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Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Güte einer Aluminiumfolie
und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Bestimmen der Güte einer Aluminiumfolie,
die zur Herstellung von Slektro lytkondensatoren dienen soll, indem die Folie in
einem Behandlungsbad mit wäßrigem Elektrolyten an Meßelektroden vorbeigeführt wird.
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Zur Herstellung von Aluminiumelektrolytkondensatoren werden als Anoden
aufgerauhte oder glatte, formierte Aluminiumfolien benötigt. Bei der Formierung
wird durch anodische Oxidation in elektrolytischen Bädern eine im fertigen Kondensator
als Dielektrikum dienende Oxidschicht auf die Aluminiumfolie aufgebracht. Nach der
Formierung werden von den Folien Stücke in bestimmte Länge und Breite zu Elektrolytkondensatoren
mit vorgegebener Kapazität verarbeitet. Dazu müssen die Gütemerkmale der Anodenfolie
wie flächenbezogene Kapazität (im folgenden spezifische Kapazität genannt), Verlustfaktor,
flächenbezogener Reststrom und Porosität (nur bei' Elektrolytkondensatoren mit Doppelanoden)
bekannt sein.
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Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren für Elektrolytkondensatoren
ist es üblich, diese Werte erstznach Abschluß des Formierprozesses anFolienproben
von Anfang und Ende der z.B.
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1000 m langen Folienrolle zu bestimmen, wobei diese Meßwerte als repräsentativ
für die gesamte Folie angesehen werden. Durch die unvermeidlichen, und bei diesem
Meßverfahren meist nicht
erfaßten, Streuungen der spezifischen Kapazität.
über die gesamte Folienlänge werden Kapazität-Toleranzausfälle verursacht bzw. wird
- um Toleranzunterschreitungen zu umgehen unnötig viel Material und Wickelzeit benötigt,
da nach DIN 41 372 hohe Plustoleranzen für die Kapazität von Elektrolytkondensatoren
zugelassen sind. Die Fertigung von Elektrolytkondensatoren mit engerem Toleranzbereich
setzt dagegen eine umfangreiche und aufwendige Anfertigung von Probewickeln zur
Ermittlung der richtigen Länge der Anodenfolie voraus.
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Aus der DL-PS 37 069 ist ein Verfahren zur laufenden Ermittlung des
jeweiligen Aufrauhgrades geätzter und formierter Aluminiumfolien und eine Vorrichtu?g
zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Die Ermittlung des Aufrauhgrades erfolgt
dadurch, daß die Anodenfolien in einer mit einem Zleßelektrolyten niedriger BeitfähigKeit
gefüllten rIeßwanne über zwei in geringem Abstand von der Folie nebeneinander angeordnete
Meßelektroden geführt wird, wobei das Ergebnis der Reihenschaltung der Kapazitäten
zwischen den Oberflächen der Meßelektroden und den Jeweils an diesen vorbeigeführten
Flächen der Anodenfolie laufend an einer Meßeinrichtung angezeigt wird. Da dieses
Verfahren zur laufenden Ermittlung des Aufrauhgrades einen Elektrolyten niedriger
Leitfähigkeit erfordert, wird eine besondere eßwanne benötigt.
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Außerdem kann mit Hilfe dieses Verfahrens nur der Aufrauhgrad bestimmt
werden, wobei die messung selbst mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist, da
die erfaßte Folienfläche nicht genau bestimmt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei welchem die kontinuierliche
Bestimmung von spezifischer
Kapazität, Berlustfaktor, flächenbezogenem
Reststrom und Porosität von aufgerauhten und formierten Aluminiumfolien, die zur
Herstellung von Elektrolytkondensatoren dienen, innerhalb des Formierbades mit großer
Genauigkeit vorgenommen werden kann..
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöste daß die Aluminiumfolie
:innerhalb'des als Behandlungsbad dienenden Xormierbades am Ende der Formierung
zwischen zwei .tleßelektFoden hindurchgeführt wird, die vnn zwei Schutzringelektroden
umgeben sind, daß zur Bestimmung der spezifischen Kapazität und des Verlustfaktors
s;Ieß- und Schutzringelektrode mittels einer automatischen Regeleinrichtung auf
gleichem Potential (Amplitude und Phase) gehalten werden, daß zur Bestimmung der
Porosität die Jeßelektrode auf der einen Seite der Folie abgeschaltet wird, und
daß die Bestimmung des flächenbezogenen Reststromes mittels einer stabilisierten
Gleichspannung erfolgt.
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Dadurch daß' die Meßelektroden von Schutzringelektroden umgeben sind,
welche bei der Bestimmung der spezifischen Kapazität und des Verlustfaktors mittels
einer automatischen Regeleinrichtung auf gleichem Wechselspannungspotential gehalten
werden, wird erreicht, daß ein homogenestelektrisches Feld zwischen den Meßelektroden
herrscht, d.h. daß die vom elektrischen Feld durchsetzte Yolienfläche immer gleich
groß ist, unabhängig von der Entfernung der Meßelektroden voneinander. Damit wird
eine genaue Bestimmung der spezifischen Kapazität ermöglicht. Außerdem wird stets
der genaue Verlustfaktor der gesamten Meßanordnung (einschließlich Elektrolytwiderstand)
gemessen. Durch Schaltungsmaßnahmen ist sichergestellt, daß Leitfähigkeitsschwankungen
des Elektrolyten im Formierbad im Bereich von 1:5 keinen Einfluß auf das Ergebnis
der Kapazitätsmessung haben.
