DE2855058A1

DE2855058A1 - Anoden- und kathodenleitungsdrahtaufbau fuer festkoerperelektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DE2855058A1
Application number: DE19782855058
Authority: DE
Inventors: Richard Arthur Lambrecht
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1979-06-28
Also published as: CA1111522A; FR2412927A1; JPS5491752A; US4185317A; DE2855058C2; FR2412927B1; GB2011180A; GB2011180B; JPS5832776B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leitungsdrahtaufbau (lead wire assembly) für Festkörperelektrolytkondensatoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Befestigung der Kathoden- und Anodenleitungsdrähte an einem Festkörperelektrolytkondensatorkörper.

Festkörperelektrolytkondensatoren bestehen bekanntlich aus einem im allgemeinen zylinderförmigen Kondensatorkörper mit einer äußeren Kathodenschicht, welche eine Anode umgibt, die aus einem filmbildenden Material besteht, z.B. Tantal.

Die Anode wird mit einem sich axial erstreckenden Ableitungsdraht (lead out rod) oder Draht gebildet, an dem nachfolgend ein Anodenleitungsdraht befestigt wird, z.B. durch Schweißen, während im folgenden ein Kathodenleitungsdraht an der Kathodenschicht befestigt wird, z.B. durch Schweißen.

Es ist wichtig, einen oben beschriebenen Kondensatorkörper mit einer negativen oder Kathodenanschlußleitung (terminal lead) zu versehen, die koaxial mit dem zylinderförmigen Kondensatorkörper und der Anodenleitung ist.

Um dieses Resultat zu erzielen, wurden früher axial geleitete (axially leaded) Metallbecher verwendet, um den Kathodenteil des Kondensatorkörpers teilweise zu umschließen und um elektrischen Kontakt herzustellen. Dieses Vorgehen ist recht kostspielig, und zwar wegen der Kosten der Metallbecher und aus anderen Gründen. Ein anderes Verfahren bestand darin, daß eine Leitung (lead) direkt an den Boden des Kondensatorkörpers geschweißt wurde, d.h. an die Oberfläche gegenüber der Anodenleitungsverbindung. Dies ist ein recht

909826/0879

delikater Vorgang und dementsprechend kostspielig. Ein weiteres Vorgehen besteht darin, den Kondensatorkörper in ein vorgeformtes Drahtteil zu setzen, das sowohl mit der Anodenleitung und einem lateralen Teil des Kondensatorkörpers verbunden ist. Nachdem die Verbindung hergestellt worden ist, wird der Teil des Drahtes zwischen dem Kondensatorkörper und der Anodenleitung weggeschnitten. Der Schneidevorgang führt notwendigerweise zu einem unerwünschten mechanischen Schock für den Kondensatorkörper und die dahinführenden Verbindungen. Das Hineinsetzen des Kondensatorkörpers in das vorgeformte Drahtteil erfordert außerdem für die kontinuierliche Produktion, daß die Kondensator körper dieselbe Länge aufweisen. Dies ist nicht immer bequem.

Ein weiteres bekanntes Verfahren, den Kathodenleitungsdraht bereitzustellen, besteht darin, einen vorgeformten Draht zu verwenden, der einen Endteil aufweist, der dem lateralen Teil des Kondensatorkörpers entspricht, und einen zweiten Endteil in axialer Ausrichtung mit der Anodenleitung. Der erste Endteil wird mit dem Kondensatorkörper verschweißt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Leitungsdraht während des Verbindens beim Schweißen die Tendenz hat, sich lateral über den Kondensatorkörper zu bewegen.

Der Anodenleitungsdraht wird gewöhnlich mit der Anodenleitung durch Stumpfschweißung oder Überlappungsschweißung von im wesentlichen koaxialen Leitungen verbunden. Diese Verfahren erfordern eine sehr genaue Ausrichtung der Leitungen, und das Verfahren ist demgemäß oft schwierig oder unzuverlässig.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine einfache und wenig kostspielige Leitungsdrahtvorrichtung

909826/0879

bereitzustellen und ein Verfahren zum Einbau für Festkörperelektrolytkondensatoren.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Leitungsdrahtkonfigurationen bereitzustellen, welche eine verbesserte Ausrichtung der Leitungsdraht gestatten, und ebenso überlegene mechanische und elektrische Verbindungen mit dem Kondensator.

