DE4414101B4

DE4414101B4 - Kondensatorelement für einen Trockenelektrolytkondensator und Preßvorrichtung sowie Verfahren zum Herstellen des Kondensators

Info

Publication number: DE4414101B4
Application number: DE4414101A
Authority: DE
Inventors: Chojiro Kuriyama
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2014-04-23
Also published as: JP3150244B2; DE4414101A1; US5461538A; CN1113028A; US5608601A; JPH0774062A; CN1038077C

Abstract

Kondensatorelement für einen Trockenelektrolytkondensator mit
einem gesinterten Chip (17, 17', 17'') aus Metallpulver, der ein erstes Ende (17a, 17a', 17a'') und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende (17b, 17b', 17b'') hat, wobei der Chip einen konisch zulaufenden Körper (17c, 17c', 17c'') umfasst, dessen Querschnittsfläche vom ersten Ende (17a, 17a', 17a'') hin zum zweiten Ende (17b, 17b', 17b'') abnimmt, und
einer Kathodenschicht (19, 19', 19''), die den Chip mit Ausnahme zumindest des ersten Endes (17a'') bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (17'') außerdem einen abgeschrägten Bereich (17e'') zwischen dem konisch zulaufenden Körper (17c'') und dem zweiten Ende (17b'') hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kondensatorelement, das zum Aufbau eines Trockenelektrolytkondensators, wie beispielsweise eines Tantal- oder Aluminiumkondensators verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Preßvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung des Kondensatorelements.

Zur Erläuterung der durch die vorliegende Erfindung überwundenen Nachteile, wird der Stand der Technik anhand der 17 bis 28 näher erläutert.

Die 17 und 18 zeigen einen typischen Trockenelektrolytkondensator 100 nach dem Stand der Technik. Ein derartiger Kondensator wird auch als Gehäusekondensator bezeichnet und ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 60(1985)-220922 beschrieben.

Im einzelnen umfaßt der Kondensator 100 nach dem Stand der Technik ein Kondensatorelement 1, das einen gesinterten porösen Chip 2 und einen Anodendraht 3 einschließt, der von einem Ende des Chips 2 vorsteht. Der Chip 2 ist mit einer Kathodenschicht 6 bedeckt, die mit dem Anodendraht 3 als Paar ausgebildet ist. Der Anodendraht 3 ist beispielsweise durch Schweißen mit einem Anodenanschluß 4 verbunden, wohingegen die Kathodenschicht 6 elektrisch direkt mit einem Kathodenanschluß 5 verbunden ist. Ferner ist ein Kunstharzgehäuse 7 ausgebildet, um das Kondensatorelement 1 zusammen mit einem Teil der Anoden- und Kathodenanschlüsse 4,5 einzubetten. Die vom Gehäuse 7 vorstehenden Bereiche der jeweiligen Anschlüsse 4,5 müssen für eine geeignete Montage auf einer Oberfläche einer (nicht dargestellten) Schaltkarte auf die Unterseite des Gehäuses 7 umgebogen werden, wie durch die Phantomlinien in 17 gezeigt.

19 zeigt einen anderen Trockenelektrolytkondensator 200 nach dem Stand der Technik, der ähnlich ausgebildet ist, wie der in den 17 und 18 gezeigte Kondensator, sich von diesem jedoch hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß die Kathodenschicht 6 elektrisch mit dem Kathodenanschluß 5 indirekt über eine Sicherung 8 verbunden ist, bei der es sich um eine Überstromsicherung oder eine Temperatursicherung handeln kann. Die Sicherung 8 kann ferner teilweise in einem funkenlöschenden Harzelement 8a eingebettet sein. Ein derartiger Kondensator ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2(1990)-105513 beschrieben.

Das Kondensatorelement jedes der Kondensatoren 100, 200 nach dem Stand der Technik wird in nachfolgend beschriebener Weise hergestellt.