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Wird die Meßelektrode auf der einen Seite abgeschaltet, so wird bei
nicht porösen Folien nur die Kapazität der der eingeschalteten leßelektrode zugewandten
Seite (also die halbe Kapazität) gemessen. Bei porösen Anoden wird dagegen auch
die der eingeschalteten Meßelektrode abgewandte Folienfläche je nach Porösität mit
erfaßt. Dadurch besteht die Ilöglichkeit, die Doppelancdeneigenschaften bereits
im Formierbad zu messen.
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Die zur Messung des flächenbezogenen Reststromes angelegte Gleic:nspannung
bewirkt gleichzeitig eine Polarisationsspannung zwischen der zu prüfenden Folie
und den Meßelektroden, womit ein kathodischer Korrosionsschutz der metallischen
Meßelektroden bewirkt wird.
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Weiterhin ist es von Vorteil, daß alle Messungen innerhalb des Formierbades
bei kontinuierlich durchlaufender Folie vorgenommen werden können. Die fortwährende
Qualitätskontrolle über die gesamten Folienlänge ermöglicht eine bessere Fertigungssteuerung
bei verringertem Prüfaufwand, eine Einsparung von Wickelmaterial und eine Fertigung
mit Verengung der Kapazität-Toleranzbereiche.
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Außerdem werden Störungen, die während des Fornierprozesses auftreten,
sofort bemerkt und können durch entsprechende maßnahmen behoben werden. So können
z.B. durch eine entsprechende Veränderung der Formierspannung Streuungen der Kapazität
ausgeregelt werden.
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Neben der Fertigung von Anodenfolien kann auch die Fertigung von Kathodenfolien
für Elektrolytkondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung
überwacht werden. Da die Kathodenfolien nach der Aufrauhung in der Regel mit einer
dielektrisch wirkenden Passivierungsschicht versehen werden, kann bei
ihnen
eine kontinuierliche Bestimmung von spezifischer Kapazität, Verlustfaktor und flächenbezogenem
Reststrom. vorgenommen werden.
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Die Erfindun wird anhand eines in der Figur dargestellten !3lockschaltbildes,
welches ein AusführungsbeisDiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, näher
erläutert.
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Innerhalb des in der Zeichnung nicht dargestellten Formierbades wird
. die Aluminiumfolie 1 am Ende des Pormierprozesses zwischen zwei w;Ießelektroden
2, 3 hindurchgeführt. Die I.Ießelektroden 2,3 sind von zwei Schutzringelektroden
4, 5 umgeben.
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Das tileßverfaeren zur messung der spezifischen Kapazität der Aluminiumfolie
1 und des Verlustfaktors des durch die Aluminiumfolie 1 und die Meßelektroden 2,
3 gebildeten Ijeßkondensators beruht auf einer Strom-Spannungsmesserlg. Bei diesem
Jeßverfahren wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Regelverstärkers 6 und eines
phasengesteuerten Gleichrichters (Schaltungsblock 11 j die Spannung an der Ersatzserienkapazität
Cx des tleßkondensators konstant gehalten, wobei die Stromversorgung mittels des
Generators 7 erfolgt. Unter der Voraussetzung, daß die Kapazität Ov des Vorschaltkondensators
8 sehr klein gegen Cx ist, ist die Spannung an der Reihenschaltung Cx + Cv direkt
proportional Cx.
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Diese Spannung wird mit einer Wicklung des Übertragers 20 abgegriffen,
im Gleichrichter 9 gleichgerichtet und von dem Instrument 10 angezeigt. Da die Pläche
des Meßkondensators bekannt ist, läßt sich dieses Instrument so eichen, daß direkt
die spezifische Kapazität angezeigt wird.
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Ein zweiter gesteuerter Gleichrichter innerhalb des Schaltungsblocks
11 liefert die Spannung- am Ersatzserienwiderstand des
Meßkondensators.
Diese Spannung wird durch das Instrument 12 angezeigt. Da die Spannung an der Ersatzserienkapazität
konstant gehalten wird, läßt sich das Instrument 12 so eichen, daß direkt der Verlustfaktor
angezeigt wird, der sich bekanntlich als das Verhältnis der Spannung am Ersatzserienwiderstand
zur Spannung an der Ersatzserienkapazität definieren läßt.
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Die messung des flächenbezogenen Reststroms geschieht mit dem Instrument
15, das den Strom zwischen den eßelektroden 2, 7 und der Folie 1 anzeigt, der aufgrund
der tTeßspannung am Ausgang des stabilisierten netzteils 13 fließt.
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Damit die bisher beschriebenen Messungen mit großer Genauigkeit durchgeführt
werden können, muß an den Schutzringelektroden 4, 5 nach Betrag und Phase genau
das gleiche Potential herrschen wie an den Meßelektrode 2, 3, wobei die zur Aufrechterhaltung
des richtigen Schutzringpotentials notwendigen Ströme nicht über den Vorschaltkondensator
8 bzw. über das Restatrominstrument 15 fließen dürfen. Die Aufrechterhaltung des
richtigen Schutzringpotentials wird durch den Schaltungsblock 19 gewährleistet.
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Die Folie 1 wird mit der Meßschaltung an der Kontaktatelle 14 kontaktiert.
Zur Eliminierung von Meßfehlern durch ubergangswiderstände wird in Wirklichkeit
eine - in der Figur nicht dargestellte - dreifache Kontaktierung durchgeführt.
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Zur messung der Porosität kann mit dem Schalter 16 eine Meßelektrode
abgeschaltet werden.
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Die Drossel 17 und die Kondensatoren 8 und 18 dienen der.Entkopplung
von Tteßwechsel- und eßgleichspannung. Damit die eigentliche
Meßelektronik
geerdet betrieben werden kann, sind bei hohen Spannungen der Folie 1 gegenüber Masse
die Übertrager 20, 21 notwendig.
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1 Figur 2 Patentansprüche