Weitere Ziele ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus den Ansprüchen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen :

Fig. 1 einen Querschnitt eines konventionellen Festkörperelektrolytkondensatorkörpers,

Fig. 2 einen Leitungsdrahtaufbau gemäß der Erfindung,

Fig. 2a einen Querschnitt der. in Figur 2 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 2b

Fig. 2e Querschnitte der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Kondensatorkörpern verschiedenen Durchmessers,

Fig. 3 eine isometrische Ansicht der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung und

Fig. 4

Fig. 4a eine besondere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen zylinderförmigen Kondensatorkörper 1 mit einem im allgemeinen zylinderförmigen gesinterten Tantalanodenkörper 30, der einen Anodenableitungsstab 3 (anode lead

909826/0879

out rod) aufweist, der mit ihm elektrisch verbunden ist und sich in longitudinaler, axialer Ausrichtung damit erstreckt. Der Anodenkörper 30 ist konventionell mit einer dielektrischen Schicht aus Tantalpentoxid 32 beschichtet. Eine feste Schicht aus dem Mangandioxidelektrolyten 34- befindet sich über der dielektrischen Schicht 32 und der Kathodenschicht 36, ein schweißfähiger Film, z.B. Silber, befindet sich oberhalb der Elektrolytschicht 34. Eine Schicht aus dem Schweißmittel 37 wird dann bereitgestellt, das den Boden und die zylinderförmigen Oberflächen bedeckt.

Figur 2 zeigt Leitungsdrähte gemäß der Erfindung, und zwar bei 110 und 120, wobei die Leitungsdrähte aus einem elastischen Draht geformt sind, z.B. aus einem mit Schweißmittel beschichteten Nickeldraht, aus einem Rupferschweißdraht oder dergleichen. Das Paar der Drähte 110 und 120 erstreckt sich im wesentlichen entlang derselben Achse, und die Drähteliegen im wesentlichen entlang einer gemeinsamen Achse mit dem Anodenableitungsstab 3 des Kondensatorkörpers 1. Die Drähte 110 und 120 werden im wesentlichen koaxial gezeigt, und der Draht hat einen lateralen Teil 130, der sich quer zum Anodenableitungsstab 3 des Kondensatorkörpers 1 erstreckt, wie er in Figur 1 gezeigt ist. Der Draht 120 hat einen bogenförmigen Teil 125, der von dem lateralen Teil 130 des Drahtes 110 entfernt ist und in einer Ebene liegt, die senkrecht (90°) zur longitudinalen Achse des Kondensatorkörpers 1 liegt und zur gemeinsamen Ebene des Drahtes 110, Querteil 130 des Drahtes 110, Draht 120 und AbIeitungsstab 3.

Der Kondensatorkörper 1 befindet sich zentral in dem im allgemeinen konformen gebogenen Teil 125, wie in den Figuren 2b bis 2e gezeigt ist; Figur 2 zeigt eine Form des gebogenen Teils 125, die nicht einer wahren gebogenen Gestalt entspricht, sondern, wie die Ausführungsformen in Figuren 2b, 2c und 2e zeigen, im allgemeinen der Gestalt des Kondensatorkörpers

9Ö9826/0879

entspricht und teilweise den Kondensatorkörper umgibt, z.B. 1/8 bis zur Hälfte des Umfanges; diese Ausführungsformen liegen im Bereich der vorliegenden Erfindung. Figur 2c zeigt einen Kondensatorkörper 1, der kleiner ist als der in Figur 2b gezeigte, und Figur 2e zeigt einen Kondensatorkörper 1¹, der größer ist als der in Figur 2b gezeigte. Der in Figur 2b gezeigte Kondensatorkörper 1 entspricht eng der Gestalt des gebogenen Teils125 und ist wegen des größtmöglichen Kontaktes eine bevorzugte Ausführungsform, die anderen, in den Figuren 2b und 2e gezeigten Ausführungsformen bieten jedoch auch einen guten Kontakt für das nachfolgende Schweißen. Ein Kondensatorkörper 1 ist wie in den Figuren 2a und 3 dargestellt befestigt, ebenso die Leitungsdrähte 110 und 120, wie im folgenden beschrieben wird. Eine Kraft F wirkt auf den Draht, wie in Figur 3 gezeigt ist. Diese Kraft ist transversal, d.h. senkrecht zur gemeinsamen Ebene 101 der Drähte 110, 120, 130 und Leitungsstab 3; sie genügt, um einen Kontakt zwischen dem lateralen Teil 130 und dem Anodenableitungsstab 3 herzustellen. Während des Kontaktes wird der Abnodenableiturigsstab 3 konventionell mit dem lateralen Teil 130 verschweißt, wobei die Kraft F ausreicht, um eine gute Schweißung zu gewährleisten. Eine Kraft F' wird auf den Draht 120 angewendet, und zwar gewöhnlich an einem Punkt in der Nähe des gebogenen Teils 125, wie in den Figuren 2a und 3 gezeigt wird; diese Kraft ist ebenfalls transversal, d.h. sie ist unter einem Winkel von 90° zur gemeinsamen Ebene 101 des Drahtes 110 gerichtet, zum transversalen Teil 130 des Drahtes 110. zum Draht 120 und zum Ableitungsstab 3; diese Kraft genügt, um einen passenden (nesting) Kontakt zwischen dem gebogenen Teil 125 und dem Kondensatorkörper 1 herzustellen, wie in den Figuren 2b bis 2e gezeigt ist. Infolge seiner Biegsamkeit und seiner auskragenden Befestigung bei 137 ist der Draht 120 lateral beweglich, wie bei 135 gezeigt ist, wodurch eine Ausrichtung des gebogenen