Für die Herstellung wird eine in den 26 bis 28 gezeigte Preßvorrichtung verwendet. Die Preßvorrichtung umfaßt eine Form C mit einer Formgebungsbohrung D einer durchgehend konstanten Querschnittsfläche, mit einer unteren Preßform E und mit einer oberen Preßform G. Beide Formen E und G sind vertikal in die Formgebungsbohrung 12 der Form hinein und aus dieser heraus bewegbar. Ferner ist die obere Form G dazu ausgelegt, einen Anodendraht 3 lösbar zu haltern.

Für den Preßvorgang wird eine vorbestimmte Menge eines Metallpulvers (beispielsweise Tantalpartikel) F in die Formgebungs bohrung D der Form C eingeführt, wobei die untere Form E, wie in 26 gezeigt, von unten geringfügig in die Formgebungsbohrung D eingeführt wird.

Daraufhin wird die den Anodendraht 3 halternde obere Form G, wie in 27 gezeigt, nach unten in die Formgebungsbohrung D eingeführt, während die untere Form E weiter nach oben vorgeschoben wird. Dadurch wird das Metallpulver in einem porösen Chip 2 verdichtet, wobei der Anodendraht 3 teilweise in den Chip 2 eingesetzt ist und teilweise von diesem vorsteht.

Daraufhin wird die obere Form G, wie in 28 gezeigt, nach oben aus der Formgebungsbohrung D herausgezogen, während die untere Form E zusätzlich nach oben über die Formgebungsbohrung D hinaus vorgeschoben wird. Dadurch wird der Chip 2 aus der Formgebungsbohrung D herausgestoßen. Der Chip 2 kann einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge d0 haben, der, wie in 20 gezeigt, von der oberen Stirnfläche 2a zur Bodenstirnfläche 2b durchgehend konstant ist. Die Seitenflächen 2c des Chips 2 verlaufen deshalb parallel zu einer Mittenlängsachse 2d des Chips 2, entlang welcher sich der Anodendraht 3 erstreckt.

Der derart hergestellte poröse Chip 2 wird daraufhin gesintert. Ferner wird der gesinterte Chip 2, wie in 21 gezeigt, zusammen mit dem Fußbereich des Anodendrahts 3 in eine wäßrige Lösung A aus Phosphorsäure eingetaucht und einer anodischen Oxidation (elektrolytische Oxidation) durch Anlegen eines direkten Stroms ausgesetzt. Dadurch wird auf den Oberflächen der Metallpartikel und auf dem eingetauchten Fußbereich des Anodendrahts 3 eine dielektrische Beschichtung (bestehend beispielsweise aus Tantalpentoxid) ausgebildet. In 21 ist lediglich der der Behandlung ausgesetzte Bereich der dielektrischen Beschichtung schematisch durch die Bezugsziffer 9 hervorgehoben dargestellt.

Daraufhin wird der dielektrisch beschichtete Chip 2, wie in 22 gezeigt, in eine wäßrige Lösung B aus Magnesiumnitrat getaucht, um ein Eindringen der Lösung in den porösen Chipbereich zu verursachen, und daraufhin wird der Chip für einen Backvorgang aus der Lösung herausgenommen. Dieser Schritt wird mehrfach wiederholt, um die inneren Hohlräume oder Poren des Chips 2 mit einem Trockenelektrolyten (beispielsweise Magnesiumdioxid) auszufüllen, während außerdem eine der Behandlung unterliegende Trockenelektrolytschicht 6a über der freiliegenden dielektrischen Beschichtung 4 ausgebildet wird. Aus Veranschaulichungsgründen ist lediglich eine einzige Kathodenschicht 6 dargestellt, während eine Kombination mehrerer Kathodenseitenschichten vorgesehen sein kann.

Daraufhin wird eine metallische Kathodenschicht 6 (die beispielsweise aus Silber oder Nickel besteht) ausgebildet, wie in 23 gezeigt, um die Bodenfläche 2b und die Seitenflächen 2c des Chips 2 in üblicher Weise mit einer Zwischenschicht (beispielsweise einer Graphitschicht) zu bedecken, die zwischen der Kathodenschicht 6 und der Elektrolytschicht angeordnet ist. Aus Vereinfachungsgründen ist lediglich eine einzige Kathodenschicht gezeigt; es kann jedoch eine Kombination von Kathodenschichten (einschließlich der Elektrolytschicht 6a der Kathodenschicht 6 usw.) zur Anwendung kommen.

