DE2360688C3 - Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachformieren eines Elektrolytkondensators, der aus einer vorformierten Anodenfolie aus einem Ventilmetall, einer Kathodenfolie sowie Papierlagen als Abstandshalter besteht und mit einem Betriebselektrolyten getränkt ist.

Bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren wird eine — gegebenenfalls aufgerauhte — Anodenfolie verwendet, welche mit einer Oxidschicht versehen ist, die als Dielektrikum dient. Diese Oxidschicht wird im Vorformierprozeß auf eine Folie aufgebracht, welche aus einem Ventilmetall, wie z. B. Aluminium, Tantal, Niob oder Zirkon besteht. Aus dieser mit einer Oxidschicht versehenen Folie werden die Anoden für den Elektrolytkondensator durch Zuschneiden auf die gewünschte Breite gewonnen. Die so erhaltenen Anoi werden zusammen mit einer Kathodenfolie

und Abstandshaltern, welche gewöhnlich aus Papierlagen bestehen, aufgewickelt und mit dem Betriebselektrolyten getränkt.

Die als Dielektrikum dienende, auf der Anodenfolie durch den Vorformierprozeß erhaltene Oxidschicht weist in Folge des Zuschneidens und Aufwickeins Mangel auf, welche zu einer Verschlechterung der elektrischen Werte des fertigen Elektrolytkondensators führen. Deshalb wird der Elektrolytkondensator vor seiner endgültigen Fertigstellung einem Nachformierprozeß unterzogen, wozu die Elektrolytkondensatoren an eine Spannung gelegt werden. Dies hat zur Folge, daß die durch die Fertigung hervorgerufenen Mangel in der Oxidschicht behoben werden. Weiterhin wird durch den Nachionnierprozeß die Oxidschicht stabilisiert.

Beim Nachformierprozeß lassen sich zwei Phasen unterscheiden: Zuerst erfolgt das Anodisieren oxidfreier Folienflächen, wobei die Spannung am Kondensator bis auf einen bestimmten Endwert ansteigt; in der zweiten Phase erfolgt die Stabilisierung der Oxidschicht, wobei die Spannung am Kondensator auf einem festen Wert bleibt.

Es ist eine Reihe von Verfahren zur Nachformierung von Elektrolytkondensatoren bekannt, bei denen die Elektrolytkondensatoren in Gruppen zusammengefaßt und zumeist über Vorwiderstände zur Strombegrenzung an eine Spannung gelegt werden, deren Höhe von der Nennspannung der Kondensatoren abhängt.

So ist z. B. in der deutschen Auslegeschrift 11 54 5"4 eine Anordnung zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren beschrieben, bei der der hochohmige VorwidersUnd aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands und eines Halbleiterwiderstands mit negativem Temperaturbeiwert besteht. Bei der bekannten Anordnung wird eine größere Anzahl von Kondensatoren gleichzeitig nachformiert.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 50 967 ist ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren bekannt, bei dem eine Anzahl parallelgeschalteter Kondensatoren über einen Vorschaltwiderstand mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Bei dem bekannten Verfahren wird der N&chformiervorgang mindestens einmal, vorzugsweise jedoch mehrere Male durch Abschaltung der Gleichspannungsquelle unterbrochen und die Kondensatoren werden wenigstens entladen. Es wird dabei jedesmal dieselbe Spannung angelegt, wobei die Zeiten für die Spannungszufuhr 2 bis 15 min betragen und ungefähr viermal langer sind als die Entladezeiten.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 19 31 598 ist eine Einrichtung zum Formieren von Elektrolytkondensatoren bekannt, mit welcher eine Gruppe parallelgeschalteter Kondensatoren formiert werden kann, wobei der Formierstrom nicht kontinuierlich, sondern in Form von Stromstößen an die Kondensatoren gelegt wird, die jedesmal von gleicher Größe sind; die Schaltung der bekannten Einrichtung ist dabei so ausgelegt, daß jede zehnte positive Halbwelle vom Gleichrichter durchgelassen wird. Die bekannte Einrichtung dient vorzugsweise zum Formieren von Elektrolytkondensatoren, bei welchen der Kondensatorwickel aus nichtformierten Folien hergestellt wurde.

