DE2014451B2

DE2014451B2 - Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE2014451B2
Application number: DE19702014451
Authority: DE
Inventors: Kenneth Drew Beard; Godfrey Roy Pearce; Donald Lloyd Shively
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1969-03-27
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1973-11-15
Also published as: GB1308336A; DE2014451A1; DE2014451C3; BR7018311D0; FR2040105A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit einem Gehäuse, das mit drei am Gehäuse abgenützten, aneinanderliegenden Dichtungsscheiben verschlossen ist, deren innere und äußere Scheibe aus einem harten Material und die mittlere Scheibe aus gummielastischem Material bestehen und die Öffnungen für den Durchgang der Anschlußelektroden aufweisen.

Elektrolytkondensatoren der vorstehend genannten Art mit einer aus wenigstens drei Scheiben Lebildeten Dichtung sind aus der, L SA.-Patentschriften 3 319 133 und 3 428 S69 bekanntgeworden.

ίο Diese bekannten Dichtungen für Elektrolytkondensatoren erfüllen jedoch nicht alle an sie zu stellenden Forderungen. Dichtungen für ElektrolytkonJensatoren sollen nämlich die folgenden Forderungen erfüllen: Sie sollen das Kondensatorinnere praktisch hermetisch abschließen und mit dem Elektrolyten nicht chemisch reagieren.

Sie sollen gut isolieren und die Fähigkeit besitzen. Gase aus dem Kondensatorinneren austreten zu lassen. Die letztgenannte Eigenschaft ist wichtig, weil im Betrieb des Kondensators hohe Innendrücke und hohe Temperaturen auftreten können. In einem solchen Fall müssen Gase aus dem Kondensator austreten können, damit Druck und Temperatur sich wieder reduzieren könner.

Sie sollen weiterhin in einem großen Temperaturbereich mechanisch stabil sein.

Schließlich sollen sie höchstens in geringem Maß Elektrolytmaterial und Feuchtigkeit aufnehmen, weil sie sonst elektrisch leitfähig werden können.

Beim Elektrolytkondensator nach der USA.-Patentschrift 3 319 133 ist nun eine aus drei Scheiben bestehende Dichtung vorgesehen, von denen die erste innere als starre, aus synthetischem Gummi auf Phenolbasis bestehende Scheibe und die dritte äußere als starre Scheibe ausgebildet sind, während die zweite mittlere hinsichtlich der Mateuciwahl nicht näher definiert ist. Wie im folgenden an Hand weiterer bekannter Dichtungsmöglichkeiten noch ausgeführt wird, sind jedoch Materia'ien auf Phenolbasis mit Nachteilen behaftet, weil sie zuviel Elektrolytmaterial aufnehmen können. Dies macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn die innere, dem Elektrolyten am nächsten liegende Scheibe aus einem derartigen Material besteht.

Beim Elektrolytkondensator nach der USA.-Patentschrift 3 428 869 ist eine aus vier Scheiben bestehende Dichtung vorgesehen. Die innere, dem Elektrolyten pm nächsten liegende Scheibe ist dabei als mit Harz getränktes Laminat oder als faserplatte ausgebildet.

Ohne die auf diese innere Scheibe folgenden Scheiben genauer zu betrachten, kann gesagt werden, daß derartige Laminate oder Faserplatten zuviel Elektrolytmaterial aufnehmen können, so daß sich auch dabei die schon genannten Nachteile ergeben.

Es ist weiterhin bekannt, eine Dichtung in der in F i g. 1 gezeigten Weise auszubilden. Ein innerer Gummidichtungsring 1, der aus Dichtungsgründen Kohlenstoff oder anderes Material als Füllmaterial enthält, ist in einem Kondensatorgehäuse 2 an einer vorspringenden Kante 3 angeordnet. Ein Bakelit- oder Phenolharzteil 4 wird dann über dem Gummiring 1 angeordnet, und der Kondensator wird an der mit dem Bezugszeichen 5 versehenen Stelle gefalzt, so daß die Dichtung festgehalten wird. Durch die Dichtung verlaufen Anodenleitungen, die an Anschlußklemmen 7 durch Löten, Schweißen oder andere bekannte Maßnahmen befestigt werden.