Der vorstehend beschriebene Stand der Technik weist die nachfolgend erläuterten Nachteile auf.

Wenn der Querschnitt oder die Außenabmessung d0 des Chips 2 über die gesamte Länge des Chips konstant gemacht wird (20), hat die Kathodenschicht 6 die Neigung, nach unten überzuhängen, wie in 23 gezeigt. Eine derartige Neigung wird dadurch verursacht, daß ein Bereich der auf dem Chip 2 niedergeschlagenen Mangannitratlösung dazu neigt, zum Zeitpunkt des Trocknens der niedergeschlagenen Lösung zur Ausbildung der Trockenelektrolytschicht 6a, sich unter der Schwerkraft nach unten zu bewegen. Daraus resultiert eine maximale Außenabmessung d0max am Boden 2b des Chips 2.

Andererseits ist gefunden worden, daß der Anodendraht 3, wenn er mit dem Anodenanschluß 4 verbunden wird, so daß die Mittenlängsachse 2d des Chips 2 um einen Winkel α 1 oder α 2 nach oben oder unten (24) und/oder zur Seite hin um einen Winkel β 1 oder β 2 (25) geneigt sein kann. Wenn deshalb die Kathodenschicht 6 in einer Richtung vom Anodendraht 3 weg überhängt, wird die minimale Wanddicke T1a, T1b, T2c oder T2d des Kunstharzgehäuses 7 an jeder der vier Seiten des Kondensatorelements 1 (d.h. die vier Seitenflächen 7a, 7b, 7c, 7d des Kunstharzgehäuses 7) inakzeptabel klein, so daß das entstehende Produkt unbrauchbar ist. Andererseits muß das Volumen des Chips 2 reduziert werden, so daß eine Vergrößerung der Kapazität des herzustellenden Kondensators verhindert wird.

Aufgrund des konstanten Querschnitts des Chips 2 (s. 20) wird der Querschnitt der Formgebungsbohrung D (s. 26-28) ebenfalls über die gesamte Bohrungslänge konstant ausgebildet. Wenn der poröse Chip deshalb nach dem Pressen aus der Formgebungsbohrung D ausgestoßen wird, gelangt er unvermeidlich in Reibungseingriff mit der Formgebungsbohrung D, die eine rauhe Oberfläche aufweisen kann. Die Oberflächen des porösen Chips 17 können durch einen derartigen Reibeingriff verklemmen, wodurch ein Eindringen der Magnesiumnitratlösung B (s. 22) in den porösen Chip 2 oder ein Austreiben innenliegender oder angeschlossener Gase zur Zeit der Elektrolytausbildung behindert wird. Der Reibeingriff zwischen dem Chip 2 und der Formgebungsbohrung D ist auch deshalb nachteilig, weil die Form C leicht beschädigt werden kann, so daß ihre Standzeit verkürzt ist.

Da das Ausmaß des Reibeingriffs mit dem Ausmaß des Pressens zunimmt, war es bislang schwierig, das Preßausmaß zu erhöhen, was jedoch zur Erhöhung der erzielbaren Kapazität des Produkts erforderlich ist.

Die Druckschrift JP 02069923 A beschreibt einen gesinterten Chip für ein Kondensatorelement eines Trockenelektrolytkondensators. Der gesinterte Chip weist ein Metallpulver auf, sowie ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende. Außerdem umfasst der Chip einen konisch zulaufenden Körper, dessen Querschnittsfläche vom ersten Ende hin zum zweiten Ende abnimmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Kondensatorelement für einen Trockenelektrolytkondensator zu schaffen, das die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Außerdem soll eine verbesserte Preßvorrichtung zur Herstellung eines derartigen Kondensatorelements sowie ein dafür geeignetes Verfahren geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben durch ein Kondensatorelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder eine Preßvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kondensatorelement für einen Trockenelektrolytkondensator mit einem gesinterten Chip aus Metallpulver geschaffen, der ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende hat, und einen konisch zulaufenden Körper umfasst, dessen Querschnittsfläche vom ersten Ende hin zum zweiten Ende abnimmt und mit einer Kathodenschicht, die den Chip mit Ausnahme zumindest des ersten Endes bedeckt. Außerdem hat der Chip einen abgeschrägten Bereich zwischen dem konisch zulaufenden Körper und dem zweiten Ende. Das Kondensatorelement kann außerdem einen vom ersten Ende des Chips vorstehenden Anodendraht umfassen.