Den bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß bei ihnen eine Gruppe von Elektrolytkondensatoren gleichzeitig nachformiert wird, wewegen sie sich für den Einbau in eine automatisierte Fertigung wenig

eignen. Außerdem besteht die Gefahr, daß der Nachformierprozeß durch solche Kondensatoren gestört werden kann, bei denen durch Verarbeitungsfehler ein elektrischer Kurzschluß besteht, da über sie der Kurzschlußstrom fließt. Weiterhin ist bei der Verwendung von Vorwiderständen die am einzelnen Elektrolytkondensator abfallende Spannung (U_c) gleich der Differenz zwischen der Klemmenspannung (t/t) und der Spannung am Widerstand (.Ur):

Ur ist dem Strom U der durch den Vorwiderstand R .und Kondensator C fließt proportional:

Also ist:

U_R = UR

»5

Da die Ströme durch die einzelnen Kondensatoren differieren, ist bei Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren mit Vorwiderstand die am einzelnen Konden- »° sator anliegende Spannung U_c trotz genau eingestellter Klemmenspannung Uk, bekannter Größe der Vorwiderstände und bekannten Gesamtstroms nicht genau bestimmbar. Dazu müßte bei dieser Art der Formierung die Spannung an jedem Elektrolytkondensator ^a5 einzeln gemessen werden. Das ist aber für eine gleichzeitige Formierung von mehreren hundert bis tausend Elektrolytkondensatoren nicht praktikabel. Da außerdem beim Einsatz von Vorwiderständen die Klemmenspannung auf einen relativ weit über der Kondensator- 3» renspannung liegenden Wert eingestellt werden muß, kann dies zur Überformierung einzelner Kondensatoren führen, wodurch sie unbrauchbar werden. Weiterhin ist den bekannten Verfahren gemeinsam, daß der Nachformierprozeß erheblichen Zeitaufwand erfordert.

Aus der deutschen Patentschrift 8 21 247 ist zwar die Schaltung einer Nachformieranlage für Elektrolytkondensatoren bekannt mit welcher ein einzelner Elektrolytkondensator nachformiert wird, jedoch ist *° auch hierbei der Innenwiderstand der Schirmgitterröhre als Vorwiderstand anzusehen, der die Größenordnung von einigen kOhm aufweist. Der Strom während des Nachformierprozesses ist nicht konstant und nimmt von dem jeweils festgelegten Anfangshöchst- *5 wert im Laufe des Nachformierprozesses ständig ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren anzugeben, das die vorstehend genannten Mängel nicht aufweist, das sich insbesondere für den Einbau in eine automatisierte Fertigung eignet und ohne großen apparativen Aufwand durchgeführt werden kann, welches es ermöglicht, defekte Elektrolytkondensatoren möglichst frühzeitig aus dem Fertigungsprozeß zu entfernen und welches den Nachformierprozeß erheblich abkürzt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrolytkondensator ohne Vorwiderstand in n-Stufen hintereinander mit einer konstantgehaltenen Stromstärke nachformiert wird, deren Größe je Stufe so bemessen ist, daß die erforderliche Spannung von a_v · Uf je Stufe (Uf = Nachformierspannung, a_v < 1) in höchstens 20 see erreicht wird, und daß die Nachformierung nach Erreichen von Uf in der letzten Stufe beendet wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die Elektrolytkondensatoren ohne großen apparativen Aufwand nachformiert werden, wobei sie einzeln mit einem hohen Strom und in kurzer Zeit in Stufen auf die gewünschte — und genau definierte — Nachformierspannung gebracht werden. Die Höhe des notwendigen Formierstroms, der es gestattet, in kurzer Zeit auf die erforderliche Spannung zu kommen, hängt von den Nenndaten (Nennspannung und Nennkapazität) des Elektrolytkondensators sowie von den Eigenschaften der vorformierten Folien ab.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß defekte Elektrolytkondensatoren bereits bei der ersten Spannungsstufe während der festgesetzten kurzen Zeit nicht auf die eingestellte Spannung formiert werden. Dadurch wird es ermöglicht, daß sie automatisch ausgeschieden werden können. Es ist daher von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren möglichst weit vorn in eine automatisierte Fertigungsstraße einzubauen, damit defekte Elektrolytkondensatoren möglichst wenige Fertigungsschritte durchlaufen, bevor sie ausgeschieden werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß der Zeitaufwand für den Nachformierprozeß gegenüber den bekannten Verfahren um eine beträchtliche Zeit verkürzt wird und daß die Kondensatoren einzeln ohne Vorschaltung eines Vorschaltwiderstands nachformiert werden, wodurch man eine genaue definierte Spannung am einzelnen Elektrolytkondensator erhält.

