DE2458501A1 - Verfahren und anordnung zur messung der kapazitaetsausbeute - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zur Messung der Kapazitätsausbeute Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Kapazitätsausbeute beim Formieren von Folien für Elektrolytkondensatoren und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Aluminiumfolien für Elektrolytkondensatoren werden üblicherweise in einer Durchlaufformierung mit einer Oxydschicht versehen. Nach der Formierung werden vom Anfang und Ende der Rolle Folienstücke zur Kapazitätsausbeutemessung entnommen. Die Ergebnisse dieser Messung sind für den Zuschnitt der ganzen Rolle maßgebend. Es gibt aber häufig Ausfälle, weil die Rollenmitte andere Werte zeigt als Anfang und/oder Ende. Um diese Ausfälle zu vermeiden, ist man bestrebt, die Kapazitätsausbeute während oder kurz nach der Formierung kontinuierlich auf der Formiermaschine zu messen.
• Während man zur Kapazitätsausbeutemessung normalerweise ein Folienstück definierter Größe verwendet (z.B. nach DIN 41 330), liegen bei der Durchlaufformierung im Verhältnis zur Meßanordnung große Folienflächen vor. Um trotzdem eine definierte Fläche messen zu können, muß man mit Elektroden mit Schutzringanordnung zur Messung arbeiten.
• Die Kapazitätsausbeute wird meistens mit einer an sich bekannten Meßbrücke gemessen. Für die kontinuierliche Messung während oder kurz nach der Durchlaufformierung kommt nur eine automatisch abgleichende Brücke in Frage. Eine automatische Brücke mit Schutzringanordnung ist sehr aufwendig, also teuer und meist störanfällig.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit wenig Aufwand automatisierbar ist und hinreichend exakte Meßergebnisse liefert. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Differenz oder das Verhältnis der Scheinwiderstände einer eine Anordnung durchlaufenden Folie und einer in dieser Anordnung befindlichen Vergleichsfolie gemessen wird.
• Dabei kann die Vergleichsfolie eine unformierte Folie oder eine formierte Folie bekannter Eigenschaften sein.
• Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung enthält drei flächenförmige und in bestimmten Abständen voneinander angeordnete und gegeneinander isolierte Elektroden von definierter Fläche, deren einer Zwischenraum eine Vergleichsfolie und deren anderer Zwischenraum die zu messende Folie aufnimmt. Die elektrische Schaltung ist so aufgebaut, daß die Differenz der Scheinwiderstände, oder'ein dieser Difderen analoger oder reziproker Wert gemessen werden kann, wie noch im folgenden gezeigt wird.
• Der MeßwertR des Scheinwiderstandes einer formierten geätzten Ventilmetallfolie (z.B. Aluminiumfolie) für Elektrolytkonden satoren (gemessen mit 50, 100 oder 1000 Hz: bestehtaus einem kapazitiven und einem ohmschen Anteil, in einfacher Näherung aus einer Serienschaltung von Kapazität C und Serienwiderstand Es Der kapazitive Anteil setzt sich zusammen aus der zu ermittelnden Anodenkapazität CA und der Elektrodenkapazität CE Der Serienwiderstand R8 setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen: RsA = Elektrolytwiderstand, gegeben durch die Geometrie und Ausführungder Meßanordnung, RßB = Elektrolytwiderstand, gegeben durch die Aufrauhung und die Ätzstruktur der Aluminiumfolie, RsC = dielektrische Verluste in der formierten Oxydschicht der Aluminiumfolie, RsD = Kontakt- und Zuleitungswiderstände.
• Bei kleinen Formierspannungen ( < 100 V) ist Rscklein gegen R8A und RsB. Die Große RsD kann man zwar durch konstruktive Maßnahmen vernachlässigbar klein machen, aber die Summe von RsA und RsB ist je nach Formierspannung größer oder kleiner als trägt also entscheidend zum z-Wert bei.
• 1. Fall: Differenz der Scheinwiderstände von unbekannter formierter Folie und unformierter Folie.