Vorteilhafterweise hat der konisch zulaufende Körper des Chips einen Konuswinkel, der so eingestellt ist, daß der kombinierte Körper aus dem Chip und der Kathodenschicht ebenfalls hinsichtlich des Querschnitts vom ersten Ende zum zweiten Ende abnimmt. Ferner kann der Chip einen abgeschrägten Bereich zwischen dem konisch zulaufenden Körper und dem zweiten Ende haben, wobei das Kondensatorelement außerdem eine Kunstharzisolierschicht umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kathodenschicht am zweiten Ende und am abgeschrägten Bereich zu bedecken.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ende des Chips für eine vorbestimmte Länge mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet. Das zweite Ende des Chips ist in ähnlicher Weise über eine vorbestimmte Länge mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Preßvorrichtung zum Herstellen eines Kondensatorelements geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Form mit einer Formgebungsbohrung aufweist, die einen querschnittsgrößeren Einführungsbereich und einen konisch zulaufenden Zwischenbereich zwischen den größeren und kleineren Einführungsbereichen umfasst, wobei der Zwischenbereich vom größeren Einführungsbereich zum kleineren Einführungsbereich hin hinsichtlich seines Querschnitts abnimmt; eine erste Preßform, die in den kleineren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung herausziehbar einführbar ist, und eine zweite Preßform, die in den größeren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung herausziehbar einführbar ist. Die Formgebungsbohrung der Form weist ferner einen zweiten konusförmig zulaufenden Bereich zwischen dem konusförmig zulaufenden Zwischenbereich und dem kleineren Einführungsbereich auf, wobei der zweite konusförmig zulaufende Bereich einen größeren Konuswinkel als der konusförmig zulaufende Zwischenbereich hat.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorelements unter Verwendung der oben beschriebenen Preßvorrichtung geschaffen, die eine Form mit einer Formgebungsbohrung aufweist, die einen querschnittsgrößeren Einführungsbereich und einen konisch zulaufenden Zwischenbereich zwischen den größeren und kleineren Einführungsbereichen umfasst, wobei der Zwischenbereich vom größeren Einführungsbereich zum kleineren Einführungsbereich hin hinsichtlich seines Querschnitts abnimmt; eine erste Preßform, die in den kleineren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung herausziehbar einführbar ist, und eine zweite Preßform, die in den größeren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung herausziehbar einführbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Teilweises Einführen der ersten Preßform in den kleineren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung; Einbringen einer vorbestimmten Menge eines Metallpulvers in die Formgebungsbohrung; Pressen des Metallpulvers in einen porösen Chip in dem konusförmig zulaufenden Zwischenbereich der Formgebungsbohrung durch Einführen der zweiten Preßform in den größeren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung, während die erste Preß form weiter in den kleineren Einführungsbereich der Formgebungsbohrung vorgeschoben wird, und Herausnehmen des gepreßten porösen Chips durch Herausziehen der zweiten Preßform aus der Formgebungsbohrung, während die erste Preßform über den größeren Einführungsbereich hinaus vorgeschoben wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; es zeigen:
1 eine Vertikalschnittansicht einer Preßvorrichtung zur Herstellung eines Trockenelektrolytkondensators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 bis 4 Vertikalschnittansichten der aufeinanderfolgenden Schritte eines Preßvorgangs unter Verwendung der in 1 gezeigten Preßvorrichtung;
