DE2319589A1

DE2319589A1 - Schichtkondensator und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2319589A1
Application number: DE2319589A
Authority: DE
Inventors: Noah Samuel Derrick; Jacob Tollman Zeigler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-10-25
Also published as: JPS4920650A; GB1399193A; DE2319589C2; US3806769A; NL7305403A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft für Hochfrequenzanwendungen brauchbare Schichtkondensatoren, bei denen höhere Ströme gewünscht werden. Insbesondere betrifft die. vorliegende Erfindung Schichtkondensatoren mit einem weiten Bereich von Arbeitsspannungen.

Für bestimmte Anwendungen, wie z.B. solche bei hohen Frequenzen, ist eine geringere Impedanz erwünscht. Dies kann eher erreicht werden, indem man die Anoden- und Kathodenfolien in einem flachen Stapel zusammenfügt, als wenn man z.B. die Folien zu einer

309843/0962

Rolle wickelt. Die Zuleitungsdrähte werden an den entsprechenden Kathoden- und Anodenfolien in zumindest einer Ausführungsform durch TIG-Schweissen befestigt. Solche Kondensatoren können sehr viel einfacher für Niederspannungsanwendungen als für hohe Spannung konstruiert werden. Und dies deshalb, weil die höheren Spannungen" eine dickere Oxydschicht auf der Folie erfordern, um den Betriebsspannungen standhalten zu können. Die dickeren Oxydschichten auf der Folie vermeiden die Bildung einer guten elektrischen Verbindung vom Draht zur Folie selbst, wenn man Schweissverfahren unter Verwendung von Inertgasen benutzt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen flachen Kondensator zu schaffen,"bei dem die Zuleitungsdrähte an Folien befestigt sind, die ausreichend dicke Oxydschichten aufweisen, um höheren Spannungen von z.B. 100 bis 200 V widerstehen zu können. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, um Elektrodenfolien, einschliesslich oxydierter Folien, mit einem Metall-Anschlussstab zu verschweissen. Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines gemäss der vorliegenden Erfindung fertiggestellten Kondensators und die

Figuren 2 bis β im Querschnitt stufenweise Darstellungen der Bildung der Schweissverbindung des in Fig. 1 gezeigten Kondensators.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäss erhaltener Kondensator allgemein mit 2 bezeichnet. Dieser Kondensator 2 umfasst Anodenfolien 4, die unter Verwendung dazwischenliegender Abstandshalter 8 jeweils abwechselnd mit Kathodenfolien 6 zu einem. Stapel vereinigt sind. Die Anoden- und Kathodenfolien umfassen in der bevorzugten Ausführungsform Aluminiumfolien. Mindestens die Anodenfolien sind

30 984 3/0962

zur Schaffung einer Schicht aus Alumhiumoxyd auf der Folie anodisch oxydiert worden und die-se Aluminiumoxydschicht bildet das Dielektrikum des Kondensators. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können aber auch sowohl Anoden- als auch Kathodenfolien anodisch oxydiert worden-sein, wenn ein nicht polarisierter Kondensator gewünscht ist.

Erfindungsgemäss sind die Folien so geschichtet, dass die Kathodenfolien 6 an dem einen Endstück 10 des Stapels und die Anodenfolien 4 an dem gegenüberliegenden Endstück 12 des Stapels vorstehen. Die am Endstück 12 des Kondensatorstapels vorstehenden Anodenfolien werden 'dann mit einem Anschlussstab 20 verschweisst, während die vom Endstück 10 des Stapels vorstehenden ■Kathodenfolien mit einem zweiten Anschlussstab 22 verschweisst werden. Die Anschlussstäbe 20 und 22 bestehen aus dem gleichen Material wie die Folien und umfassen in der bevorzugten Ausführungsform Aluminium.

