DE3934274A1 - Aluminium-elektrolytkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aluminium-Elektrolytkondensator von der in der Hauptanmeldung P 39 15 455.6-33 angegebenen Art.

Ein solcher Aluminium-Elektrolytkondensator zeichnet sich da­ durch aus, daß die Lebensdauer durch weitestgehende Beseiti­ gung katalytischer Korrosionseffekte wesentlich erhöht und gleichzeitig die Waschmittelbeständigkeit bei Verwendung von halogenierten Waschmitteln verbessert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aluminium- Elektrolytkondensator nach der Hauptanmeldung insbesondere hinsichtlich seines Langzeitverhaltens noch weiter zu verbes­ sern und auch den Einsatz unterschiedlicher Verschlußorgane zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgese­ hen, daß das Verschlußorgan aus einem beidseitig kaschier­ ten, Reaktionsharz als Binde- und Verfestigungsmittel enthal­ tenden Hartpapierdeckel besteht, und daß das Reaktionsharz einen Anteil von 0,5 bis 6%, insbesondere einen Anteil von 1% bis 4% an Ionenaustauscher enthält.

Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es vor allem möglich, Hoch­ volt-Elektrolytkondensatoren mit Glykol-Elektrolyten wesent­ lich zu verbessern, da im Hochvolt-Bereich geringere Cl-Men­ gen als im Niedervolt-Bereich bereits Korrosion und Über­ druck verursachen können und der Einbau des Ionenaustau­ schers in den kaschierten Hartpapierdeckel diese negativen Auswirkungen verhindert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine sich vom Innenraum des Bechers durch die wickelseitige Kaschierung und durch den Hartpapierdeckel erstreckende Sacklochbohrung vorgesehen und das einen Ionen­ tauscher enthaltende, diese Bohrung bodenseitig begrenzende Gummimaterial in seiner wirksamen Stärke so dimensioniert, daß es als Ventil wirken kann.

Ein derart ausgebildetes Verschlußorgan ist sowohl für Kon­ densatoren im Hochvolt-Bereich als auch im Niedervolt-Be­ reich prinzipiell geeignet. Durch die erfindungsgemäßen Maß­ nahmen der Integration von Ionenaustauschern in das Hartpa­ pier und das Gummimaterial wird sichergestellt, daß trotz des direkten Kontakts mit den agressiven Lösungsmitteln die kritischen Grenzwerte an herausgelösten Cl-Ionen, welche bei Niedervolt-Elektrolyten etwa 20 bis 30 ppm und im Hochvolt- Bereich nur 1 bis 2 ppm betragen, nicht erreicht bzw. nicht überschritten werden.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung, der unabhän­ gig von der Art des jeweils verwendeten Verschlußorgans von besonderer Bedeutung ist, besteht darin, daß in die Papier­ bahn des Kondensatorwickels ein Ionentauschermaterial inte­ griert ist, wobei die Teilchendurchmesser des Ionentauscher­ materiale deutlich kleiner sind als die Dickenabmessung der jeweiligen Papierbahn.

Aufgrund dieser Vorgehensweise gelingt es, bereits mit ver­ gleichbar geringen Mengen an Ionentauschermaterial einen sehr vorteilhaften Effekt zu erzielen, da Chlorionen vorwie­ gend an der Verschlußseite parallel zur Papieroberfläche in den Winkel eindringen und somit ein wesentlich längerer Dif­ fusionsweg gegeben ist als beim Verschlußorgan. Diese gerin­ gen dabei erforderlichen Mengen an Ionentauschermaterial wir­ ken sich auch in wirtschaftlicher Hinsicht günstig aus.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung wird zur Fixierung des Wickels im Becher anstelle des herkömmlichen Teervergußes zumindest eine Lage aus einem elastisch kompressiblen, einen Ionenaustauscher enthaltenden Gummimaterial verwendet.

Zweckmäßigerweise wird zu dieser Fixierung eine sehr weiche, nach DIN 53 505 eine Härte von 30 Shore A aufweisende, ge­ lochte, eine Stärke von etwa 2 bis 3 mm aufweisende Platte aus EPDM-Gummi benutzt, bzw. in den Becher eingelegt, wobei die Integration des Ionenaustauschers in dieses Material stö­ rende Wechselwirkungen mit dem häufig DMF-haltigen Elektro­ lyten verhindert. Weitere Vorteile dieser Wickelfixierung be­ stehen darin, daß gegen Schüttelbelastung eine besser defi­ nierte Festigkeit erzielt wird, in der Fertigung keine Tempe­ raturbelastungen auftreten und eine gute Automatisierbarkeit des Fertigungsverfahrens gegeben ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt den Verschlußbereich eines mit einem kaschierten Hartpapierdeckel verschlossenen Elektrolytkondensators.