909826/0879

Teiles 125 unter Ausbildung eines passenden Kontaktes mit dem Kondensatorkörper 1 ermöglicht wird, selbst wenn der Kondensatorkörper 1 eine etwas unregelmäßige Gestalt aufweist oder "aus der Linie ist". Der Draht 110 ist ebenfalls auskragend montiert, wie bei 139 angedeutet ist, und er ist in Richtung 138 der Kraft F beweglich, um einen engen Kontakt mit dem Anodenableitungsstab 3 zu ermöglichen. Wie in der Figur 3 gezeig» ist, enthält die gemeinsame Ebene 101 der Drähte 110, 120, 130 und des AbIeitungsStabes 3 (Lead out rod) die Längsachse 102 des Kondensatorkörpers 1 und die Ebene 107 enthält im wesentlichen den Kondensatorkörper, der in Kontakt steht mit dem gebogenen Teil 125» die Ebene ist senkrecht zur Ebene 101.

Die Figur 4 zeigt eine automatisierte Herstellungsform des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung. Figur 4 zeigt eine Vielzahl von im voraus verzinnten Leitungsdrahtaufbauten gemäß der Erfindung, die auf einer Stützvorrichtung 200 montiert sind, hergestellt beispielsweise aus Karton und daran mit Hilfe des Klebebandes 210 befestigt. Mit Hilfe von Stiften 230 und Klammern 240 ist die Tragevorrichtung 200 auf ein Boot 220 montiert, das aus einem Metall wie Aluminium hergestellt ist. Ein mit Schlitzen versehener "Kamm" 250 ist an das Boot 220 befestigt, um die Ausrichtung der Leitungsdrahtaufbauten 500 mit den Kondensatorkörpern 1 zu unterstützen, die bei 360 an eine Metallstange 263 angeschweißt sind; wie bei 270 gezeigt, ist sie an das Boot 220 befestigt. Das Boot 220 wird beweglich auf dem Gleis 350 getragen und in die Richtung bewegt, die durch die Klinke 282 (pawl) gezeigt wird. Der Schweißkopf, der eine leitende Platte 290 bei einem negativen Potential hat, wie bei 300 angedeutet ist, und eine kreisförmige Metallplatte 310 als die positive Schweißelektrode, ist an ein drehbares, mit Zähnen versehenes Getriebe 320 befestigt,