5 eine perspektivische Ansicht eines durch den Preßvorgang erhaltenen Kondensatorelements;
6 eine Vertikalschnittansicht desselben Kondensatorelements nach dem Ausbilden einer Kathodenschicht;
7 eine teilweise geschnittene Stirnansicht desselben in ein Kunstharzgehäuse eingebetteten Kondensatorelements;
8 eine Draufsicht auf das von dem Gehäuse eingebettete Kondensatorelement in Richtung der Pfeile VIII-VIII in 7 gesehen;
9 eine Vertikalschnittansicht eines zum Einbau in einen Trockenelektrolytkondensator vorgesehenen Kondensatorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Vertikalschnittansicht des Kondensatorelements von 9 nach dem Ausbilden einer Kathodenschicht;
11 eine teilweise geschnittene Stirnansicht des in ein Kunstgehäuse eingebetteten Kondensatorelements von 9;
12 eine Draufsicht auf das in das Gehäuse eingebettete Kondensatorelement in Richtung der Pfeile XII-XII in 11 gesehen;
13 eine Vertikalschnittansicht einer Preßvorrichtung zum Herstellen eines Trockenelektrolytkondensators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 eine Vertikalschnittansicht eines mit der Preßvorrichtung von 13 hergestellten Kondensatorelements;
15 eine Vertikalschnittansicht des Kondensatorelements von 14 nach dem Ausbilden einer Kathodenschicht;
16 eine Vertikalschnittstirnansicht des in ein Kunstharzgehäuse eingebetteten Kondensatorelements von 14;
17 eine Vertikalschnittstirnansicht eines Gehäuse-Trockenelektrolytkondensators nach dem Stand der Technik;
18 eine Schnittansicht längs der Linien XVIII-XVIII in 17;
19 eine Schnittansicht ähnlich wie 17, jedoch eines anderen Gehäuse-Trockenelektrolytkondensators nach dem Stand der Technik;
20 eine perspektivische Ansicht eines in dem Gehäuse-Trockenelektrolytkondensator von 17 oder 19 gemäß dem Stand der Technik verwendeten Kondensatorelements;
21 eine Vertikalschnittansicht des Kondensatorelements von 20, das dem Vorformschritt für eine dielektrische Beschichtung unterworfen ist;
22 eine Vertikalschnittansicht des Kondensatorelements von 20, das dem Vorformschritt der Trockenelektrolytausbildung unterworfen ist;
23 eine Vertikalschnittansicht des Kondensatorelements von 20 nach dem Ausbilden einer Kathodenschicht;
24 eine teilweise geschnittene Stirnansicht des in einem Kunstharzgehäuse eingebetteten Kondensatorelements von 23;
25 eine Draufsicht auf das im Gehäuse eingebettete Kondensatorelement in der Richtung der Pfeile XXV-XXV in 24 gesehen, und
26 bis 28 Vertikalschnittansichten aufeinanderfolgender Schritte zum Ausbilden des in 20 gezeigten Chips.
Die 17 bis 28 betreffen den einleitend beschriebenen Stand der Technik.
Die 1 bis 8 zeigen die aufeinanderfolgenden Schritte zur Herstellung eines Trockenelektrolytkondensators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Kondensator kann es sich beispielsweise um einen Tantal- oder Aluminiumkondensator handeln. Der Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform wird durch Verwenden einer Preßvorrichtung hergestellt.
Die Preßvorrichtung umfaßt, wie in 1 gezeigt, eine Form 11 mit einer Formgebungsbohrung 12, mit einer unteren (ersten) Preßform 13 und mit einer oberen (zweiten) Preßform 14. Beide Formen 13 und 14 sind in die Formgebungsbohrung 12 der Form hinein und aus dieser heraus bewegbar.
Die Formgebungsbohrung 12 der Form 11, die einen quadratischen Querschnitt haben kann, umfaßt einen querschnittsgrößeren Einführungsbereich 12a und einen querschnittskleineren Einführungsbereich 12b. Die Formgebungsbohrung 12 umfaßt außerdem einen konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c, dessen Querschnittsfläche ausgehend von dem größeren Einführungsbereich 12a hin zum kleineren Einführungsbereich 12b nach unten abnimmt. In 1 ist eine Innenabmessung des größeren Einführungsbereichs 12a durch die Bezugsziffer d beziffert, während die entsprechende Abmessung des kleineren Einführungsbereichs 12b durch die Bezugsziffer d1 bezeichnet ist.
