesondere müssen die Anschlußstifte einseitig aus dem Kondensator herausführbar
sein und einen genau festgelegten Rasterabstand aufweisen. Zum Einsetzen in gedruckte
Schaltungen, insbesondere in der Modultechnik, soll ferner die Kondensatorauflagefläche
möglichst eben und die Abmessungen exakt vorausbestimmbar sein. Außerdem sollen
diese Kondensatoren einfach im Aufbau und vor allem so gestaltet sein, daß ihre
Herstellung weitgehendst automatisierbar ist.
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Es sind Kleinst-Elektrolytkondensatoren bekannt, bei denen ein Anoden-Kathoden-Wickel
in einem Kunststoffbecher untergebracht ist. Aus der dem Becherboden abgekehrten
Wickelstirnfläche treten dabei Anschlußfahnen aus, die mit durch die Becheröffnung
nach außen geführten Anschlußstiften verbunden sind. Der Abschluß des Bechers erfolgt
nach dem Einsetzen des Wickels durch einen Kunstharzverguß.
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Diese bekannten Kondensatoren weisen den Nachteil auf, daß der Kunstharzverguß,
insbesondere bei höheren Temperaturen, keine sichere Abdichtung des mit flüssigem
Elektrolyt gefüllten Bechers gewährleistet. Außerdem ist es nicht möglich, die als
Auflagefläche dienende Oberseite des Vergusses völlig eben zu gestalten und die
Bauhöhe der Kondensatoren ist zwangläufig Abweichungen von der gewünschten Form
unterworfen. Ferner sind diese Kondensatoren für automatische Herstellungsverfahren
ungeeignet, insbesondere was die Verschweißung der Anschlußstifte mit den Anschlußfahnen,
das Herstellen des Kunstharzvergusses sowie das Bemessen des Abstandes der Anschlußstifte
betrifft.
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Neuerdings sind Elektrolytkondensatoren bekanntgeworden mit einer
Kappe aus isolierendem Kunststoff, in die Öffnungen im gewünschten Rastermaß eingeformt
sind, durch welche die Anschlußdrähte mit knapper Passung gesteckt werden, so daß
sie von der Außenseite der Kappe frei abstehen. Bei Anschlußdrähten aus reinem Aluminium
mit sich daran in axialer Richtung anschließendem, durch Elektroschweißung befestigten,
verzinnten Kupferdraht werden dabei die Stoßstellen zwischen beiden Metallen in
das Innere der Öffnung gelegt.
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Diese Kondensatoren besitzen zwar normierbare Bauhöhen, auch weisen
die Anschlußdrähte gegen den Elektrolyten geschützte Schweißstellen und in etwa
den gewünschten Rasterabstand auf, doch bezüglich der Verschweißung der Anschlußdrähte
mit den Anschlußfahnen der Kondensatorelektroden wird kein Fortschritt gegenüber
den Vergußkondensatoren erreicht. Vielmehr besteht gerade bei diesen Kappenkondensatoren
die Gefahr, daß beim Durchstecken der Anschlußdrähte durch die Kappenöffnungen -
was zwangläufig ein Verbiegen der von den nicht im Rasterabstand befindlichen Fahnen
abgehenden Drähte erfordert - eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Verschweißungen
zwischen den Drähten und den Fahnen auftritt, insbesondere bei stärkeren und damit
steiferen Anschlußdrähten. Bei relativ schwachen und damit leichter verbiegbaren
Drähten dagegen vermag die relativ kurze Führung innerhalb der Kappe keine exakte
Einhaltung des Rasterabstands der nach außen abstehenden Drahtenden zu gewährleisten.
Weiterhin müssen zur Verbesserung der Abdichtung in den Öffnungen der Kappe metallische
Durchführungen angebracht oder die Drähte in die Öffnungen beispielsweise mittels
Epoxydharz eingeklebt werden, was die Erreichung einer glatten Auflagefläche erschwert.
Schließlich ist es kaum möglich, derartige Kondensatoren rein maschinell bzw. vollautomatisch
herzustellen, insbesondere was das Anschweißen der Anschlußdrähte
und
das Durchführen dieser Drähte durch die Kappe betrifft.