Die Festlegung der Anzahl der Spannungsstufen, aiso der Zahl n, und der Größe der Faktoren a_v ist abhängig von der gewünschten Taktzeit der Anlage und dem höchsten Stromwert, der mit vertretbarem Aufwand bezüglich der Kontaktelemente pro Stufe dem einzelnen Elektrolytkondensator angeboten werden kann. Prinzipiell ergeben sich drei Möglichkeiten :

1. Man arbeitet mit konstantem Strom in allen Stufen. Dann muß die Differenz a_t>_n — a_v mit steigendem . kleiner werden, da der zur Formierung eines Elektrolytkondensators in einer festen Zeit (Taktzeit) nötige Strom mit der Spannung steigt. (Wegen der Erwärmung des Elektrolytkondensators durch die höhere in ihm umgesetzte Energie).

2. Man arbeitet mit konstanten Spannungsstufen in einer festen Taktzeit also a_l>+1 — a_v = const, für alle „. Dann muß der Formierstrom für die einzelnen Stufen entsprechend variiert werden.

3. Man arbeitet mit konstanten Spannungsstufen und konstantem Strom für alle Stufen. Dann muß die Formierzeit mit steigender Spannung verlängert werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Nachformierprozeß bei einer oder mehreren der einzelnen Spannungsstufen vor Übergang auf die nächsthöhere Spannungsstufe einmal oder mehrere Male wiederholt wird. Dadurch kann man mit konstanten Spannungsstufen und konstantem Strom für alle Stufen arbeiten, wobei die Formierzeit mit steigender Spannung verlängert werden muß. Es kann immer mit der gleichen Taktzeit t vom Anfang bis Ende des Nachformierprozesses gearbeitet werden, wobei zweckmäßigerweise auch die Pausen zwischen den einzelnen Spannungsstufen η bzw. die Pausen bei einer Wiederholung der gleichen Spannungsstufe die gleiche Taktzeit / aufweisen, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne großen Aufwand in eine automatische

Fertigung einbauen läßt; die Formierzeiten sind dann ganze Vielfache der Taktzeit /.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß der erfindungsgcmäße Nachformierprozeß an imprägnierten, nicht eingebauten Wickein bzw. an unverschlossenen Elektrolytkondensatoren durchgeführt wird, da dann das beim Formieren entstehende Gas entweicht und ein Oberdruck im Elektrolytkondensator vermieden wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Elektrolytkondensatoren nach der Nachformierung bei erhöhter Umgebungstemperatur und an Spannung liegend gealtert werden, wobei die Spannung höchstens gleich der zur Nachformierung erforderlichen Spannung ist.

Bei dieser Alterung erübrigen sich Vorwiderstände, da die Elektrolytkondensatoren bereits nachformiert sind und so durch sie nur der Betriebsstrom fließen kann. Durch diese Alterung erreicht man eine erhöhte Stabilisierung der elektrischen Werte.

Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfanren wurde an Elektrolytkondensatoren der Nenndaten 900 μΡ/360 V durchgeführt. Die Anodenfolie, welche im Vorformierprozeß mit einer Oxidschicht versehen worden war, bestand aus Aluminium. Die Nachformierung erfolgt in 4 Stufen mit Spannungen von 100 V, 200 V, 300 V und 360 V. Die Spannungsstufe 100 V hatte eine Ladestation, die Spannungsstufe 200 V hatte

2 Ladestationen, die Spannungsstufe 300 V hatte

3 Ladestationen, die Spannungsstufe 360 V hatte

4 Ladestationen. Bei einer Stromstärke von 1 A konnte eine Taktzeit von 10 see eingehalten werden.

Claims (8)

23 80 688 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Nachformieren eines Elektrolytkondensators, der aus einer vorformierten Anodenfolie aus einem Ventilmetall, einer Kathodenfolie sowie Papierlagen als Abstandshalter besteht und mit einem Betriebselektrolyten getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytkondensator ohne Vorwiderstand »n η-Stufen hintereinander mit einer konstant gehaltenen Stromstärke nachformiert wird, deren Größe je Stufe so bemessen ist, daß die erforderliche Spannung von a_v · i/f je Stufe (Uf = Nachformierspannung, a_v < 1) in höchstens 20 see erreicht wird und daß die Nachformierung nach Erreichen von Uf in der letzten Stufe beendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachformierprozeß bei einer oder mehreren der einzelnen Spannungsstufen vor Übergang auf die nächste Spannungsstufe einmal oder mehrere Male wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachformierprozeß am imprägnierten, nicht eingebauten Wickel durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachformierprozeß am unverschlossenen Elektrolytkondensator durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachformierprozeß an Elektrolytkondensatoren mit Anodenfolien aus Aluminium durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytkondensator nach der Nachformierung bei erhöhter Umgebungstemperatur und an Spannung liegend gealtert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur 85°C beträgt und daß die Spannung höchstens gleich der Nachformierspannung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterung während einer Zeitdauer von 0,5 bis 2 h erfolgt.