Der vorliegend verwendete Begriff "Innenabmessung" bezeichnet eine Seitenlänge eines Quadrats, wenn die Formgebungsbohrung 12 einen quadratischen Querschnitt hat. Wenn hingegen die Formgebungsbohrung 12 einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt hat, bezieht sich der Begriff "Innenabmessung" auf einen Durchmesser eines Kreises oder auf die längere oder kürzere Achse einer Ellipse. Eine ähnliche Interpretation kommt dem nachfolgend verwendeten Begriff "Außenabmessung" zu.
Die obere Form 14 umfaßt ein Paar von Formhälften 14a, 14b, das einen Metalldraht 16 (z.B. einen Tantaldraht) als einen Anodendraht hält, wenn diese Hälften gegeneinander gehalten sind. Die Formhälften 14a, 14b sind zur Freigabe des Drahts 16 aus der Form 11 heraus seitlich voneinander trennbar.
Der Trockenelektrolytkondensator gemäß der ersten Ausführungsform kann in der nachfolgend näher erläuterten Weise hergestellt werden.
Als erstes wird, wie in 2 gezeigt, eine vorbestimmte Menge eines Metallpulvers (Partikel) 15 in die Formgebungsbohrung 12 der Form 11 eingebracht, wobei die untere Form 13 geringfügig von unten in die Formgebungsbohrung 12 eingeführt wird.
Daraufhin wird die obere Form 14, welche den Anodendraht 16 hält, wie in 3 gezeigt, nach unten in die Formgebungsbohrung 12 eingeführt, während die untere Form 13 weiter nach oben vorgeschoben wird. Dadurch wird das Metallpulver in Gestalt eines porösen Chips 17 gepreßt oder verdichtet, wobei der Anodendraht 16 teilweise in den Chip 17 eingesetzt ist und teilweise von diesem vorsteht.
Daraufhin wird die obere Form 14, wie in 4 gezeigt, nach oben aus der Formgebungsbohrung 12 herausgezogen, während die untere Form 13 zusätzlich nach oben, aus der Formgebungsbohrung 12 hinaus vorgeschoben wird. Dadurch wird der Chip 17 aus der Formgebungsbohrung 12 ausgestoßen.
5 zeigt ein Kondensatorelement 18, das durch den vorstehend beschriebenen Preßvorgang erhalten worden ist. Das Kondensatorelement 18 umfaßt eine Kombination aus dem gepreßten porösen Chip 17 und dem Anodendraht 16. Der Chip 17 hat einen konisch zulaufenden Körper 17c, dessen Querschnittsfläche zunehmend abnimmt, ausgehend von einem querschnittsgrößeren Ende 17a (das eine Außenabmessung d hat) hin zu einem querschnittskleineren Ende 17b (das eine Außenabmessung d1 hat) in entsprechender Beziehung zu dem konisch zulaufenden Bereich 12c der Formgebungsbohrung 12.
Zum Zeitpunkt des Pressens oder Verdichtens des Metallpulvers (3) wird die untere Form 13 bevorzugt dazu veranlaßt, in der Formgebungsbohrung 12 der Form 11 lediglich bis zu einer Position kurz vor dem konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c sich nach oben zu bewegen, die einen eine Toleranz bildenden Abstand L1 von diesem Bereich hat. Das querschnittskleinere Ende 17b (5) des Chips 17 hat deshalb Seitenflächen 17c1, die parallel zu einer Mittenlängsachse 17d (s. 6) des Chips 17 verlaufen.
Wenn die untere Form 13 nach oben in die Formgebungsöffnung 12 bis hinauf zu dem unteren Ende des konisch zulaufenden Zwischenbereichs 12c zum Zeitpunkt des Pressens eingeführt wird, kann die untere Form 13 aufgrund eines Positionierungsfehlers ungewollt geringfügig über das untere Ende des konisch zulaufenden Zwischenbereichs 12c vorgeschoben werden, wodurch zwischen der unteren Form 13 und dem konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c ein keilförmiger Freiraum ausgebildet wird. Ein derartiger keilartiger Freiraum führt zur Ausbildung von Graten am querschnittskleineren unteren Ende des gepreßten Chips 17.