• Der Scheinwiderstand der formierten Folie ist und der unformierten Folie Unter der Voraussetzung gleicher Meßanordnung ist RsA1 = RsAo RsD1 = RsDo CEl = CEo Es gilt außerdem mit hinreichender Genauigkeit unter der Voraussetzung gleicher Foliensorten RsB1 # RsBo Die Differenz der beiden Scheinwiderstände ist also Die dieelektrischen Verluste in der Oxydschicht sind bei kleinen Spannungen (< 100 V) vernachlässigbar und die Kapazität der unformierten Folie ist groß gegen die der formierten, so daß mit hinreichender Genauigkeit gilt Ein Vergleich dieser Meßmethode mit der bekannten Brückenmessung ergab bei einer Formierspannung von 40 V: # - Differenzmessung: CA = 12,7 F/cm2 Brückenmessung : CA = 12,5 pF/cm2 2. Fall: Differenz der Scheinwiderstände von formierter Folie unbekannter Kapazitätsausbeute C1 und von formierter Folie bekannter Kapazitätsausbeute C2 Die Scheinwiderstände der beiden Folien sind Unter Voraussetzung gleicher Meßanordnung ist RsA1 = RSA2 RsDl = RsD2 a = CE2 Unter der Voraussetzung gleicher Foliensorten und annähernd gleicher Formierspannung gilt mit guter Genauigkeit RsB1 =RsB2 RsC1 = Asc2, so daß die Differenz der Scheinwiderstände ist: Der Absolutwert der Scheinwiderstandsdifferenz ist also der Differenz der reziproken Kapazitätsausbeuten direkt proportional. Benutzt man als bekannte Vergleichsfolie eine mit Sollwertkapazität, so kann'man die Abweichungen der durchlaufenden formierten Folie vom Sollwert direkt messen, wie im folgenden noch gezeigt wird.
• Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben.
• Darin zeigen: Fig. 1 eine an sich bekannte Anordnung zur Messung von Scheinwiderständen von formierten Ventilmetallfolien, Fig. 2 eine erste Schaltungsanordnung zur Messung der Differenz der Scheinwiderstände, Fig. 3 eine zweite Schaltungsanordnung zu einer solchen Messung, und Fig. 4 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 wird der Scheinwiderstand einer definierten Fläche einer Folie (z.B. einer aufgerauhten, formierten Aluminiumfolie) mittels einer Strom-Spannungs-Anordnung ermittelt. Um eine definierte Fläche F zu erhalten, ist ein Schutzring R vorgesehen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus dem Buch Kohlrausch "Praktische Physik", 22. Ausgabe, Band 2, Seite 237, Fig. 208, bekannt. Durch diesen Schutzring wird die zu messende Fläche definiert. Dabei ist die erzielbare Genauigkeit um so größer, je geringer der Abstand zwischen der Folie und den Elektroden ist.
• Schickt man durch eine Serienschaltung der beiden Scheinwiderstände gemäß Fig. 2 einen Strom I und mißt die Differenz derfbeiden Spannungen U1 und U2 (z.B. durch Abgriff über Trenntrafos oder durch Zwischenschaltung hochohmiger Verstärker), so ergibt sich Unter Benutzung der Beziehung ergibt sich Bei konstantem und geeignet gewähltem w, I und C2 wird also mit der Spannungsdifferenz - U2 der Wert registriert, der bei kleinem AC mit hinreichender Genauigkeit gleich AC gesetzt werden kann. Die elektrischen Werte des Schutzrings R haben keinen Einfluß auf die Messung.
• Fig. 3 zeigt eine Serienschaltung, bei der zur Messung der Spannungsdifferenz auf eine galvanische Trennung verzichtet werden kann. Mit einem empfindlichen Amperemeter Al wird die Spannungsdifferenz mit Hilfe des Stromes IM durch zwei gleiche, hochohmige Widerstände RM gemessen.
• Bei der Messung von formierter und unformierter Folie ist die Spannungsdifferenz Steuert man die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle so, daß IM konstant bleibt, so ist der mit dem AmperemierA2 gemessene Strom I direkt proportional der Kapazitätsausbeute C1# I.