In den Figuren 2 bis 6 sind die Stufen des Verschweissens der aus Aluminium bestehenden Anodenfolien 4 mit dem aus Aluminium bestehenden Anschlussstab 20 dargestellt. Der" Anschlussstab 20 wird zwischen den Anodenfolien 4 benachbart der Kante 12 des Stapels angeordnet, und zwar etwa auf der Hälfte des Weges durch den Stapel, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Stapel-mit dem Anschlussstab 20 in der angegebenen Position wird dann in einer nicht dargestellten Presse zwischen den Werkzeugteilen 40 und 42 angeordnet .

Die Werkzeugteile 40 und 42 sind an ihren Aussenkanten im allgemeinen so abgerundet, dass sie benachbart der Kante des Stapels einen kleineren Krümmungsradius 44 und gegen das Zentrum des Stapels einen grösseren Krümmungsradius 46 aufweisen. Die abgerundeten ¹SiIe 44 und 46 sind in der beschriebenen und dargestellten Weise gestaltet, um die Bildung der Schweissstelle zu unterstützen, indem sie die Folien in eine gebogene Konfiguration drängen, von der angenommen wird, dass sie beiträgt zur seitlichen Beweg_ung oder der Schleifwirkung, welche die Bildung der

309843/0962

Verbindung zwischen den Pollen und dem Anschlussstab charakterisiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsradius des Teiles 46 etwa das Dreifache des Radius des Teiles 44. Die beiden Krümmungen enden jede in einem tangentialen Punkt, der, wenn er gegen einen"ähnlichen Punkt auf dem gegenüberliegenden dazugehörigen Werkzeug gepresst wird, eine Trennstelle bildet, die in etwa ähnlich einem.Meisselpunkt ist, jedoch wegen der abgerundeten Oberfläche eher eine pressende bzw. quetschende als eine schneidende Wirkung ausübt, wie dies bei einem Meisselpunkt oder einer Meisselkante der Fall wäre.

Wird der Druckkolben der Presse geschlossen, so bewegt er das Werkzeug 42 nach unten gegen die obersten Folien der Kondensatoreinheit und presst den Stapel gegen das Werkzeug 40. Wie in den Figuren 3 und 4 zu sehen ist, führt der grössere Krümmungsradius 46 auf den Werkzeugen die Folien 4 in eine entsprechende Krümmung, während die Folien miteinander verquetscht werden. Fig. 4 zeigt die Presse in einer im wesentlichen geschlossenen Position, in der alle Folien 4 gegen den Stab 20 gepresst worden sind, die Deformation des Stabes 20 jedoch noch nicht begonnen hat.

In Fig. 5 hat die Bewegung des Druckkolbens das Werkzeug 42 bis zu einem Punkt nach unten gedrückt, bei dem der Stab 20 deformiert ist und eine seitliche Bewegung sowohl des Stabes 20 als auch der Folien 4, die gegen den Stab gequetscht worden sind, begonnen hat. Diese seitliche Bewegung der Folien unter Druck verursacht eine Schleifwirkung jeder der Folien gegenüber den benachbarten Folien als auch gegenüber dem Anschlussstab 20. Von dieser Schleifwirkung der seitlichen Bewegung wird angenommen, dass sie die Entfernung der Oxydschichten auf den benachbart-en Folien unterstützt und so die Folien und den Stab in die Lage versetzt, kalt miteinander zu verschweissen. Die seitliche Bewegung der Folienschichten gegeneinander kommt vermutlich auf Grund der Unterschiede in der Krümmung der benachbarten Folien zustande, wenn die Presse geschlossen wird. Solche Folien, die in der Mitte des Stapels

309843/0962

benachbart dem Stab 20 angeordnet sind, bewegen sich nur sehr wenig, jedenfalls bis die Deformation des Stabes 20 beginnt. Die den Werkzeugen 40 und 42 benachbarten Folien dagegen, die sich am oberen und unteren Ende des Stapels befinden, bewegen sich in dem Maße nach innen gegen den Stapel zu, in dem jede flache Folie gebogen wird. Diese Variation in der Krümmungsbildung, welche eine unterschiedliche Bewegung der einen Folie mit Bezug auf die benachbarten Folien bewirkt, verursacht eine Schleifwirkung, von der angenommen wird, dass sie die Oxydschichten von dem Aluminium entfernt und so das gegenseitige Verschmelzen der Folien und des Anschlussstabes 20 miteinander ermöglicht.