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Demgemäß hat die Erfindung zur Aufgabe, einen Kleinst-Elektrolytkondensator
derart auszubilden, daß eine sichere Verbindung zwischen den Anschlußdrähten und
den Elektrodenfahnen gewährleistet, glatte Auflageflächen erreichbar und exakte
geometrische Abmessungen sowie Zuleitungsabstände sichergestellt sind.
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Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, den Kondensator so zu gestalten,
daß er mittels einfacher, leicht zu mechanisierender Verfahren herstellbar ist.
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Nach der Erfindung werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß zwei
Anschlußstifte den Kondensatorwickel in zwei im Abstand des Rastermaßes vorgeformten
Wickeldornlöchern durchsetzen und an ihren an der Wickelstirn vorstehenden freien
Enden mit den dort ebenfalls herausragenden Anschlußfahnen verbunden sind. Vorteilhafterweise
sind die Anschlußstifte zusätzlich in einen Abstandhalter aus Kunststoff eingebettet,
der als Boden oder in bekannter Weise als Deckel des ebenfalls aus Kunststoff bestehenden
Kondensatorgehäuse ausgebildet sein kann. Die Form und Größe der Querschnittes der
Anschlußstifte entspricht der Form und Größe des Querschnittes der Wickeldorne.
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Ferner hat eine Weiterbildung der Erfindung ein besonders zweckmäßiges
Herstellungsverfahren für einen derartigen Kondensator zur Aufgabe, bei dem alle
einzelnen Verfahrensschritte automatisierbar sind, so daß der Kondensator billig
und als Massenprodukt hergestellt werden kann.
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Die Herstellung dieses Kondensators erfolgt derart, daß ein Wickel
über zwei im Abstand des Rastermaßes der Anschlußstifte voneinander entfernte Wickeldorne
gewickelt wird, daß an einer Wickelstirn zwei Anschlußfahnen im Rastermaß vorstehen,
und daß der Wickel von den beiden Dornen abgezogen und durch die Dornlöcher gleich
starke Anschlußstifte bzw. Verlängerungen derselben so weit durchgesteckt werden,
daß sie an der Gegenstirn des .Wickels hervortreten, worauf sie mit den dort ebenfalls
hervortretenden beiden Anschlußfahnen verbunden werden.
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Der nach diesem voll automatisierbaren Verfahren hergestellte Kondensator
erfüllt alle oben angegebenen Forderungen und ist insbesondere äußerst genau in
seinen Abmessungen und trotzdem sehr preisgünstig. Dadurch, daß beim Wickeln die
Anschlußfahnen zwangläufig den für die Anschlußstifte gewünschten Rasterabstand
erhalten und die Anschlußstifte in den Wickeldornlöchern sehr fest geführt sind,
wird die Verschweißung dieser beiden Teile wesentlich erleichtert und außerdem eine
nachträgliche mechanische Beanspruchung der Schweißstellen vermieden. Der Kondensator
nach der Erfindung eignet sich besonders für den Einbau in gedruckte Schaltungen.
in der Modultechnik.
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Weitere Merkmale einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindurng ergeben
sich aus der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung ist
eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt F
i g. 1 einen Wickel in Seitenansicht, F i g. 2 den Wickel in Unteransicht, F i g.
3 einen Gehäusebecher in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g. 4 den Becher
in Draufsicht, F i g. 5 einen Deckel mit eingebetteten Anschlußstiften in Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, F i g. 6 den Deckel in Draufsicht, F i g. 7 den zusammengesetzten
Kondensator in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, F i g. 8 ein Gehäuse mit im
Boden eingebetteten Anschlußstiften, und F i g. 9 das Gehäuse nach F i g. 8 in Draufsicht.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein Wickel 10 dargestellt, der in bekannter
Weise aus einer Anodenfolie und einem Abstandhalter besteht. Aus einer Stirnseite
des Wickels 10 ragen Anschlußfahnen 11 und 12, die im Abstand a parallel zueinander
verlaufen. Der Wickel 10 ist als Flachwickel mit elliptischem Querschnitt ausgebildet,
und seine beim Wickeln durch die Wickeldorne ausgesparte Mittelöffnung weist ebenfalls
einen elliptischen Querschnitt auf, wobei der größere Durchmesser der Ellipse dem
Abstand a der beiden Anschlußfahnen 11 und 12 entspricht. Gemäß F i g. 2 ist die
Mittelöffnung zwischen den beiden Anschlußfahnen 11 und 12 durch eine Trennwand
10c in zwei kongruente Öffnungen 10a und 10b
unterteilt.
