DE274880C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 274880 KLASSE 21 gv GRUPPE

VITALIANO COLOMBO in MAILAND.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Januar 1911 ab.

Bekanntlich bildet das Aluminium (und andere Metalle) unter besonderen Bedingungen und in gewissen Elektrolyten an seiner Oberfläche ein Häutchen von großer Widerstandsfähigkeit und großer dielektrischer Festigkeit, das Spannungen von mehreren Hundert Volt aushalten kann.

Wenn diese Häutchen jedoch in der allgemein üblichen Weise hergestellt sind, entstehen,

ίο besonders bei Verwendung von Wechselstrom, sehr hohe Verluste, und es tritt demzufolge auch eine starke Erhitzung auf. Ihre Wirkung ist ebenfalls unsicher, die Deformierung geht außerordentlich schnell vor sich, und die Korrosion der Platten erfolgt leicht in bedeutendem Maße. Deshalb ist es bei den allgemein bekannten Herstellungsverfahren schwierig, um nicht zu sagen unmöglich, einen guten elektrolytischen Kondensator herzustellen, wenn

ao derselbe andauernd im Betrieb sein soll und an eine Wechselstromleitung geschaltet ist.

Das Verfahren, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, schließt alle die erwähnten Übelstände aus und kann bei Kondensatoren wie auch bei Gleichrichtern zur Anwendung kommen, sowohl bei Aluminium als auch bei anderen Metallen, welche die gleichen Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren kann gleicherweise bei Kondensatoren für Gleichstrom wie auch bei solchen für Wechselstrom verwendet werden, ebenso wie auch für ähnliche Zwecke dieser Art.

Zur Formierung der Platten kann sowohl Gleichstrom wie auch Wechselstrom von be

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liebiger Periodenzahl dienen.

Das Verfahren setzt sich zusammen aus einem Abschnitt, in dem die Platten bis zur Betriebsspannung formiert werden, und aus einem zweiten Abschnitt, in dem auf den dergestalt formierten Platten die Überformierung ausgeführt wird.

Der Vorgang in dem ersten Abschnitt der Formierung ist folgender: Man nimmt zwei Platten aus Aluminium oder ähnlichem Metall (im Falle des Gleichstroms kann die Platte, die nicht formiert wird, aus beliebigen, stromleitenden und den Elektrolyten nicht verderbenden Stoffen bestehen), setzt sie in einen Elektrolyten und läßt auf sie zuerst eine Spannung von wenigen Volt wirken, die so lange beibehalten wird, bis die Stromstärke beinahe die niedrigste Grenze erreicht hat. Man nimmt dann eine kleine Erhöhung der Spannung vor (oder, aber man erhöht sie nach und nach ohne Unterbrechung) und wartet ein erneutes Nachlassen des Stromes ab, um darauf die Spannung wiederum zu erhöhen. In dieser Weise fährt man fort, bis man die gewöhnliche Betriebsspannung der Platte erreicht hat.

Damit die Formierung schneller eintritt, ist es vorteilhaft, anfangs den Wert des Stromes ein wenig zu erhöhen; nachher hingegen ist es zweckmäßig, sich an Werte zu halten, welche etwa dem 1,5 fachen bis 2 fachen des ge-

wohnlichen Betriebsstromes der Platten entsprechen, wenn diese mit Wechselstrom formiert werden.

Dies ist der erste Abschnitt des Verfahrens. Die Platten, welche so weit, also bis zur Betriebsspannung, formiert sind, weisen jedoch, insbesondere bei Wechselstrom, immer noch die Übelstände der gewöhnlichen Formierung auf, sie verursachen nämlich große Verluste

ίο an Kraft, weisen wenig Dauerhaftigkeit bezüglich der Aufrechterhaltung der Wirkung auf zersetzen sich leicht und werden auch leicht zerstört.