In dem Maße, wie der Stab 20 deformiert wird, kann eine zusätzliche seitliche Bewegung des Stabes beobachtet werden, von dem sich mindestens ein Teil als Abschnitt 20a nach aussen bewegt und der nach und nach von dem Rest des Stabes 20 abgetrennt wird. Während dieser Zeit bewegen sich jedoch die Teile der Folien benachbart dem Stapel noch nach innen, bis die vertikale Bewegung der Werkzeuge 40 und 42 aufhört, was üblicherweise nach Abtrennung des Teiles 20a der Fall ist.

Wird die Presse danach, wie in Fig. 6 gezeigt, geöffnet, dann fällt das Teilstück 20a entweder ab oder es kann leicht von der verschweissten Kondensatoreinheit abgestreift werden.

Während der für die Versehweissung erforderliche Druck mit der Dicke des Stapels und der Art des für die Folien und des Anschlussstabes verwendeten Materials variieren kann, ist doch festgestellt worden, dass ein Druck im Bereich von etwa 2100 bis 2800 kg/cm² (entsprechend etwa 30 000 bis 40 000 US-Pfund/Quadratzoll) im allgemeinen zufriedenstellende Ergebnisse liefert. In einem speziellen Beispiel, in dem 50 etwa 0,087 mm (entsprechend 3,5/1000 Zoll) dicke anodisch oxydierte Aluminiumfolien als Anoden und etwa 0,025 mm (entsprechend 1/1000 Zoll) dicke Aluminiumfolien als Kathoden in einem etwa 2,5 cm (entsprechend 1 Zoll) dicken Stapel mit einem Aluminium-Anschlussstab verschweisst

3098U/0962

-β-: ■;■■".

worden sind, der eine Dicke von etwa 2,4 mm (entsprechend 3/32 Zoll) aufwies , erwies-sich in etwa eine 13,5 t (entsprechend 15 US-Tonnen)-Presse als zufriedenstellend.

Obwohl der Anschlussstab 20 einen zylindrischen Querschnitt aufweisen kann, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, weist der Anschlussstab in einer bevorzugten Ausfuhrungsform einen flachen zentralenfleil 21 und Endstücke 23 und 25 auf, die im allgemeinen rund oder rohrförmig ausgebildet sind. Die Werkzeuge 40 und 42 sind so dimensioniert, dass sie die gleiche Länge haben wie der zentrale flache Teil 21 und daher werden die rohrförmigen Teilstücke 23 und 25 durch die Wirkung der Presse nicht abgetrennt oder in irgendeiner anderen Weise deformiert. Die rohrförmigen Teilstiicke 23 und 25 schaffen die Anschlussstellen für den Kondensator. Der Kondensatorstapel wird in einem Gehäuse 100 angeordnet, wobei die Endstücke 23 und 25 zu den Endstücken des Gehäuses hervorstehen und davon durch bekannte Mittel isoliert werden. Die Anordnung rohrförmiger Teile benachbart jedem Endstück der Rolle geschieht mehr aus Gründen der üblichkeit und das eine oder das andere -kann weggelassen werden, wenn nur eines davon erforderlich ist.

Der andere Anschlussstab 22 wird an den Kathodenfolien in gleicher Weise befestigt. Sind sowohl die Anoden- als auch die Kathodenfolien oxydiert worden, dann können die Oxyde von beiden durch die abschleifende Wirkung der Schweissung entfernt werden.