Eine andere bekannte Möglichkeit ist in Fig. IA

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gezeigi. Hier ist ein Phenolharzring in einem Kondensatorgehäuse 2 A an einer sorspringenden Käme 3 A angeordnet. Auf dem Ring 1 A ist eine Gumnii-.chicht

4 A angeordnet, die wieder Kohlenstoff oder anderes Füllmaterial enthält. Über dem Gummiring ist eine zusätzliche Phenolhtr.isehicht 5 A angeordnet. Durch die in den Teilen 1 A. 4 A und 5 A gebildeten Öffnungen verlaufen Anodenleitungen 6 A. die mit tier Anschlußklemme 7 A verlötet oder anderweitig befestigt sind.

Die in den F i g. 1 und 1 A gezeigten Dichtungen sind nicht völlig zufriedenstellend, weil sie bei hohen Temperaturen auf G: und der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der ve· ■.endeten Materialien schlechte Dichtungseigenschai.cn besitzen. Auch bei großer Feuchtigkeit und großen Spannungigradienten zwischen benachbarten Teilen der Dichtung sind die Dichuingseigenschafien bei Dichtungen nach den Fig. 1 und 1 A schlecht.

Insbesondere Bakelit und Phenolharze neigen bei großer Feuchtigkeit zum Verziehen \:id Verbiegen. Weiterhin neigen Bakelit und Phenolharze dazu, bis zu

5 Gewichtsprozent des Elektrolyts zu absorbieren. Da der Elektrolyt niederohmig ist. besitzt dann auch die Dichtung einen geringen Isolationswiderstand. Das führt zu hohen inneren elektrischen Verlusten, was wiederum hohe Temperaturen zur Folge hat Bei hohen Temperaturen sind aber die Dichtungsetgenschaften von Bakelit und Phenolharzen nicht besonders gut.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolytkondensator mit einer Dichtung anzugeben, welche die oben angegebenen Forderungen vollständig erfüllt.

Bei einem Elektrolytkondensator der eingangs genannten Art wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die innere Dichtungsscheibe .us einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, Polstyrol. Mischpolymerisate aus Äthylen und Propylen, Äthylen und Butylen, Äthylen und Styrol, Propylen und Butylen, Propylen und Styrol, und daß dieser Kunststoff eine Zugfestigkeit von 246 bis 563 kg'cm², eine Streckbarkeil von 100 bis 350¹V₀, eine Härte zwischen etwa 50 bis 100 Shore der D-Skala aufweist, Feuchtigkeit bzw. den Elektroly'en zu nicht mehr als etwa 1 Gewichtsprozent seines Eigengewichts absorbiert und die mittlere Dichtungsscheibe aus natürlichem oder synthetischem Gummi besteht, der eine Starrheit von 10 bis 70, gemessen am A-Skala-Durameter, aufweist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sowie die durch sie im einzelnen erzielten Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der F i g. 2 bis 4.

Die F i g. 1 und 1 A zeigen Schnittansichten von Dichtungen nach dem Stand der Technik;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektrolytkondensator;

F i g. 3 zeigt eine Darstellung der auseinandergezogenen Teile eines erfindungsgemäßen Elektrolytkondensators;

F i g. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung.

Bei dem Elektrolytkondensator gemäß der Erfindung werden die obenerwähnten Schwierigkeiten überwunden. Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. besitzt dieser Elektrolytkondensator eine in einem Kondensatorgehäuse li angeordnete Dichtung 10 mit einer Vinylpolymerscheibe 12. einer Gummischeihe 13 und einer relativ starren Scheibe 14. Die starre Scheibe kann beispielsweise durch L'mfalzen des Gehäuses bei 15 befestigt werder.

Die Polymerscheibe 12 soll die folgenden Eigenschaften haben: Sie darf wenig Feuchtigkeit und ElektroK!material aufnehmen und darf im wcscntliehen mit dem Eic trolv!material nicht reagieren. Bei den bekannten Dichtungen, bei denen der Elektrolyt von der Dichtung aufgenommen wird, treten wesentliche elektrische Verluste und hohe Betriebstemperaturen auf. die wiederum schlechte Diehtungseigenschaften zur Folge haben. Rs ist deshalb sehr wichtig, daß die Dichtung im wesentlichen keine Feuchtigkeit oder Elektrolytrnatcrial absorbiert. Vorzugsweise soll die Dichtungsscheibe 12 weniger als 1" ,,. vorzugsweise unter 0.5" „. in. j noch besser unter 0.2" „ des eigenen Gewichts absorbie.en.