Diese Ubelstände werden durch den zweiten Abschnitt des Verfahrens, die Überformierung, behoben, der sich unmittelbar an den ersten Abschnitt anschließt. Die Ausführung kann entweder gleich nach der ersten Formierung während der Aufstellung des Apparates vor sich gehen oder auch nachher während des Betriebes der Kondensatoren mittels der nachstehend beschriebenen Anordnungen erfolgen.

Daß die Uberformierung nur einmal nach der Aufstellung des Apparates erfolgte, ohne daß sie nachher von Zeit zu Zeit wiederholt würde, hätte keinerlei Zweck, weil diese erste Uberformierung beim Betriebe oder Stillstand des Kondensators zerstört würde; der Kondensator selbst befände sich dann unter den gleichen Bedingungen, als ob die erste Überformierung überhaupt nicht stattgefunden hätte, sondern als ob nur eine Formierung bis zur Betriebsspannung vorgenommen worden wäre, wie sie nur der erste Abschnitt des Verfahrens erzielt.

Für den regelmäßigen Betrieb hingegen sind die nacher erfolgenden Uberformierungen beinahe eine nötige Folgerung der ersten, deren

Wirkung sie vervollständigen. Die erste Überformierung bereitet die Platten vor, aber wenn nicht andere Uberformierungen während des Betriebes nachher erfolgen, wird ihre günstige Wirkung auf den kurzen allerersten Zeitabschnitt des Betriebes des Apparates beschränkt. Es ist ein Unterschied bei der Überformierung vorhanden, je nachdem es sich um die erst unmittelbar nach der ursprünglichen Formierung der Platten handelt oder um diejenigen, die in Zwischenräumen von Zeit zu Zeit während des Betriebes des Apparates wiederholt werden.

Im ersteren Falle wird die Überformierung über die Betriebsspannung hinaus in ähnlicher Weise wie bei der bereits beschriebenen Formierung ausgeführt, indem man" nach und nach die Spannung über den normalen Wert (bis zu welchem die Platte vorher formiert wurde) erhöht und bei jeder Erhöhungsstufe der Spannung abwartet, bis die Stromstärke ungefähr bis auf die niedrigste Grenze nachgelassen hat, ehe man zur nachfolgenden Erhöhung der Spannung schreitet. In dieser Weise wird fortgefahren, bis eine Spannung erreicht wird, welche beispielsweise 1,5 bis 1,7 mal größer ist als diejenige, bei der die Platte im üblichen Betriebe arbeiten soll. Auch der höchsten Spannung wird die Platte so lange ausgesetzt, bis der Strom fast den unteren Grenzwert erreicht hat.

Nunmehr kann die Platte als fertig betrachtet werden. Wenn man jetzt zu der Spann-ung zurückgeht, für welche die Platte selbst bzw. der Kondensator gebaut wurde, wird man feststellen, daß der Kondensator mit Wechselstrom derselben Anzahl von Perioden einen Strom aufnimmt, der um wenig geringer ist als derjenige, den er vor der Uberformierung aufnahm, dafür ist aber der Kraftverlust (mit Bezug auf die scheinbare Leistung des Kondensators) im Verhältnis auf die Hälfte oder auf ein Drittel vermindert, so daß die Leistungsfähigkeit des Apparates außerordentlich erhöht ist, während sich seine Erhitzung in entsprechender Weise verringert hat.

Somit wird bei diesem Vorgehen erreicht, daß der Vektor der Spannung sich der 90⁰-Stellung gegenüber dem des Stromes nähert, so daß man dergestalt den theoretischen äußersten Bedingungen im Betrieb des Kondensators näher kömmt.

Die erwähnte Überformierung erhöht die Stärke des Häutchens auf der Platte, und zwar derart, daß seine günstigen Wirkungen noch lange, nachdem der Kondensator im Betrieb ist, bemerkbar bleiben.