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Die Anoden- und Kathodenfolie des Wickels 10
bestehen aus vorbehandelten,
etwa geätzten und vorformierten Aluminiumfolien. Die ebenfalls aus Aluminium bestehenden
Anschlußfahnen 11 und 12 sind an die Anfangsenden der Elektrodenfolien angeschnitten,
angefaltet oder angeschweißt bzw. angenietet. Als Wickel-Abstandhalter wird in bekannter
Weise Papier verwendet. Die Trennwand 10c besteht ebenfalls aus einer nichtleitenden
Schicht und wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch den entsprechend
gewickelten Abstandhalter gebildet.
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In den F i g. 3 und 4 ist ein becherförmiges Gehäuse 13 mit einem
Boden 13a dargestellt. Der Becher besteht aus nichtleitendem Material, vorzugsweise
Kunststoff, und ist so bemessen, daß er den Wickel 10 aufnehmen kann. Der
Rand des Bechers 13 ist abgesetzt, um eine Auflage 13b für einen Becherverschluß
zu erhalten.
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In den F i g. 5 und 6 ist ein Deckel 14 gezeigt, der in den Becher
13 paßt. Der Deckel 14 wird von zwei Anschlußstiften 15 und 16 durchsetzt, die im
Abstand a, der identisch mit demjenigen der Anschlußfahnen 11 und 12 von F i g.
2 ist, parallel zueinander verlaufen.
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Der Deckel 14 besteht aus isolierendem Material, vorzugsweise Kunststoff.
Jeder der Anschlußstifte 15 bzw. 16 ist aus zwei Teilen 15a und
15b bzw. 16a und 16 b zusammengesetzt. Die zum Anschluß an die Fahnen 11
und 12 bestimmten Stiftteile 15 b und 16 b
bestehen aus Aluminium,
die zum Anschluß an die nicht gezeigten äußeren Stromzuführungen bestimmten Teile
15 a und 16 a bestehen aus Kupfer, das eventuell
verzinnt ist. Die Teile 15a und 16a sind an den Stellen 15c und
16c mit den Teilen 15b bzw. 16b durch Schweißen oder Löten verbunden.
Die Länge der Stiftteile 15 b und 16 b entspricht
zumindest der Höhe des Wickels.
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In F i g. 7 ist der aus den beschriebenen Einzelteilen zusammengesetzte
Kondensator gezeigt. Dabei sitzt der Deckel 14 auf dem Becher 13 und
die in den Deckel eingebetteten Stifte 15 und 16 sind durch die Öffnungen
10 a und 10 b des im Becher befindlichen Wickels 10 hindurchgesteckt.
Die Enden der Stifte 15 und 16 sind mit den aus der dem Becherboden zugewandten
Stirnfläche des Wickels ragenden
Anschlußfahnen 11 bzw. 12 verschweißt
oder verlötet.
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Der Becher 13 oder der Deckel 14 können außerdem mit einer nicht gezeichneten
Imprägnieröffnung für den Elektrolyten versehen sein.
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Die Herstellung dieses Kleinst-Elektrolytkondensators erfolgt derart,
daß zuerst Wickel, Becher und Deckel mit Anschlußstiften getrennt hergestellt und
diese vorgefertigten Bauelemente zusammengesetzt werden.