Eine andere wichtige Eigenschaft der Dichtungsscheibe 12 ist die, daß sie gute Gas^urchlaßeigenschaften für den Fall aufweist, daß hohe Temperaturen und hoher Druck entstehen, welche aus unsachgemäßem Betrieb oder gestörtem Betrieb herrühren können. Wenn ein polymeres Material für die Scheibe 12 in F i g. 2 des erfindungsgemäßen Elektrolytkondensators verwendet wird, schmilzt es lediglich und ermöglicht ein Freiwerden der Gase und eine Verminderung des Druckes, sonst w ürde der Kondensator Feuer fangen oder explodieren, was für das Gerät, in dem sich der Kondensator befindet, gefährlich oder schädlich wäre.

Eine weitere Eigenschaft der Dichtungsscheibe 12 ist die, daß sie höhere Temperaturen aushält, noch flexibel bleibt und gute Dichtungseig.'nschaften aufweist. Vorzugsweise sollten Temperaturen unter —7 und über 3S'C zugelassen werden können.

Eine weitere Eigenschaft der Scheibe 12 ist die, daß sie gute Zugfestigkeit und Härte bei Zimmertemperatur hat. Die Zugfestigkeit beträgt vorrugsweise ungefähr 246 bis 563 kg/cm². Die Härte beträgt zweckmäßig ungefähr 50 bis 100 der Shore-Härte D-Skala, vorzugsweise 60 bis 90.

Schließlich soll die Dichtungsscheibe 12 die Eigenschaft haben, daß eine geringe Gasmenge allmählich entweichen kann, die von kleinen Mengen des verdampfenden Elektrolyts herrühren kann. Damit wird das Entstehen eines hohen Druckes im Kondensator

;- vermieden, was — wie bereits erwähnt — entweder zu einer Explor'on und/oder hohen Temperaturen führen koiinte. Es ist daher eine wichtige Eigenschaft der Scheibe 12, daß sie fähig ist. kleine Gasmengen allmählich austreten zu lassen. Das wird noch durch Entgasuncsöffnungen 22 und 27 sowie durch eine kleine Entgasungsöffnung 32 gemäß F i g. 3 erleichtert.

Es hat sich gezeigt, daß die vorstehenden Eigenschaften durch Verwendung einer thermoplastischen Vinylpolymer-Dichtungsscheibe erreicht werden.

Mit der Bezeichnung Polymer sollen nicht nur Polymerisate, sondern auch Copolymerisate und Terpolymerisate usw. gemeint sein.

Mit der Bezeichnung thermoplastische Vinylpolymerdichtungsscheibe ist eine solche gemeint, die sehr wenig Feuchtigkeit und Elektrolytmaterial aufnimmt, die mit dem Elektrolyt im wesentlichen nicht reagiert, die Gase, die sich im Kondensator gebildet haben,

allmählich entweichen läßt, die hohe Betriebstemperaturen aushält und die eine gute Festigkeit und Härte bei gewöhnlichen Temperaturen aufweist.

Vorzugsweise besitzt die Vinylpolymer-Dichtungsscheibe die folgenden Kennzeichen:

Eigenschaft	ASTM Test	Breiter Bereich	Bevorzugter Bereich	Optimal
Fließgeschwindigkeit	D-1238 bei 23O^CC und	20 bis 60 g/10 min	35 bis 50 g/10 min	35 bis 45 g/10 min
	2160 g Belastung
Zugfestigkeit	D-638 Geschwindigkeit	246 bis 563 kg/cm²	282 bis 492 kg/cm²	316 bis 422 kg/cm²
	5,08 cm/min
Höchste Streckbar
keit	D-638 Geschwindigkeit	100 bis 350 7o	125 bis 300%	150 bis 250 °/₀
	5,08 cm/min
Shore-Härte	D-1706	50 bis 100	60 bis 90	65 bis 80
		D-Skala	D-Skala	D-Skala
Hitze verzerrung ...	D-648 4,64 kg/cm²	100 bis 125^: C	105 bis 120"C	100 bis 115 C
	(anccl. Belastung)
Spezifisches Gewicht	D-792 bei 25⁰C	0.85 bis 0,95	0,88 bis 0,93	0,90 ± 1