Nach einiger Zeit jedoch ist die Einwirkung der elektrolytischen Flüssigkeit auf das Häutchen derartig, daß der Erfolg dieser Überformierung zerstört wird, so daß es nötig wird, von Zeit zu Zeit die Überformierung zu wiederholen, um den Kondensator in den besten Leistungsbedingungen zu erhalten und dem Häutchen die Widerstandsfähigkeit gegen die zerstörenden Einwirkungen, denen es unterworfen ist, zu verleihen; das kann während des Betriebes des Kondensators selbst erfolgen, also ohne daß es nötig ist, denselben hierzu aus dem Betrieb zu entfernen.

Man kann hier jedoch im allgemeinen den Kondensator unmittelbar auf die höchste Spannung der Überformierung bringen und ihn eine gewisse Zeit lang darunter verbleiben lassen, und zwar mehr oder weniger lange, je nach dem Werte dieser höchsten Spannung während der Uberformierung.

Um die Uberformierung während des Betriebes des Kondensators zu erhalten, kann man eine der nachstehend angegebenen An-Ordnungen anwenden:

In den Stromkreis des Kondensators ist

eine Selbstinduktionsspule (mit einem magnetischen Felde in Eisen) eingeschaltet mit veränderlicher oder unveränderlicher Selbstinduktion. Infolge der bekannten Erscheinungen der Resonanz bringt diese Spule eine Erhöhung der Spannung an den Klemmen des Kondensators hervor, deren Wert von der Selbstinduktion der Spule und von der Kapazität des Kondensators abhängig ist.

ίο Bei Drehstromanlagen werden die Kondensatoren in geeigneter Weise sternförmig in ihren normalen Betrieb eingeschaltet; damit ergibt sich ein einfaches Mittel, die Uberformierung zu erreichen, indem man mittels eines Umschalters während des kurzen Zeitraumes der Uberformierung von der Sternschaltung in die Dreieckschaltung übergeht. Diesen Übergang kann man, je nach den Umständen, mit oder ohne Einführung von Widerständen in den Stromkreis der Kondensatoren vornehmen, um plötzlich oder stufenweise die Überformierungsspannung zu erreichen, welche in diesem Falle das 1,73 fache der normalen Spannung beträgt.

Wenn es sich um dreiphasige Stromkreise handelt, kann für die Überformierung auch die in der Figur der beiliegenden Zeichnung dargestellte Schaltung angewendet werden.

Wird der zweipolige Schalter α in die Stellung d, d', e,e' gebracht, ergeben sich die Elemente sternförmig verbunden, und der Betrieb ist der übliche. Wird hingegen derselbe Umschalter in die Stellung d, d", e, e" versetzt, werden die Elemente in zwei Gruppen geschaltet, welche von der einen Phase abzweigen und sich je an eine der anderen beiden Phasen anschließen (Einschaltung im V.). In diesem Falle wird eine Erhöhung der Spannung um ungefähr 15 Prozent erzielt, was in der Praxis genügen kann.

Eine derartige Schaltung kann angewendet werden, wenn die Anzahl der Kondensatoren gerade ist oder so groß, daß der Unterschied in der Anzahl der Kondensatoren in jedem Zweige der V-Schaltung während der Uberformierung unbeachtet bleiben kann.

Die Uberformierung kann man auch dadurch erreichen, daß man einige Elemente der Reihe mittels Kurzschlusses abschaltet, so daß die Spannung der ausgeschlossenen Kondensatoren sich als Überdruck auf die anderen im Betrieb verbleibenden Kondensatoren verteilt. Indem man hierauf an Stelle der zuerst kurzgeschlossenen Kondensatoren andere abschal- tet, kann man die Uberformierung aller erzielen.