Die Zeichnung zeigt einen deckelseitigen Endabschnitt eines aus Aluminium bestehenden Bechers 1 zur Aufnahme eines Kon­ densatorwickels 2. Der negative Kondensatoranschluß ist bei axialen Kondensatoren unmittelbar mit dem Becherboden verbun­ den, während der positive Kondensatoranschluß 3, d. h. die Anodenfahne durch ein Verschlußorgan 9 nach außen geführt ist.

Bei radialen Ausführungen wird neben der Anodenfahne auch die Kathodenfahne durch das Verschlußorgan nach außen ge­ führt. Dabei ist die Ausgestaltung des Verschlußorgans unab­ hängig von der radialen oder axialen Ausführungsform.

Das Verschlußorgan 9 besteht aus einem beidseitig kaschier­ ten Hartpapierdeckel 12, wobei die wickelseitige Kaschierung 10 aus Polytetrafluorethylen, das als Permeationssperre wirkt, besteht, während die außenliegende Kaschierung 11 von Gummi, insbesondere Butyl oder APTK, gebildet ist. Derartige Verschlußorgane 9 eignen sich insbesondere für Hochvolt-Elek­ trolytkondensatoren mit Glykol-Elektrolyten. Die Wechselwir­ kung zwischen dem Elektrolyten und dem Hartpapier 12 bzw. der Gummikaschierung 11 erfolgt einerseits über die Diffu­ sion im Kontaktbereich Verschlußorgan/Aluminiumbecher, da - wie bereits erwähnt - PTFE als Permeationssperre wirkt, und andererseits im Sackloch, wenn Becher mit einem zumin­ dest ein derartiges Sackloch aufweisenden Verschlußelement verwendet werden.

Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Integration von Ionenaustauschermaterial in den Hartpapierdeckel wird er­ reicht, daß die sonst vorhandenen negativen Auswirkungen der Agressivität von DMF bzw. Glykol bezüglich Hartpapier besei­ tigt werden kann.

Die Integration des Ionenaustauschermaterials in das be­ schriebene Verschlußorgan erfolgt bevorzugt in der Weise, daß bei der Hartpapierherstellung etwa 100 µm starke Papier­ folien in Phenolharz getränkt, angeliert und dann zu dicke­ ren Platten verklebt werden. In das Phenolharz werden dabei insbesondere etwa 1 bis 4% Ionenaustauschermaterial einge­ bracht. Als Kaschierung werden unvulkanisierte Gummifolien bzw. aktivierte PTFE- oder PP-Folien mitverklebt, und der Verbund wird dann zusammen ausgehärtet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt es unabhängig von der Art der jeweils verwendeten Verschlußorgane eine we­ sentliche Verbesserung von Aluminium-Elektrolytkondensatoren dar, wenn in die Papierbahnen des Kondensatorwickels ein Ionentauschermaterial integriert wird, wobei die Teilchen­ durchmesser des Ionentauschermaterials deutlich kleiner sind als die Dickenabmessung der jeweiligen Papierbahn. Diese Lösung ist aufgrund der geringen Mengen an erforderlichem Ionentauschermaterial sehr kostengünstig und kann bereits für einen ausreichenden Effekt sorgen, da die negativen Chlorionen vorwiegend von der Verschlußseite parallel zur Papieroberfläche in den Wickel eindringen, d. h. der Diffu­ sionweg länger ist als beim Gummistopfen. Durch die Beimi­ schung des Ionentauschermaterials zum Elko-Papier kann eine Bindung der Chlorionen nicht nur im Papier, sondern auch im Elektrolyten selbst erreicht und damit eine deutliche Verbes­ serung des Langzeitverhaltens erzielt werden.

Das Ionentauschermaterial wird bei der Papierherstellung in die Faseraufschlämmung eingebracht und gleichmäßig verteilt. Der Teilchendurchmesser des Ionentauschermaterials liegt mit etwa 2 µm in der Größenordnung typischer Faserdurchmesser, so daß eine homogene Vermischung ohne Schwierigkeiten mög­ lich ist.