909826/0879

das mit dem Stangentriebwerk 330 auf dem Boot 220 in Eingriff steht. Das Boot 220 wird durch den Stab 340 bewegt, und das Boot 220 bewegt sich entlang des Gleises 350, um nacheinander jeden Anodenableitungsdraht 3 eines Kondensatorkörpers 1 an die Stelle 360 zu bringen, wo die kreisförmige Platte 310 gelagert ist und zwar so in Bezug auf den Leitungsdraht 110, daß eine Kraft F auf den lateralen Teil 130 ausgeübt wird und einen Kontakt zwischen dem lateralen Teil 130 und dem Anodenableitungsdraht 3 herstellt. Die Richtung dieser Schweißkraft F ist transversal, d.h. unter einem Winkel von 90° zur gemeinsamen Ebene der Drähte 110, 120, 130 und des Ableitungsstabes 3, wie bei 364 angedeutet ist. Während ein derartiger Kontakt besteht, läßtder Zeitgeber 370 einen Schweißstrom von 300 fließen und der Anodenabieitungsstab 3 und der laterale Teil 130 werden miteinander verschweißt. Dieses Schweißen und die Anwendung einer Schweißkraft wiederholt sich jedes Mal, wenn ein Kondensator die Stelle 360 erreicht. Wenn alle Kondensator körper auf !dem Boot 220 geschweißt worden sind, wird das Boot 220 in eine Lage bewegt, wo ein Strom eines heißen Gases aus der Düse 370 gegen den gebogenen Draht 125 geleitet wird und der Kondensatorkörper 1 in passendem Kontakt durch die Kraft F' gehalten wird, wodurch der Draht 125 mit dem Kondensatorkörper 1 verschweißt wird, und. zwar mit Hilfe des bekannten "reflow"-Verfahrens. Infolge der auskragenden Ausdehnung des Teils 122 des Drahtes 120 von der fixierten Position auf dem Teil 200, kann der Teil 122 elastisch verformt werden, wie in der Figur 4a bei 135 und 136 angedeutet ist, um Kondensatorkörper verschiedenen Durchmessers aufzunehmen und um einen passenden Kontakt mit dem gebogenen Teil 125 zu ermöglichen. Jede falsche Ausrichtung der Kondensatorkörper 1 wird auch durch die Biegsamkeit des auskragend montierten Drahtes 120 aufgenommen. Eine Bleibacke 380 (lead clamp) übt gleichzeitig eine Kraft F¹ auf alle Drähte 120 aus, wie in ^Figur 4 gezeigt ist, wodurch die gebogenen Teile

909826/0879

125 in passenden Kontakt mit den Kondensatorkörpern gebracht werden, wie im folgenden beschrieben wird. Die Richtung der Kraft F' ist transversal zur gemeinsamen Ebene der Drähte 110, 120, 130 und zum Ableitungsstab 3 (lead out rod). Das Boot 220 ist, nachdem die gebogenen Teile 125 und der Anodenkörper 1 verschweißt worden sind, auf eine Position vorwärts bewegt worden, wo der Schneider 400, gezeigt in Figur 4, den Anodenabieitungsstab 3 von der Arbeitss+cmge 263 abschneidet und die Drähte 110 und 120 werden ähnlich durch die Schneidewerkzeuge 410 und 420 abgetrennt. Die zusammengebauten Kondensatorkörper werden dann (nach bekannten Verfahren umhüllt) geprüft; sie können nun an Schalttafeln angeschlossen werden. Alternativ können die Drähte 110 und 120 abgeschnitten werden, bevor die Tragevorrichtung 200 auf das Boot 220 montiert wird. Die Drähte 110 und 120 können auch integral geformt werden und auch integral montiert werden anstatt separat geformt und montiert zu werden.

Ein besonderer Vorteil des Leitungsdrahtaufbaus gemäß der Erfindung besteht darin, daß die im v/es entlichen koaxiale Beziehung zwischen den Anoden- und Kathodenleitungen nicht übermäßig mit einer wesentlichen Änderung des Durchmessers des Kondensatorkörpers variiert, was oft vorkommt, und zwar infolge der Tauchbeschichtungen bei der Herstellung der Kondensatorkörper. Dieser Vorteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der gebogene Teil des Kathodenleitungsdrahtes einen zufriedenstellenden Kontakt mit einem Kondensatorkörper herstellen kann, und zwar bei einer relativ kleinen Verrükkung des geraden Teils des Kathodenleitungsdrahtes.

Es wird ein Leitungsdrahtaufbau beschrieben, der es gestattet, Schweißverbindungen an der Anode und Kathode von Festkörperelektrolytkondensatorkörpern anzubringen, während eine Kraft in einer einzigen Richtung auf den Leitungsdrahtaufbau ausgeübt wird, und zwar während des Schweißens

909826/0879

(soldering and welding). Die automatisierte Herstellung einer Vielzahl von Kondensatorkörpern wird durch die vorliegende Erfindung erleichtert.

S09826/0879

Leerseite

Claims

PATENTAHWALt
DiPL-IMG.

HELMUT GÖRT2 ,_fiC,_n,₀

Frankfurtern Main 70 Z Q 3 O U 3 O

Schneckenhofsir. 27 - Tel. 617079

19. Dezember 1978 Gzm/g

Union Carbide Corp., New York, N.Y. 10017, USA

Anoden- und Kathodenleitungsdrahtaufbau für Festkörperelektrolytkondensatoren

Patentansprüche

Verfahren zur Befestigung eines Anodenleitungsdrahtes und eines Kathodenleitungsdrahtes an einem Festkörperelektrolytkondensator mit einem im wesentlichen zylinderförmigen Körper einschließlich eines Anodenableitungsdrahtes (lead out wire), mit einer Anodenleitung in Kontakt mit dem Anodenableitungsdraht und mit diesem verbunden, wobei sich diese entlang der longitudinalen Achse des zylinderförmigen Körpers erstreckt, mit■einer dielektrischen Schicht auf der Anode, einer festen, elektrolytischen Kathodenschicht auf der dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar auskragend montierter, bereits geformter, elastischer Drähte bereitgestellt wird, jeder Draht des Drahtpaares hat elastisch deformierbare ausgedehnte Teile, die im wesentlichen koaxial miteinander sind und mit der longitudinalen Achse des zylinderförmigen Körpers und im wesentlichen in