• Beispiel einer Schaltungsauslegung für diesen Fall (NV-Folie): RM = 636 kß IM = 0,1 pA (stabilisiert) w = 628 setzt (100 Hz) ergibt Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die gemessene Kapazität C1 nur 25% der bei gl-eicher Fläche F und normaler Kapazitätsmessung (Brückenmessung in Kathodenbehälter) ermittel-2 ten Kapazität C, so daß sich bei einer Fläche F = 10 cm eine Kapazitätsausbeute A ergibt von Bei der praktischen Durchführung der beschriebenen direkten Differenzmessung werden gemäß Fig. 4 Elektroden 1 von definierter Fläche mit einem Schutzring 2 in einem isolierenden Material 3 (Kunststoff) angeordnet, Abstandhalter 4 sorgen dafür, daß die durchlaufende Folie 5 und die unformierte bzw.
• die bekannte formierte, nicht durchlaufende Folie 6 in gleichem Abstand zwischen den Elektroden gehalten werden, ohne diese zu berühren. Die Elektroden sollten aus einem Material sein mit großer Kapazität, das ist gleichbedeutend mit einem Material mit großer wirksamer Oberfläche, z.B. Platinmohr oder aufgerauh-trr Aluminium. Es ist oft zweckmäßig, anstelle der unformierten Vergleichsfolie eine schwach formierte Folie zu verwenden, insbesonaere bei höheren Formierspannungen.
• Die durchlaufende formierte Folie sollte möglichst keine Gasblasen in ihren Poren haben. Deshalb wird man zweckmäßigerweise die Messung am Ende der Formierstrecke durchführen und eventuell eine Depolarisationsstrecke vorschalten.
• Das beschriebene Verfahren läßt sich auch zur Messung fertiger Kondensatoren anwenden, wobei dann allerdings nur Kondensatoren gleicher Art, Größe und Aufbau miteinander verglichen werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung des Verfahrens und der Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Kapazitätsausbeute bei der Formierung von Aluminiumfolien. Dabei kann die Formierspannung und/oder die Formierge schwindigkeit beeinflußt werden.
• Auf diese Weise ist es möglich, Elektrolytkondensatoren mit sehr kleinenKapazitätstoleranzen (+-1 0,', +-5%) herzustellen, wie sie für zeitbestimmende Schaltungsanordnungen häufig benötigt werden.
• Patentansprüche:

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1.) Verfahren zur Messung der Kapazitätsausbeute beim Formieren von Folien für Elektrolytkondensatoren, dadurch gekennzeichnet. daß die Differenz oder das Verhältnis der Scheinwiderstände einer eine Anordnung durchlaufenden Folie und einer in dieser Anordnung befindlichen Vergleichsfolie gemessen wird.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsfolie eine unformierte Folie ist.
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsfolie eine formierte Folie bekannter Eigenschaften ist.
4. 4.) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch drei flächenförmige und in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete und gegeneinander isolierte Elektroden (3) von definierter Fläche, deren einer Zwischenraum eine Vergleichsfolie (6) und deren anderer Zwischenraum die zu messende Folie (5) aufnimmt, und wobei Mittel zur Differenzbildung und/oder Quotientenbildung vorgesehen sind.
5. 5.) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Differenzbildung die beiden Scheinwiderstände in Serie geschaltet sind und bei konstantem Strom durch diese Scheinwiderstände die Spannungen an beiden Scheinwiderständen abgegriffen und über Trennmittel gegeneinander geschaltet sind, wobei die sich ergebende Differenzspannung die Meßgröße darstellt.
6. 6.) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scheinwiderstände in Serie geschaltet sind, diesen Scheinwiderständen hochohmige Widerstände (RM) parallelgeschaltet sind, und daß zwischen die Verbindungspunkte der Scheinwiderstände und der Parallelwiderstände ein erster Strommesser (A1) und in Reihe zu einem der Scheinwiderstände ein zweiter Strommesser (A2) geschaltet ist.
7. 7.) Anordnung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einem Material mit großer Kapazität bestehen.
8. 8.) Anordnung nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßanordnung eine Depolarisationsstrecke vorgeschaltet ist.
9. 9.) Anordnung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßgrößen eine Spannung zur Steuerung oder Regelung des Formiervorganges auf konstante Kapazitätsausbeute ableitbar ist. Leerseite