In besonderen Fällen kann die Überformierung dadurch erhalten werden, daß man die Kondensatoren direkt mit den Wechselstromerzeugern verbindet und die Spannung der letzteren erhöht, oder noch besser: für ein System von Kondensatoren, die im gewöhnlichen Betriebe sternförmig an einem dreiphasigen Netze liegen, daß man vorher aus der Sternschaltung in die Dreieckschaltung übergeht, wie früher schon erwähnt, womit man den Vorteil erzielt, daß man während der Dauer der Uberformierung den Wechselstromerzeuger mit einer Spannung arbeiten lassen kann, die von der regelmäßigen Span-• nung nur wenig verschieden ist.

Die Uberformierung erfolgt im allgemeinen während einer sehr kurzen Zeitdauer und könnte also auch durch einen Stromstoß hervorgerufen werden, den man auf irgendeine Weise, z. B. bei jedem Anlauf des Apparates, erhalten kann.

Mit der vorbeschriebenen Methode der Formierung und Uberformierung der Platten bei dem Bau des Apparates und der periodischen Uberformierung während des Betriebes, wie ' sie mit den vorerwähnten Mitteln erreicht wird, erhält man Kondensatoren, welche ununterbrochen, auch in Wechselstromnetzen, arbeiten, und zwar mit geringen Verlusten, mit dauernder Kapazität und mit großer Widerstandsfähigkeit des Häutchens gegen zerstörende Einflüsse. Somit kann man auch leicht Batterien von Kondensatoren bauen, welche unter den besten Bedingungen auch bei hoher K. V. A.-Zahl arbeiten.

Im Falle, daß derart formierte Kondensatoren für besondere Zwecke, z. B. als Blitzableiter, verwendet werden, können sie andauernd in dem zu beschützenden Netze arbeiten, ohne daß in ihrem Stromkreise irgendeine Sicherheitsfunkenstrecke nötig wäre.

Claims (7)

Patent-An Sprüche:

1. Verfahren, um bei elektrolytischen Kondensatoren, die* bestimmt sind, dauernd an ein Netz von bestimmter Betriebsspannung angeschlossen zu werden, dauerhafte, mit höchstem Wirkungsgrad und konstanter Kapazität versehene Platten aus Aluminium oder sonstigen Metallen durch Steigerung der Spannung zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gleichstrom sowohl als bei Wechselstrom eine Formierung und spätere Uberformierung des Häutchens in der Weise vorgenommen wird, daß die Spannung sowohl im Augenblicke der ersten Formierung als auch später von Zeit zu Zeit während des Betriebes bis zu einem höheren Wert als demjenigen des normalen Betriebes erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Uberformierung die höhere Spannung so lange beibehält, bis das Häutchen eine solche Dicke

erreicht hat, daß nach Verringerung der Spannung auf diejenige des Betriebes der Strom um etwas geringer ist als vor der Uberformierung, während die Kapazität den normalen Wert wieder erreicht, wodurch die Verluste bedeutend verringert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselspule mit oder ohne veränderlicher Selbstinduktion mit dem Kondensator in Reihe geschaltet wird, um die Uberformierung zu erreichen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, um die Überformierung zu erhalten, bei Drehstromnetzen die Kondensatoren im Betriebe mittels eines gewöhnlichen oder mit abschaltbaren Widerständen versehenen Umschalters im Stern, und während des Uberformierens im Dreieck geschaltet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß um die Uberformierung zu erhalten, bei Drehstromnetzen die Kondensatoren im Betriebe in Sternschaltung liegen und während des . Uberformierens in V-Schaltung, d. h. in Abzweigung von einer Phase auf die beiden anderen gelegt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, 30' dadurch gekennzeichnet, daß zum Uberformieren einige Elemente der Kondensatorenreihe kurzgeschlossen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überformieren die Spannung des Stromerzeugers oder des die Kondensatoren speisenden Netzes erhöht wird, indem man entweder die übliche Einschaltung der Kondensatoren beibehält oder bei den Dreh-Stromkreisen von der Stern- zur Dreieckschaltung übergeht.

Hierzu· 1 Blatt Zeichnungen.