DE2246421C3

DE2246421C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Güte einer Aluminiumfolie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2246421C3
Application number: DE19722246421
Authority: DE
Inventors: Otto Benz; Manfred Dipl.-Ing. Schoen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2246421A1; DE2246421B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Güte einer formierten Aluminium- folie für Elektrolytkondensatoren, bei dem die Folie am Ende der Formierung in einem Formierbad zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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 bestimmter Länge und Breite zu Elektrolytkondensatoren mit vorgegebener Kapazität verarbeitet. Dazu müssen die Gütemerkmale der Anodenfoüe wie flächenbezogene Kapazität (im folgenden spezifische Kapazität genannt), Verlustfaktor, flächenbezogener Reststrom und Porosität (nur bei Elektrolytkondensatoren mit Doppelanoden) bekannt sein.

Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren für Elektrolytkondensatoren ist es üblich, diese Werte erst so nach Abschluß des Formierprozesses an Folienproben von Anfang und Ende der ζ B. 100 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 verusacht bzw. wird — um Toleranzunterschreitungen zu umgehen — unnötig viel Material und Wickelzeit benötigt, da nach DIN 41332 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 Anodenfohe voraus.

Aus der DL-PS 37 069 ist ein Verfahren zur laufenden Ermittlung des jeweiligen Aufrauhgrades geätzter und formierter Aluminiumfolien und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt Die Ermittlung des Aufrauhgrades erfolgt dadurch, daß die Anodenfolien in einer mit einem Meßelektrolyten niedriger Leitfähigkeit gefüllten Meßwanne 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 Meßwanne benötigt 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.

Aus dem Buch »Der Elektrolytkondensator« von K. H. Thiesbürger, zweite Auflage, April 1971, S. 42, ist es bekannt eine Kapazitätsmessung während der Formierung vorzunehmen. Dort ist nicht angegeben, wie diese Messungen durchzuführen sind und wie insbesondere Meßfehler durch streuende elektrische Felder vermieden werden können. Die Messungen von Verlustfaktor, flächenbezogenem Reststrom und Porosität von aufgerauhten, formierten Aluminiumfolien sind in diesem Buch nicht erwähnt.

AufgaDe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei welchem die kontinuierliche Bestimmung von spezifischer Kapazität, Verlustfaktor, flächenbezogenem Reststrom und Porosität von aufgerauhten und formierten Aluminiumfolien, die zur Herstellung von Elektrolytkondensatoren dienen, innerhalb des Formierbades mit großer Genauigkeit vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßelektroden von zwei Schutzringelektroden umgeben sind, die wie die Meßelektroden zur Messung der spezfischen Kapazität und des Verlustfaktors auf gleichem Potential mittels einer automatischen Regeleinrichtung gehalten werden und daß zur Bestimmung der Porosität der Aluminiumfolie die Meßelektrode auf der einen Seite der Folie abgeschaltet wird, und daß der Reststrom mittels einer stabilisierten Gleichspannung bestimmt wird.

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 homogenes elektrisches Feld zwischen den Meßelektroden herrscht, d.h. daß die vom elektrischen Feld durchsetzte Folienfläche 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 Fonnierbad im Bereich von 1 :5 Einfluß auf das Ergebnis der Kapazitätsmessung haben.

Wird die Meßelektrode auf der einen Seite abgeschaltet, so wird bei nicht porösen Folien nur die Kapazität der der eingeschalteten Meßelektrode zugewandten

Seite (also die halbe Kapazität) gemessen. Bei porösen Anoden wird dagegen auch die der eingeschalteten Meßelektrode abgewandte Folienfläche je nach Porosität mit erfaßt Dadurch besteht die Möglichkeit, die Doppelanodeneigenschaften bereits im Formierbad zu messen.

Die zur Messung des flächenbezogenen Reststromes angelegte Gleichspannung bewirkt gleichzeitig eine Polarisationsspannung zwischen der zu prüfenden Folie und den Meßelektroden, womit ein kathodischer Korrosionsschutz der metallischen Meßelektroden bewirkt wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß alle Messungen innerhalb des Formierbades bei kontinuierlich durchlaufender Folie vorgenommen werden können. Die fortwährende Qualitätskontrolle über die gesamte Folienlänge ermöglicht eine bessere Fertigungssteuerung bei verringertem Prüfaufwand, eine Einsparung von Wickelmaterial und eine Fertigung mit Verengung der Kapazität-Toleranzbereiche. Außerdem werden Störungen, die während des Formierprozesses 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.