30984 3/0962

Claims

Patentansprüche

IJ Aluminium-Elektrolytkondensator für hohe Frequenzen, gekennzeichnet durch Kathoden- (6) und Anodenfolien (4) mit Abstandshaltern (8) dazwischen, die in einem flachen Stapel angeordnet sind, wobei die Kathodenfolien von der.einen Kante (10) des Stapels und die Anodenfolien von einer anderen Kante (12) des Stapels vorstehen und die Anoden- und Kathodenfolien jeweils entlang im wesentlichen der gesamten Länge der vorstehenden Kante durch eine Druck-Schleif-Schweissung, die während des Verschweissens die Oxyde von den Folien entfernt, um eine gute elektrische Verbindung sicherzustellen, mit Anschlussstäben (20 bzw. 22) verbunden sind.
2. Flacher Aluminium-Elektrolytkondensator, dadurch gekennzeichnet , dass er hergestellt ist durch abwechselndes Aufeinanderstapeln" von aus Aluminium bestehenden Anoden- (4) und Kathodenfolien (6) in seitlich versetzter Weise mit isolierenden Abstandshaltern (8) dazwischen, so dass alle Kathodenfolien von der einen Kante (10) des Stapels vorstehen und alle Anodenfolien von der gegenüberliegenden Kante (12) des Stapels vorstehen und die entsprechenden Folien durch Druck mit aus Aluminium bestehenden Anschlussstäben (20 bzw. 22) verschweisst sind, wobei man Werkzeuge (40, 42) verwendet, die den Folien des Stapels unterschiedliche Krümmungen verleihen, um die Folien gegen den Anschlusstab zu pressen und den Folien eine seitliche Bewegung mit Bezug auf die benachbarten Folien zu verleihen, um die Oxyde und andere Fremdsubstanzen zu beseitigen, welche die Bildung einer Schweissstelle zwischen den Folien und dem Anschlussstab beeinträchtigen könnten.

309843/0962

■■:■ - /8 -
3· Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Kondensators, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

a) Zusammenbauen eines Stapels aus Aluminium-Folienelektroden (4, 6) mit dazwischen angeordneten dielektrischen Abstandshaltern (8), in der Weise, dass die Kanten ausgewählter Elektroden sich über die eine Seite des Stapels hinaus erstrecken, während sich die restlichen Elektroden über eine andere Seite des Stapels hinaus erstrecken,

b) Anordnen eines Aluminiumstabes (20 bzw. 22) zwischen den Elektroden, die an der einen Seite des Stapels vorstehen und

c) Pressen der Elektrodenfolienkanten gegen den Aluminiumstab, während zwischen den Folien eine seitliche Bewegung verursacht wird, um Oxyde und andere Oberflächenmaterialien von den Elektroden zu entfernen, so dass der Druck eine Ver-

der .Folien. .

schweissung/untereinander und mit dem Stab verursacht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektrodenfolienkanten und der Stab zwischen Krümmungen (44, 46) aufweisenden Werkzeugen (40, 42) angeordnet werden, wobei die Werkzeuge, wenn sie gegen die Folien gepresst werden, den Folien verschiedene Krümmungsgrade aufzwingen, die zu einer seitlichen Verschiebung der Folien mit Bezug aufeinander führt.
5· Verfahren nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet , .dass die Werkzeuge einen Druck von etwa

2100 bis 28ÖO kg/cm² (entsprechend 30.000 bis 40.000 US-Pfund/

2 Zoll ) auf die Folien und den Stab ausüben.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus Folienelektroden eine Vielzahl von Folien umfasst, die an der einen Kante durch die

30 9843/0962

genannten Werkzeuge von einer ursprünglich ausgewählten Stapeldicke, die auf der Gesamtzahl der Folien basiert, bis zu einer Dicke an der Schweissstelle zusammengepresst werden, die weniger als 25 % der ursprünglichen Dicke des Stapels beträgt, wobei die äusseren Folien des Stapels gegen die im Zentrum befindlichen Folien gekrümmt werden, was mit einer seitlichen Bewegung zwischen benachbarten Folien einhergeht, die eine abschleifende Wirkung zwischen den genannten Folien mit sich bringt, um Oxyde und andere das "Verschweissen beeinträchtigende Materialien von den Folien zu entfernen.

309843/0962

Leer Seite