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Zur Herstellung des Wickels werden zwei Wickeldorne verwendet, die
im vorgegebenen Rasterabstand a parallel zueinander verlaufen und bezüglich der
Wickelachse symmetrisch angeordnet sind. Die Dorne können rund, flach oder mehrkantig
ausgebildet sein. Zur Herstellung von Flachwickeln werden Flachdorne bevorzugt,
da diese eine gute Volumenausnutzung gewährleisten. Die Folien werden am Wickelanfang
so eingelegt, daß sich die Anodenfahne benachbart dem einen und die Kathodenfahne
benachbart dem anderen Dorn befindet. Der Abstandhalter wird dagegen so gelegt,
daß seine erste Windung zwischen den beiden Dornen hindurch verläuft und damit eine
isolierende Trennwand zwischen diesen bildet. Nach Beendigung des in üblicher Weise
vorgenommenen Wickelns wird der Wickel von den Dornen abgezogen. Der Abstand der
ausgesparten Dornlöcher 10 a und 10 b entspricht bereits dem gewünschten Rastermaß
a.
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Der Becher 13 wird in bekannter Weise hergestellt, beispielsweise
durch Spritzen, Pressen oder Gießen. Auch der Deckel 1.4 wird nach irgendeinem bekannten
Kunststoffspritz- oder -gießverfahren hergestellt, jedoch werden vor dem Verguß
die beiden Anschlußstifte 15 und 16 parallel zueinander mit Abstand a in
die Form eingelegt, und zwar derart, daß deren Verbindungsstellen 15c und 16c innerhalb
des mit Kunststoff zu füllenden Teils der Form liegen.
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Um eine besonders sichere Abdichtung der Verbindungsstellen 15c und
16c zu erhalten, können diese vor Einlegen in die Form mit einer elastischen Umhüllung,
beispielsweise Silikongummi abgedeckt werden.
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Der Deckel mit den Zuführstiften 15 und 16, die etwa so stark sind
wie die Wickeldorne, wird nun auf den Wickel 10 aufgesteckt, und zwar derart, daß
die Stiftteile 15 b und 16 b die Dornlöcher 10 a und
10b durchsetzen. Die aus der unteren Wickelstirnseite herausragenden Enden
der Stiftteile 15b und 16b werden dann mit den aus der gleichen Wickelstirnseite
herausragenden Anschlußfahnen 11 bzw. 12 verschweißt oder verlötet. Nach
eventuellem Abschneiden der Schweißenden auf geeignete Länge und Imprägnieren des
Wickels mit Elektrolytflüssigkeit wird das aus dem Wickel 10, dem Deckel
14 und den Zuführstiften 15 und 16 bestehende Bauelement in den Becher 10 eingesetzt
und der Deckel mit dem Becher vorzugsweise durch Wärmebehandlung, beispielsweise
durch Hochfrequenzschweißen oder auch durch Kleben dicht verbunden.
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Wenn im Becher oder im Deckel eine Imprägnieröffnung vorgesehen ist,
kann das Imprägnieren des Wickels auch nach Verschluß des Kondensatorgehäuses erfolgen.
Die Imprägnieröffnung ist dann nach der Imprägnierung zu verschließen, was ebenfalls
durch Wärmebehandlung, Kleben oder sonst geeignete Weise geschehen kann. . Für den
Fall, daß der Boden des Gehäuses als Abstandhalter für die Stifte verwendet wird
(F i g. 8 und 9) erfolgt der Fertigungsablauf grundsätzlich in gleicher Weise, wie
oben beschrieben. Der Kondensator wird in diesem Fall durch einen glatten Deckel
verschlossen.
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Alle angeführten Verfahrensschritte der Kondensatorherstellung können
automatisch durchgeführt werden. Dies gilt auch für die Kontaktierung der Anschlußfahnen
mit den Anschlußstiften, was bisher vor allem deshalb manuell durchgeführt werden
mußte, weil diese Kontaktstelle bei den bekannten Kondensatoren schwer zugänglich
ist. Ein nachträgliches Biegen der Anschlußstifte auf das gewünschte Rastermaß ist
unnötig, da bereits die vorgefertigten Einzelteile auf dieses Maß genau abgestimmt
sind.
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Der Kondensator nach der Erfindung weist eine ausgezeichnete Dichtigkeit
auf, die auch höheren Temperaturen widersteht, er besitzt eine glatte Auflagefläche
und genau definierte geometrische Abmessungen und Rasterabstände seiner Zuleitungen.
Er kann bei hoher Qualität preiswert und in Massenfertigung hergestellt werden.