DE3111580A1

DE3111580A1 - Kondensator

Info

Publication number: DE3111580A1
Application number: DE19813111580
Authority: DE
Inventors: William D. 46135 Greencastle Ind. Davies
Original assignee: Emhart Industries Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1980-06-16
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB2077997A; JPS5713733A; CA1155189A

Description

ψ ■» e I» · ♦ · · «

• ϊ·· ϊ ..""·.* ·ο ... οΙΙΙ boU

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen verkapselten Kondensator mit minimaler Anodenimpedanz. Allgemein gesprochen betrifft die Erfindung einen Kondensator, der einen Körper umfaßt, welcher eine feste bzw. massive, poröse Anode aus filmbildendem .Metall aufweist, die gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von mikroskopischen, miteinander verbundenen Hohlräumen und die von wenigstens einem Kanal durchsetzt ist, so daß die Menge des Metalls in der Anode vermindert ist, und eine Kathodeneinrichtung, welche die Anode im wesentlichen umgibt; eine Schutzschicht aus Harz, die den Körper einkapselt; eine Anodenausgangs- bzw. -an-Schlußeinrichtung, die sich von einem inneren Teil der Anode aus erstreckt; und eine Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung, die sich von der Kathodeneinrichtung aus an eine äußere Oberfläche des Körpers erstreckt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator des elektrolytischen Typs, der eine poröse, gesinterte Anode von einer speziellen geometrischen Form hat, und worin die Anode wie auch andere Elemente des Kondensators in einer Schutzschicht aus Harz, insbesondere Kunstharz, eingekapselt sind.

Es ist aus der Technik der Tantalkondensatoren bekannt, daß überragende elektrische Eigenschaften erzielt werden können, wenn die Anode in einer solchen Weise ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen jeder Stelle innerhalb der Anode und einer äußeren Oberfläche, wo Kontakt zu dem Elektrolyt vorgesehen sein kann, auf ein Minimum herabgesetzt ist. Auf diese Weise werden die Wirkungen des Elektrolytwiderstands innerhalb der Anode minimalisiert, wodurch sich ein verbesserter Verlustfaktor und eine größe-

C

re Stabilität des Kapazitätswerts über einen weiten Bereich von Frequenzen ergibt. Zum Beispiel ist in der am o3. Oktober 1967 erschienenen US-Patentschrift 3 345 545 ein Fest- bzw. Massivelektrolyt-Tantalkondensator beschrieben, der verschiedene Anodenformen hat, durch die sich bessere elektrische Kenndaten ergeben.

Es ist außerdem aus der Technik der Tantalkondensatoren bekannt, daß Einkapseln der Kondensatorelemente in einer Schutzschicht aus Harz dazu beiträgt, den Kondensator vor schädlichen Wirkungen der Umgebung unter Einschluß von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen zu schützen und außerdem den Kondensator gegen falsche Behandlung zu schützen. Das Verkapselungsmittel verleiht dem Kondensator weiterhin ein glattes, gleichmäßiges Aussehen. Beispielsweise ist in der am o2. August 1977 erschienenen US-Patentschrift 3 o49 9o4 ein Tantankondensator beschrieben, der in einer als Überzug vorgesehenen Schicht aus Harz eingekapselt ist.

Vor der vorliegenden Erfindung sind die beiden aufgezählten Merkmale nicht kombiniert worden, und zwar primär wegen der erwarteten Fabrikationsschwierigkeiten des Bedekkens der unterschiedlichen Anodenkonfigurationen mit dem Einkapselungsmittel.

Nachstehend seien kurz wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung angegeben. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator vorzusehen, der eine feste bzw. massive, poröse Anode hat, die eine Konfiguration aufweist, welche bessere elektrische Kenndaten erbringt, und die in einer Schutzschicht aus einem Harz eingekapselt ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein solcher Kondensator zur Verfügung gestellt wird, in dem die Anode

von wenigstens einem Kanal durchsetzt ist, so daß die Menge an Metall in der Anode vermindert ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein solcher Kondensator zur Verfügung gestellt wird, worin die Anode ein Zylinder ist, in dem eine mittige Bohrung vorgesehen ist. Ein noch anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein solcher Kondensator zur Verfügung gestellt wird, in dem die Bohrung wenigstens teilweise mit dem Harz, insbesondere Kunstharz, gefüllt ist. Außerdem besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß ein solcher Kondensator vorgeschlagen wird, in dem die Anode einen Querschnitt hat, der die Form eines vierblättrigen Kleeblatts hat. Darüber hinaus besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß ein solcher Kondensator geschaffen wird, in dem sich die Anodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung von einem inneren Teil der Anode aus erstreckt, und in dem sich die Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung längs einer äußersten bzw. einer am weitesten außen liegenden Oberfläche der Anode erstreckt.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale seien nachfolgend anhand einiger, in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung zur Darstellung von deren Merkmalen;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der Fig.