Gute Materialien sind Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, Polystyroj und Copolymerisate von Äthylen und Propylen, Äthylen und Butylcn, Äthylen und Styrol, Propylen und Butylen, Propylen und Styrol. Da eine gewisse Härte für die Scheibe 12 gefordert wird, werden vorzugsweise kristalline Polymerisate und Copolymerisate verwendet. Die Kristallinität kann entweder isotaktischer oder syndioUiktischer Natur sein.

Die Vinylpolymer-Dichtungsschcibe enthält außerdem vorzugsweise Stabilisatoren, die Reaktionen mit dem Material reduzieren. Stabilisatoren gegen chemische Angriffe, wie beispielsweise Oxydation und Ultraviolettstrahlung, können in der Dichtungsscheibe enthalten sein. Gute bekannte Stabilisatoren sind Phenole, d. h. 2,6-di-tert-Butylphenol, 4,4'-bis-(2,6-ditert-Butylphenol) und Oktadecyl 3-(3.5-di-tert-Butyl-4-Hydroxyphenyl)-Propionat, Dilauryl-3,3'-Thiodipropionat; Hydroxybenzophenon. Hydroxyphenylbenzotriazol und Phenylsalicylat. Darüber hinaus sind aber auch andere Stabilisatoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar.

Als Material für die Dichtungsscheibe 12 ist Polypropylen bevorzugt. Während Polypropylen mit syndiostatischer Kristallisation auch verwendet werden kann, ist das vorzugsweise verwendete Polypropylen kristallines Polypropylen mit isotaktischer Kristallisation. Polypropylen hält praktisch Temperaturen von —40 bis —100"C aus. Polypropylen absorbiert sehr wenig Feuchtigkeit und sehr wenig Elektrolytmaterial. Polypropylen hat eine Schmelztemperatur, bei der unter ungünstigen Betriebsbedingungen erzeugte Gase entweichen können, ohne daß der Kondensator explodiert oder in Brand gerät. Polypropylen läßt außerdem gut Gas ^urch, so daß im Elektrolyten erzeugte geringe Gasmengen durch das Polypropylen sehr gut entweichen können. Polypropylen ist für diesen Zweck relativ billig. Hercules Profax 6551 (eingetragenes Warenzeichen) ist ein gutes kommerziell erhältliches Produkt.

Die Dichtungsscheibe 13 hingegen ist flexibler und kann eine Starrheit in einem Bereich von ungefähr 10 bis 70, vorzugsweise 15 bis 60, gemessen am A-Skala-Dirameter, besitzen. Diese Scheibe kann vorzugsweise aus jedem bekannten natürlichen oder synthetischen Gummi hergestellt werden, beispielsweise aus Polyisopren, Polybutadien usw., die wenig oder im wesentlichen kein Kohlenstoffüllmittel enthalten. Kohlenstoff wird im Gummi einiger bekannter Dichtuiigsteile verwendet. Kohlenstoff ist jedoch unerwünscht, weil er ein elektrisch leitendes Material ist.

Die Dichtungsscheibe 14 dient dazu, der Dichtung insgesamt Festigkeit zu verleihen. Sie kann aus jedem relativ starren Kunststoffmaterial oder aus Metall

Flexibilität und der Kosten bevorzugt. Für dicken Zweck sind beispielsweise Bakelit oder Phenolharze geeignet. Es können auch andere starre Polymermaterialien für die Scheibe 14 verwendet werden. Der Wickelkondensatorkörper 16 besitzt zwei Elek-

troden, von denen mindestens eine einen dielektrischen 0\idfilm aufweist. Gebräuchliche Gleichstroinkondensatoren besitzen nur eine formierte Elektrode, während Wechselstrombaueinheiten gewöhnlich zwei haben.

Der Elektrolyt kann ein bekannter Flüssigkeitsimprägnier-Elektrolyt sein. Zum Beispiel besteht ein Elektrolyt aus Wasser, Äthylenglykol, Borsäure und Ammoniak. Es ist jedoch verständlich, daß auch andere Imprägnierungselektrolyte verwendet werden können, wie z. B. Essigsäureelektrolyte. die Phenolharze und Bakelit als innere Dichtung wie z. B. 22 nach Fig. 2, angreifen.

