DE1489839A1 - Kondensator,insbesondere Elektrolyt-Kondensator - Google Patents

Description

• Kondensator, insbesondere Blektrolyt-Kondenaator Die Erfindung betrifft Kondensatoren, insbesondere Elektrolyt-kondensatoren, und bezieht sich auf Maßnahmen, welche eine schäd- liche Atmosphäre in hermetisch abgedichteten Gehäusen derartiger Kondensatoren verhindern sollen.
• Hei Kondensatoren, wie Aluminium- und Tantal-Elektrolyt-Kondensatoren, bei welchen in einem äußeren, hermetisch dicht abgeschlossenen Ge-häuse abgedichtete Einzelkondensator-Zellen angeordnet und diese in Reihe geschaltet sind, ist es schwierig, einen hohen Isolationswiderstand an dem isolierenden Teil der hermetisch dichten Durchführung aufrecht 2u erhalten.
• Das Isolierproblem ist besonders kritisch, wenn Elektrolyt-Kondeneatoren in einem Gehäuse eingeschlossen sind, weil Feuchtigkeit und säurehaltige Gase aus den einzelnen Zellen an den Dichtunge- seheiben vorbei austreten und sich im Innern des gemeinsamen Außen- gehäuses sammeln. Die Luft innerhalb des äußeren, hermetisch dichten Gehäuses, Welche die einzelnen Zellen umgibt, wird mit Wasserdampf angereichert bzw. gesättigt und kommt mit den flüchtigen Komponenten aus dem innerhalb der einzelnen Zellen vorhandenen Elektrolyten in Berührung, da diese Komponenten zum Teil die Abdichtungen der einzelnen Zellen durchdringen. Die aus dem Elektrolyten freiwerdenden Gase können beträchtlich variieren, je nach der Blektrolyt-Zusammensetzung, der Temperatur und dem Ausmaß der Kondensator-Beanspruchung. Im Falle von Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren, bei denen Äthylen-Glyeol die eine Komponente des Elektrolyten ist, können gewisse flüchtige Reduktionsprodukte des Glycole gebildet werden, die, elektrolytischer Natur, wenn sie mit der Feuchtigkeit zusammenkommen, einen elektrolytischen, leitenden Weg über die Isolierstrecke der hermetisch dichten Durchführung bilden, sobald an den Isolierflächen Feuchtigkeit kondensiert. Im falle von flüssigen Tantal-Elektrolyt-Kondensatoren, bei welchen Zellen mit gesinterten oder Folien-Anoden Verwendung finden, insbesondere, wenn diese Zellen für höhere Spannungen in Reihe geschaltet sind und bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, verunreinigen Feuchtigkeit zusammen mit den Uasen, die'aus einer teilweisen Zersetzung des Elektrolyten entstehen, die Atmosphäre um die Zellen und innerhalb des hermetisch dichten Gehäuses, wenn diese Gase die Dichtungen der einzelnen Zellen durchdringen. Dieser Zustand ist besonders dann gegeben, wenn die` Zellen einen Schwefelsäure-Blektrolyten enthalten. Im Betrieb werden dann, wie bekannt, verschiedene Gase, wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxyd, gebildet. Wenn die Atmosphäre zwischen den Innenzellen und dem Außengehäuse mit Gasen und zusätzlich mit Feuchtigkeit verunreinigt wird, kondensiert die Feuchtigkeit an der Innenoberfläche des Gehäuses und nimmt dabei zumindest einen.Teil der Gase auf, wodurch Korrosion an einigen Aufbauteilen des Kondensators entsteht. Dieses Kondensieren der Feuchtigkeit findet auch auf dem isolierenden Glas- oder Keramil"-hörper der hermetisch dichten Durchführung statt; 1...@-rdurc:l entsteht ein elektrisch leitender Oleg, der einen starken Anstieg des elektrischen Reststromes des Kondensators zur Folge hat. Außerdem führt dieser, über die Isolierung zwischen den Stromanschlüssen fließende Reststrom-Anteil zu einer Korrosion derselben. Es ist bekannt, diese Nachteile dadurch zu verringern, daß in dem äußeren, später hermetisch abgedichteten Gehäuse während des Uachf ormier-vorganges zunächst ein Loch gelassen wird, um Feuchtigkeit tind Gase, die aus den einzelnen Zellen kommen, austreten zu lassen. Wach der Nachformierun- wird das Loch zugelötet. Beim späteren Betrieb des Kondensators werden aber trotzdem, besonders bei erhöhten Temperaturen, zusätzlich 1'euchtigkeit und Gase aus den einzelnen Zellen frei; dies führt an den Anschlüssen zu zusätzlichen Restströmen beträchtlicher Höhe, welche die elektrischen Eigenschaften des Kondensators wesentlich verschlechtern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator zu schaffen, bei welchem die schädlichen Wirkungen von Feuchtigkeit und Gasen speziell bei Elektrolyt-Kondensatoren reduziert oder ganz verhindert werden. Vor allem gilt dies für Elektrolyt-Kondensatoren mit mehreren Kondensator-Zellen in einem gemeinsamen, hermetisch dichten Ge-Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß in dem Kondensator chemische Stoffe vorgesehen sind, welche die schädlichen Folgen von Feucht*eit in Verbindung mit Gasen abschwächen oder völlig verhindern. Die Figuren zeigen schematisch in einem xusführungabeispiel den Aufbau eines erfindungsgei4äßen Kondensators: Fig. 1 zeigt den Elektrolyt-Kondensator im Längsschnitt. Fig-. 