Bei der Zusetzung von Wasser und der folgenden Kalandrierung und Trocknung tritt kein störender Absetzeffekt auf. Die Po­ ren in fertigen Papieren, die etwa 1 bis 10 µm betragen, kor­ respondieren gut mit den typischen Durchmessern der Ionentau­ scherteilchen. Die Dicke der jeweiligen Papiere ist dabei stets deutlich größer als der Durchmesser der Ionentauscher­ teilchen.

Claims (12)

1. Aluminium-Elektrolytkondensator, bestehend aus einem den Kondensatorwickel sowie den Elektrolyten aufnehmenden Be­ cher und einem im Bereich des freien Becherrands abdich­ tend fixierten, von zumindest einem Anschlußelement durchsetzten, ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ver­ schlußorgan, in dessen Material ein Halogen-Ionen binden­ der Ionenaustauscher als Füllstoff integriert ist, nach Patentanmeldung P 39 15 455.6-33, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (9) aus einem beidseitig kaschier­ ten, Reaktionsharz als Binde- und Verfestigungsmittel enthaltenden Hartpapierdeckel besteht, und daß das Reak­ tionsharz einen Anteil von 0,5 bis 6%, insbesondere einen Anteil von 1% bis 4% an Ionenaustauscher ent­ hält.

2. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wickelseitige Kaschierung (10) aus einem als Per­ meationssperre wirkenden Kunststoff-Folienmaterial, ins­ besondere PTFE oder PP, und die außenliegende Kaschie­ rung (11) aus einem Gummimaterial, insbesondere Butyl oder APTK, besteht.

3. Elektrolytkondensator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in die Matrix des die außenliegende Ka­ schierung (11) bildenden Gummimaterials ein Ionentau­ scher eingebaut ist.

4. Elektrolytkondensator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsharz ein Phenolharz verwendet ist.

5. Elektrolytkondensator nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine sich vom Innenraum des Bechers (1) durch die wickelseitige Kaschierung (10) und durch den Hartpapierdeckel (12) wenigstens bis zur Unterseite der aus einem Gummimaterial bestehenden Außenkaschierung (11) erstreckende Sacklochbohrung vorgesehen ist, und daß der dem Sacklochende zugeordnete Bereich des einen Ionentauscher enthaltenden Gummimaterials ein bei einem vorgebbaren Innendruck wirksames Ventil bildet.

6. Aluminium-Elektrolytkondensator, bestehend aus einem den Kondensatorwickel sowie den Elektrolyten aufnehmenden Be­ cher und einem im Bereich des freien Becherrands abdich­ tend fixierten, von zumindest einem Anschlußelement durchsetzten, ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ver­ schlußorgan, insbesondere nach Patentanmeldung P 39 15 455.6-33, dadurch gekennzeichnet, daß in die Papierbahn des Kondensatorwickels (2) ein Ionentauschermaterial integriert ist, wobei die Teilchen­ durchmesser des Ionentauschermaterials deutlich kleiner sind als die Dickenabmessung der jeweiligen Papierbahn.

7. Elektrolytkondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchendurchmesser des Ionentauschers in der Größenordnung typischer Faserdurchmesser des Papiermate­ rials liegt.

8. Elektrolytkondensator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchendurchmesser des Ionentauschers etwa 2 µm beträgt und daß die Porengröße des Papiers, in das diese Teilchen integriert sind, im Bereich von etwa 1 bis 10 µm gelegen ist.

9. Aluminium-Elektrolytkondensator, bestehend aus einem den Kondensatorwickel sowie den Elektrolyten aufnehmenden Be­ cher und einem im Bereich des freien Becherrands abdich­ tend fixierten, von zumindest einem Anschlußelement durchsetzten, ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ver­ schlußorgan, insbesondere nach Patentanmeldung P 39 15 455.6-33, dadurch gekennzeichnet, daß im Becher (1) zur Fixierung des Wickels (2) zumin­ dest eine Lage aus einem elastisch kompressiblen, einen Ionentauscher enthaltenden Gummimaterials vorgesehen ist.

10. Elektrolytkondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch kompressible Lage aus einer gelochten Platte aus EPDM-Gummi besteht.

11. Elektrolytkondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der sehr weich ausgebildeten Platte aus EPDM-Gummi etwa 2-3 mm beträgt.

12. Elektrolytkondensator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Platte eine Härte von 30 Shore A (DIN 53 505) besitzt.