Der flüssigkeitsimprägnierte Kondensatorkörper 16 hat einen oder mehrere Kontakte oder Anschlüsse 17, die vom Körper abstehen und die durch Öffnungen ir den Dichtungsscheiben 12 und 14 verlaufen. Weiterhir ist ein Kathodenkontakt 24 am Gehäuse vorgesehen Die Kontakte 17 werden mit den Anschlußklemmen teilen 18 mittels Ösen 19 in Verbindung gehalten

An die Klemmen 18 können Leitungen (nicht darge stellt) angelötet oder angeschweißt werden.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Polymerscheibe Ii und die relativ starre Scheibe 14 eine Vielzahl voi Öffnungen 2i, 22, 23, 26, 27 bzw. 28 enthalten. Dii

Öffnungen 21, 23, 26 und 28 sind zur Durchführung der Kontakte 17 und 24 vorhanden. Die Öffnungen 2. und 27 dienen zur Entgasung des Kondensaters be höheren inneren Drücken. Auch die Gummistheibe 1 weist Öffnungen für di Kontaktteile auf. Dies

Öffnungen können dieselbe '.^;orm wie dit Öffnungen 21 22, 26 und 27 besitzen. Es ist jedoch bevorzugt, da sie in Form von Durchdringungen 31, 32 und 3 ausgebildet sind. Durch Durchstoßen der Gumnr

formierten Elektroden we _{stoff cbe},spielswcise Gummi ebonr _{dgr Selbstheilungs}.

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geformt ^Jj^mSeruiei usw. Das Gehäuse J⁴ °^^unf ⁿ _und 3 _beschrieben worden sind. Aluminium, ^^_e ^U _r ^m _Bä_etallzusammensem.ng be- den t ^ _{use und die Dichtung konne}r

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen^

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolytkondensator mit einem Gehäuse, das mit drei am Gehäuse abgestützten, aneiiiar.derliegenden Dichtungsscheibe!! verschlossen ist. deren innere und äußere Scheibe aus einem harten Material und die mittlere Scheibe aus gummielastischem Material bestehen und die Öffnungen für den Durchgang der Anschlußelektroden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dichtungsscheibe (12) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Polyäthylen, PoKprop-.lon. Polybutylen. Polstyrol, Mischpolymerisate aus Äthylen und Propylen, Äthylen und Buiylen, Äthylen uir! Styrol, Propylen und Buiylen. Propylen und Styrol, und daß dieser Kunststoff eine Zugfestigkeit von 246 bis 563 kg/cm'-, eine Streckbarkeit \on 100 bis 350° ₀. eine Härte zwischen etwa 50 bis 100 Shore der D-Skala aufweist. Feuchtigkeit bzw. den Elektrolyten zu nicht mehr als etwa 1 Gewichtsprozent seines Eigengewichts absorbiert und die mittlere Dichtungscheibe (13) aus natürlichem oder synthetischem Gummi besteht, der eine Starrheit von 10 bis 70, gemessen am A-Skala-Durameter. aufweht.

2. Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dichtung (12) wenigstens teilweise kristallin i^r*.

3. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dichtung (12) stabilisierende Agenzien enthält.

4. Kondensator nach einem der vorangehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dichtung (12) wenigstens eine Entgasungsöffnung (22) aufweist.

5. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Dichtung wenigstens eine Entgasi;ngsöffnung (27) aufweist.

6. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsöffnung (32) in der mittleren Dichtungsscheibe (13) kleiner ist als die ihr entsprechenden Entgasungsöffnungen (22, 27) in der inneren und äußeren Dichtungsscheibe (12, 14).

7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsöffnung (32) durch die mittlere Dichtungsscheibe (13) durchstoßen ist.

8. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dichtungsscheibe (13) zwei Schichten (51, 52) aufweist, von denen die eine aus vulkanisiertem Gummi und die andere aus nicht vulkanisiertem Gummi besteht.

9. Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Entgasungskanal (56) durch die innere der beiden Schichten (51, 52) erstreckt und die äußere der beiden Schichten (51) durchstoßen ist.