909826/0879

einer ausgewählten Ebene liegen, welche die longitudinale Achse des zylinderförmigen Körpers enthält, ein Draht des Drahtpaares ist ein Anodenleitungsdraht und der elastisch deformierbare ausgedehnte Teil dieses Drahtes hat einen Endteil, der im wesentlichen in der ausgewählten Ebene liegt, der andere Draht des Drahtpaares ist der Kathodenleitungsdraht, und der elastisch deformierbare ausgedehnte Teil dieses Drahtes hat einen gebogenen Teil, der von dem Endteil des Anodenleitungsdrahtes beabstandet ist, der in einer Ebene liegt, die senkrecht zu der ausgewählten Ebene liegt, der gebogene Teil hat eine Gestalt, welche im allgemeinen dem im wesentlichen zylinderförmigen Kondensatorkörper entspricht, der zylinderförmige Kondensatorkörper wird bezüglich des Anodenleitungsdrahtes so gelagert, daß die Anodenleitung des zylinderförmigen Kondensatorkörpers nahe dem Endteil des Anodenleitungsdrahtes ist, der zylinderförmige Kondensatorkörper wird bezüglich des Ka"thodenleitungsdrahtes so gelagert, daß der zylinderförmige Kondensatorkörper nahe dem im allgemeinen gebogenen Teil des Kathodenleitungsdrahtes ist. Der elastisch deformierbare ausgedehnte Teil des Kathodenleitungsdrahtes wird einer Kraft ausgesetzt, die in einer Richtung wirkt, welche quer zu der ausgewählten Ebene gerichtet ist, die Kraft reicht aus, um einen passenden Kontakt (nesting contact)zwischen dem gebogenen Teil des Kathodenleitungsdrahtes und dem zylinderförmigen Kondensatorkörper herzustellen, der gebogene Teil wird mit dem Kondensatorkörper verschweißt, während die Kraft angewendet wird, der Anodenleitungsdraht wird einer Kraft unterworfen, welche in einer Richtung wirkt, die

909826/0879

senkrecht zu der ausgewählten Ebene gerichtet ist, die Kraft reicht aus, um einen Kontakt zwischen dem Endteil des Anodenleitungsdrahtes und dem Anodenleitungsdraht des Kondensatorkörpers herzustellen, der Endteil wird mit der Anodenleitung verschweißt, während die Kraft angewendet wird.
2. Festkörperelektrolytkondensator, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper mit einer Anode, einer Anodenleitung in Kontakt mit der Anode und mit dieser verbunden und entlang der Längsachse des zylinderförmigen Körpers ausgerichtet, eine dielektrische Schicht auf der Anode, eine feste elektrolytische Kathodenschicht auf der dielektrischen Schicht, ein Paar von elastischen Drähten, die im wesentlichen koaxial miteinander sind und ebenso mit der Längsachse des zylinderförmigen Körpers, jeder Draht des Paares hat elastisch deformierbare ausgedehnte Teile, die im wesentlichen koaxial sind und im wesentlichen in einer ausgewählten Ebene liegen, welche die Längsachse des zylinderförmigen Kondensatorkörpers enthält, einer der Drähte des Drahtpaares ist ein Anodenleitungsdraht mit einem Endteil, der. im wesentlichen in der ausgewählten Ebene liegt und mit der Anodenleitung des Kondensatorkörpers verschweißt wird, der andere Draht des Drahtpaares ist der Kathodenleitungsdraht mit einem gebogenen Teil, der von dem Endteil des Anodenleitungsdrahtes beabstandet ist und in einer Ebene

909826/0879

liegt, die senkrecht zu der ausgewählten Ebene liegt, der gebogene Teil hat eine Gestalt, die im allgemeinen dem im wesentlichen zylinderförmigen Körper entspricht und den Umfang des zylinderförmigen Kondensatorkörpers ungefähr zu 1/8 bis zur Hälfte umgibt und damit verschweißt wird.

909826/0879