2 zeigt die einzelnen Teile dieses Kondensatorsr nebeneinanderliegend im Öchrägriß gezeichnet. Die in dem Kondensator vorgesehenen chemischen Stoffe haben die Fähigkeit, die aus den einzelnen Zellen während des Betriebs freiwerdenden korrosiven Gase sowie den Üasserdampf zu absorbieren. Diese Stoffe vermögen auch z.B. Kohlendioxyd aus der Luft zu absorbieren und so deren elektrolytische Leitfähigkeit zu reduzieren. Die verwendeten trocknenden oder entwässernden Stoffe sind Silicagel, Aluminiumoxyd, Calciumsulfat, Caleiumoxyd, Strontiumoxyd und Bariumoxyd. Die geeignetsten Typen sind jene, die beim Absorbieren von Wasserdampf nicht wässrige Lösungen erzeugen, da wässrige Lösungen meistens leitfähig werden, im Gegensatz zu trockenen und im allgemeinen praktisch nichtleitenden Verbindungen. Wenn Verbindungen, die leicht Wasser absorbieren, sich dabei aber verflüssigen und auch leitfähig werden,zur Anwendung kommen, dann würden die entstandenen Lösungen sich auch auf den Konstruktionsteil des Bauelements niederschlagen und dabei zu chemischer und elektrochemischer Korrosion Anlaß geben, sowie einen elektrischen Leckstrom über die Isolierstrecke des Anschlusses verursachen. Obwohl Silicagel, Aluminiumoxyd und wasserfreies Calciumsulfat nicht zu der letztgenannten Kategorie gehören und an sich gute Trocknungsmittel sind, haben sie nicht die zusätzlich erforderliche Eigenschaft, größere Mengen an Gasen, wie Schwefeltrioxyd, Schwefeldioxyd, Schwefelwasserstoff oder auch Kohlendioxyd usw. zu absorbieren. Die bevorzugten Verbindungen - und das ist für die vorliegende Erfindung wichtig - sind daher gewisse wasserfreie basische Verbindungen wie die Oxyde der Erdalkali, wie Barium, Calcium und Strontium. Diese Verbindungen, die von Natur basisch oder alkalisch sind, können sich in starkem Ausmaß mit den genannten Gasen sowie mit Wasserdampf beladen. Eine der genannten Verbindungen, nämlich Bariumoxyd, ist ein besonders gutes Trocknungsmittel und ist dem Silicagel, dem Aluminiumoxyd und sogar dein stark trocknenden wasserfreien Magnesiumperchlorat hoch überlegen. Wenn Bariumoxyd durch Reduktion von Bariumearbonat bei niedriger Temperatur erzeugt wird, ergibt sich eine hochporöse Form dieses Materials, welche den Feuchtigkeitsgehalt atmosphärischer Luft auf etwa 0,0006 mg pro Liter zu reduzieren vermag, während Silieagel, ein allgemein verwendetes Trocknungsmittel, eine Reduzierung der Feuchtigkeit der Luft nur auf ca. 0,03 mg pro Liter zu erreichen gestattet. _ Bei der Absorption von Wasserdampf werden die Oxyde der vorgenannten Erdalkalimetalle in die entsprechenden Hydroxyde umgewandelt, welche ebenfalls feste, praktisch nichtleitende Verbindungen sind. Bei der konstruktiven Berücksichtigung der Erfindung werden, da Trockenstoffe wie Silieagel, Aluminiumoxyd, wasserfreies Galciumsulfat und Stoffe mit relativ großer Gesamtoberfläche, wie z.B. sogenannte Molekularsiebe, aus vorgenannten Gründen in ihrer Wirkung begrenzt sind, vorzugsweise die Oxyde von Galcium, Strontiun und Barium in freie Räume des Kondensators zwischen die Zellen und zwischen diese und das Außengehäuse eingebaut. Die Stoffe können als pulveriges oder körniges Material #a oder in festen, den Hohlräumen in der Kondensator-Konstruktion ähnlichen Formen Verwendung finden. In letzterem Falle werden sie durch Nischen des pulverförmigen Materials mit einem geeigneten Binder und Pressen in die gewünschte Form erzeugt; dies muß natürlich in einer von Feuchtigkeit und Kohlendiöxyd freien Atmosphäre geschehen. Der verwendete Binder muß praktisch nichtleitend