Neben der Fertigung von Anodenfolien kann auch die Fertigung von Kathodenfolien für Elektrolytkondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren l nd 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.

Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Blockschaltbildes, welches ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, näher erläutert

Innerhalb des in der Zeichnung nicht dargestellten Formierbades wird die Aluminiumfolie 1 am Ende des Formierprozesses zwischen zwei Meßelektroden 2, 3 hindurchgeführt. Die Meßelektroden 2,3 sind von zwei Schutzringelektroden 4,5 umgeben.

Das Meßverfahren zur Messung der spezifischen Kapazität der Aluminiumfolie 1 und des Verlustfaktors des durch die Aluminiumfolie 1 und die Meßelektroden 2, 3 gebildeten Meßkondensators beruht auf einer Strom-Spannungsmessung. Bei diesem Meßverfahren wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Regelverstärkers 6 und eines phasengesteuerten Gleichrichters (Schaltungsblock 11) die Spannung a:i der Ersatzserien kapazität C_x des Meßkondensators konstant gehalten, wobei die Stromversorgung mittels des Generators 7 erfolgt Unter der Voraussetzung, daß die Kapazität C des Vorschaltkondensators 8 sehr Hein gegen C_x ist, ist die Spannung an der Reihenschaltung C_x + CV direkt proportional C_x. Diese Spannung wird mit einer Wicklung des Übertragers 20 abgegriffen, im Gleichrichter 9 gleichgerichtet und von dem Instrument 10 angezeigt Da die Fläche des Meßkondensators bekannt ist, läßt sich dieses Instrument so eichen, daß direkt die spezifische Kapazität angezeigt wird.

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

Die Messung des Hächenbezogenen Reststroms geschieht mit dem Instrument 15, das den Strom zwischen den Meßelektroden 2, 3 und der Folie 1 anzeigt, der aufgrund der Meßspannung am Ausgang des stabilisierten Netzteils 13 fließt

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 Meßelektroden 2, 3, wobei die zur Aufrechterhaltung des richtigen Schutzringpotentials notwendigen Ströme nicht über den Vorschaltkondensator 8 bzw. über das Reststrominstrument 15 fließen dürfen. Die Aufrechterhaltung des richtigen Schutzringpotentials wird durch den Schaltungsblock 19 gewährleistet.

Die Folie 1 wird mit der Meßschaltung an der Kontaktstelle 14 kontaktiert. Zur Eliminierung von Meßfehlern durch Übergangswiderstände wild in Wirklichkeit eine — in der Figur nicht dargestellte — dreifache Kontaktierung durchgeführt

Zur Messung der Porosität kann mit dem Schalter 16 eine Meßelektrode abgeschaltet werden.

Die Drossel 17 und die Kondensatoren 8 und 18 dienen der Entkopplung von Meßwechsel- und Meßgleichspannung. Damit die eigentliche Meßelektronik geerdet betrieben werden kann, sind bei hohen Spannungen der Folie 1 gegenüber Masse die Übertrager 20,21 notwendig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Güte einer formierten Aluminiumfolie für Elektrolytkondensatoren, bei dem die Folie am Ende der Formierung in einem Formierbad zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (2, 3) von zwei Schutzringelektroden (4,5) umgeben sind, die wie die Meßelektroden zur Messung der spezifischen Kapazität und des Verlustfaktors auf gleichem Potential mittels einer automatischen Regeleinrichtung gehalten werden und daß zur Bestimmung der Porosität der Aluminiumfolie die Meßelektrode auf der einen Seite der Folie abgeschaltet wird und daß der Reststrom mittels einer stabilisierten Gleichspannung bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei sich gegenüberstehenden, scheibenförmig ausgebildeten Meßelektroden (2, 3) und diese umgebenden Schutzringelektroden (4, 5) sowie aus einer elektrischen Verbindung zu den Meß-, Regel- und Schaltgeräten besteht.