* * · · ft ♦

• fc J

>■ · *■ k ft

Es sei nun zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist; danach weist der gezeigte Kondensator 1o einen Körper 12 auf, der in einer Schutzschicht 14 eingekapselt ist, sowie eine Anodenausgangs- bzw. -anschlußexnrxchtung 16 und eine Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung 18. Der Körper 12 umfaßt oder ist eine gesinterte poröse Anode 2o, die aus einem filmbildenden Metall hergestellt ist und eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen hat. Der Körper 12 weist außerdem, obwohl das in Einzelheiten nicht dargestellt, aber nach der üblichen Technik an sich bekannt ist, außerdem einen geeigneten dielektrischen Oxidfilm und einen festen Elektrolyt oder eine leitende Schicht auf, die in dem Kondensator zusammen als eine Kathodeneinrichtung wirken.

Geeignete Materialien für die Anode 2o werden allgemein aus den Metallen Aluminium, Titan, Tantal, Niob oder Zirkon ausgewählt, und vorzugsweise wird Tantal verwendet. Die leitenden Schichten umfassen oder sind allgemein eine Schicht aus Mangandioxidfilm, die dem dielektrischen Oxidfilm benachbart ist, sowie eine oder mehrere Schichten aus Graphit, Lötmetall, Silber oder anderen leitfähigen Materialien.

Die Schutzschicht 14 sollte aus einem Material zusammengesetzt sein, das elektrisch isolierend ist, eine gute Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße hat, in der Lage ist, erhöhten Temperaturen zu widerstehen, relativ undurchlässig für Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen in der Atmosphäre ist, relativ billig ist, sowie so beschaffen ist, daß sie durch Techniken, wie Tauchen, Pressen bzw. Formen bzw. Formpressen, Bürsten, Sprühen und dergl. auf Kondensatoren aufbringbar ist. Beispiele solcher Materialien sind Epoxyharze, Silikonharze und Gummis bzw. Kau-

tschuke, Phenoxyharze und Phenolharze.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die poröse Anode 2o des Körpers 12 eine Form, welche einen minimalen Abstand zwischen jeder Stelle innerhalb der Anode und der Oberfläche, wo der Kontakt mit dem Elektrolyten erfolgt, ergibt, was allgemein dadurch erzielt wird, daß die massive Anode von einem Kanal durchsetzt wird, so daß die Menge an Metall in der Anode vermindert wird, und der Körper wird dann in der Schutzschicht 14 eingekapselt. In den Fig. 1 und 2 hat die Anode die Form eines Zylinders 22, der eine mittig vorgesehene Bohrung 24 besitzt. Die Anodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung 16 erstreckt sich von dem inneren Teil 26 der Anode in einem Bereich, der etwa in der Mitte zwischen der Bohrung 24 und der äußeren Oberfläche des Zylinders liegt. Die Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung 18 befindet sich in elektrischem Kontakt mit der Kathodeneinrichtung des Kondensators an der äußeren Oberfläche des Körpers 12. Wie dargestellt, ist die Bohrung 24 wenigstens teilweise mit dem Material der Schutzschicht 14 gefüllt.

In der Αμεführungsform des Kondensators 1o', die in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, hat die Anode 2o, gesehen im Querschnitt der Fig. 3, die Form eines vierblättrigen Kleeblatts 21. Eine solche Struktur ermöglicht es, größere Mengen an Metall zu entfernen, so daß weiter die Wirkungen des Elektrolytwiderstands vermindert werden. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die Anodenausgangs- bzw·, -anschlußeinrichtung 16' von der Mitte der Anode aus, während sich die Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung 18' von der äußeren Oberfläche des Körpers 12' an der Stelle des größten Durchmessers des Körpers erstreckt.

Eine Anzahl von Kondensatoren, die gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 hergestellt worden sind, wurden

getestet und mit Kondensatoren verglichen, die so hergestellt worden waren, daß sie eine massive rechteckige Anode hatten. Beide Arten von Kondensatoren waren durch Tauchen in ein Epoxyharz verkapselt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben.