und bei den vorkommenden Betriebetemperaturen widerstandsfest sein und darf mit dem Trocknungsmaterial chemisch nicht reagieren. Gemäß Fig. 1 besitzt die Kondensator-Anordnung 10 ein rohrförmiges Gehäuse 11 aus korrosionsfestem Werkstoff wie nichtrostendem atahl. Etwa anliegend an die Innenseite dieses Gehäuses befindet sich eine vorgeformte zylindrische Isolierauskleidung 12, die dazu dient, einen elektrischen Kurzschluß der Kondensator-Zelle 13a mit dem Gehäuse 11 zu verhindern. Unterhalb der unteren Zelle 13a des vertikalen Zellenstapels befindet sich eine Bodenfeder 14 etwa scheibenförmiger Gestalt; mit ihrem Außenumfang liegt sie an der Innenwandung des bodens vom Gehäuse 11 an. Die Kondensator-Zellen 13a und 13b besitzen vorzugsweise je eine poröse Anode aus filmbildendem Metall, je einen Anodenkopf 15, einen flüssigen Elektrolyten, je eine Itietallkathode 16 und je eine federnde und elastische ßlektrolytdichtung (nicht gezeigt), die auch als Isolierung zwischen den Anoden 15 und den zugehörigen Kathoden 16 dient. Die Vertikalzusammenpressung der Zellen 13 bewirkt, daß vorgenannte elastiache Dichtung in besonderem Haße gegen ein Ausfließen des ßlektrolyten wirksam ist. Die Zelle 13a ist von einem Ring 17 aus Trocknungsstoff umgeben. Zwischen den beiden Zellen 13a und 13b befindet sich eine metallische Federscheibe 18, welche ebenfalls die gewünschte mechanische Vorspannung für die beiden Zellen mit aufrecht erhält. Die Scheibe 18 ist so gerformt, daß sie in eine korrespondierende konzentrische Nut in der Oberseite der Zelle 13a paßt und damit auch für die Zelle 13b radial die richtige Lage bewirkt. Die letztgenannte Zelle ist ebenfalls von einem Ring 19 aus Trocknungsstoff umgeben. Die obere Ansehlußseite 20 ist als Versehluß des offenen Endes den Gehäuses 11 ausgebildet. Sie besitzt einen mit Plansehen versehenen Hals 21 aus korrosionsfestem Werkstoff, wie rostfreiem Stahl. In dem Hals 21 befindet sich isoliert der Anschlußstift 22, der vorzugsweine aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht. Ein ringförmiger Isolierkörper 23 aus Glas ist in den Hals 21 und um den Anschlußstift 22 ge- schmolzen, zur Bildung einer hermetischen Glas-Metall-Diohtung. Am unteren Ende des Anschlußstiftes 22 befindet sich eine fingerförmige hasche 24 einer Kontaktscheibe 25; diese Lasche ist an den Stift 22 angeschweißt. Eine Glimmerscheibe 26 mit senkrechtem Rand isoliert den Hals 21 von der Kontaktscheibe 25. Im Bereich von 21 befindet sith ebenfalls ein Ring(27) aus Trocknungsstoff; dieser dient zum Absorbieren von Feuchtigkeit und das Gas im Bereich der Ansehluß-Durchführung. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt. Je nach den Erfordernissen können die Einzel-Kondensäor-Zellen so in das gemeinsame Gehäuse eingebaut werden, daß letzteres entweder positive oder negative Polarität besitzt.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Kondensator mit mehreren von in einem Gehäuse bestimmter Polarität hermetisch eingeschlossenen, elastisch abgedichteten und in Reihe geschalteten Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß in demselben StoffE zur Absorption von Feuchtigkeit und Gasen vorgesehen sind.
2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe bei Feuchtigkeitsaufnahme nicht ihre feste Struktur aufgeben.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffe vorzugsweise Bariumoxyd, Strontiumoxyd und/oder Calciumoxyd dienen.
4. 4. Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1 bis 3 mit einem an einem Ende zunächst offenen Gehäuse, innerhalb dessen die Abdichtung der einzelnen Kondensator-Zellen unter Pederdruck steht und der in Kontakt mit der Kathode der obersten Zelle stehende Anschluß das zentrale Durchführungsteil einer das Gehäuse lötdicht verschließenden T.Ietallglasdurchführung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der absorbierende Stoff Leerräume zwischen den Zellen und dem Gehäuse und/oder Leerräume in der Nähe der Glasdurchführungsinnenseite einnimmt.
5. 5. Kondensator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Körper aus dem absorbierenden Stoff (17,19,27) ringförmig sind und die Kondensator-Zellen (13a,13b) bzw. den AnschluBf22) umgeben.