	12o Hz	Tabelle I	1ooo Hz	DF	1oo kHz
	Kapazität %		Kapazität 'b	28,ο	ERS in Ohm
	227	DF	22o	26,9	o,1o6
	231	4,5	225	28,6	o,o9o
Massive	229	4,ο	222	26,2	o,o98
Anode	231	4,5	224	3o,6	o,o95
	229	4,ο	221	9,2	o,1o7
	234	4,8	233	9,ο	o,o6o
	227	1,5	225	9,4	o,o58
Anode	238	1,7	237	8,9	o,o6o
der Fig.	234	1,7	233	7,9	o,o58
1 und 2	223	1,5	222		o,o55
	1,5

Eine Anzahl von Kondensatoren, die gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 hergestellt worden waren, wurde getestet und mit den Kondensatoren der Tabelle I verglichen, die eine massive rechteckige Anode hatten. Wiederum wurden beide Arten von Kondensatoren durch Tauchen in ein Epoxyharz verkapselt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt.

V · tt * V *

- 1o -

	% DF	TABELLE II	% DF	1oo	kHz
12o Hz	1,5	1ooo Hz	9,5	ERS	in Ohm
Kapazität	1,3	Kapazität	8,4	o,	o56
218	1,3	217	8,3	O,	o44
217	1,3	215	7,7	o,	o45
216	1,9	214	8,4	O,	o45
216	1,9	215	8,1	O,	o44
221	1,3	218	8,2	O,	o44
214	1,3	212	8,5	O,	o45
212	211		O,	o53
216	215

Bezüglich der beiden Tabellen ist zu sagen, daß die Bezeichnung % DF den Verlustfaktor bedeutet, der ein Maß des Leistungsverlusts aufgrund des Innenwider,stands ist. Je kleiner der Wert dieses Verlustfaktors ist, um so besser ist die Leistungsfähigkeit bzw. der Leistungskennwert des Kondensators. Die Bezeichnung ERS, die sich auf eine Standardmessung bei hohen Frequenzen bezieht, bedeutet Äquivalent-Serien-Widerstandswert und ist ein Maß für den Widerstandswert des Kondensators. Auch hier ist die Leistungsfähigkeit bzw. der Leistungskennwert des Kondensators um so besser, je niedriger der Wert ERS ist.

Eine Betrachtung der Tabellen zeigt deutlich die besseren Ergebnisse, die im Vergleich mit einer massiven rechteckigen Standardanode erzielt werden, wenn Anoden nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die Kapazitätswerte in den Tabellen I + II sind im Mikrofarad enthalten.

Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. \KKjc^MA?*N,"DfPL.*-PHV3.*DR. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEN ^*' "»Z 1981

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SP/BR

EMHART INDUSTRIES, INC.

426 Colt Highway

Farmington, Connecticut, V.St.A.

Kondensator

Patentansprüche

n_3 Kondensator, dadurch gekennzeichnet , daß er folgendes umfaßt:

(a) einen Körper, der eine massive bzw. feste, poröse Anode aus filmbildendem Metall aufweist, welche durch eine Vielzahl von mxkroskopischen, miteinander in Verbindung stehenden Hohlräumen charakterisiert und von wenigstens einem Kanal (24) zur Verminderung der Menge an Metall in der Anode (2o; 2ο¹) durchsetzt ist, und eine Kathodeneinrichtung, welche die Anode (2o; 2o') im wesentlichen umgibt;

(b) eine Schutzschicht (14) aus Harz, die den Körper (12) umhüllt bzw. einkapselt;

(c) eine Anodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung (16;

16')/ die sich von einem inneren Teil der Anode (2o; 2o') aus erstreckt; und

(d) eine Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung (18; 18'), die sich von der Kathodeneinrichtung aus an eine äußere Oberfläche des Körpers (12; 12") erstreckt.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die feste bzw. massive, poröse Anode (2o) ein Zylinder (22) ist, der in seinem Inneren eine mittige Bohrung (24) hat.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung (24) wenigstens teilweise mit dem Harz gefüllt ist.
4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Anodenausgangsbzw, -anschlußeinrichtung (16) in Längsrichtung von dem Zylinder (22) in einem Bereich etwa in der Mitte zwischen der Bohrung (24) und einer äußeren Oberfläche der Anode (2o) erstreckt.
5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die feste bzw. massive, poröse Anode (2ο¹) einen Querschnitt hat, welcher die Form eines Kleeblatts (21), insbesondere eines vierblättrigen Kleeblatts, besitzt.
6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Anodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung (16¹) von der Mitte dieses Querschnittes aus erstreckt.
7. Kondensator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Kathodenausgangs- bzw. -anschlußeinrichtung (18') von einer äußersten

• Ι*· Γ *··**·· ** ··· Olli D ö U

bzw. am weitesten außen liegenden Oberfläche des Kleeblatt-Querschnitts (21) aus erstreckt.