Die vorstehend genannte Toleranz L1 verhindert, daß die untere Form 13 unbeabsichtigt in den konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c der Formgebungsbohrung 12 selbst bei Vorliegen eines Positionierungsfehlers vorgeschoben wird. Dadurch kann die ungewünschte Ausbildung von Graten am querschnittskleineren unteren Ende 17b (s. 5) des Chips 17 verhindert werden.
Ferner wird die obere Form 14 zum Zeitpunkt des Pressens des Metallpulvers (3) dazu veranlaßt, sich in der Formgebungsbohrung 12 der Form 11 lediglich bis zu einer Positon kurz vor dem konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c nach unten zu bewegen, die als eine Toleranz um einen Abstand L2 vor diesem Bereich liegt. Dadurch erhält das querschnittsgrößere Ende 17a (5) des Chips 17 Seitenflächen 17c2, die parallel zur Mittenlängsachse 17d des Chips 17 verlaufen. Aufgrund der vorstehend genannten Toleranz L2 wird die obere Form 14 daran gehindert, unbeabsichtigt in den konisch zulaufenden Zwischenbereich 12c der Formgebungsbohrung 12 selbst dann einzudringen, wenn ein Positionierungsfehler vorliegt. Dadurch kann der konisch zulaufende Zwischenbereich 12c vor einer Beschädigung durch die obere Form 14 bewahrt werden, was zur Verlängerung der Standzeit der Preßvorrichtung erforderlich bzw. vorteilhaft ist. Außerdem verhindert die Toleranz L2 die Ausbildung spitzwinkliger Kanten (die leicht eingekerbt werden können) an dem querschnittsgrößeren Ende 17a des gepreßten porösen Chips 17.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Zwischenbereich 12c (Hauptpreßbereich) der Formgebungsbohrung 12 darüberhinaus nach unten konisch zulaufend ausgebildet, und der gepreßte poröse Chip 17 wird nach oben ausgestoßen. Dadurch wird gewährleistet, daß der Chip 17 zum Zeitpunkt des Herausnehmens im Reibeingriff mit der Formgebungsbohrung 12 steht, wodurch verhindert wird, daß die Oberflächen des porösen Chips 17 durch einen derartigen Reibeingriff selbst dann, wenn die Innenflächen der Formgebungsbohrung 12 aufgerauht sind, verklemmen.
Offensichtlich nimmt das Ausmaß des Reibeingriffs mit zunehmendem Pressen oder Verdichten zu. Deshalb war es bisher notwendig, das Ausmaß des Pressens zur Verminderung des Reibeingriffausmaßes abzusenken. Da bei der ersten Ausführungsform jedoch zum Zeitpunkt des Herausnehmens des porösen Chips 17 aus der Form 11 kein Reibeingriff auftritt, kann der Chip 17 in einem höheren Ausmaß gepreßt werden als dies herkömmlicherweise möglich ist, wodurch eine erhöhte Kapazität erzielbar ist.
Der derart hergestellte poröse Chip 17 wird daraufhin gesintert. Der gesinterte Chip 17 wird dann einem Schritt zur Bildung einer dielektrischen Substanz (z.B. Tantalpentoxid) und einem weiteren Schritt zur Ausbildung einer Trockenelektrolytsubstanz (z.B. Mangandioxid), wiederum in herkömmlicher Weise (22), unterworfen.
Daraufhin wird der derart behandelte Chip 17, wie in 6 gezeigt, graphitisiert und metallisiert, um eine Kathodenschicht 19 zu bilden, welche die Seitenflächen des konisch zulaufenden Chipkörpers 17c und die Oberfläche des querschnittskleineren Endes 17b bedeckt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die kombinierte Dicke der Kathodenseitenschichten (einschließlich der Trockenelektrolytschicht, der Kathodenschicht 19 usw.) nach unten zu dem querschnittskleineren Ende 17b zu; eine derartige Dickenzunahme wird jedoch vollständig oder zumindest teilweise durch die Querschnittsverminderung des konisch zulaufenden Chipkörpers 17c ausgeglichen. Dadurch kann eine Außenabmessung dmax der Kathodenschicht 19 am querschnittskleineren Ende 17b des Chips 17 nahezu gleich der Außenabmessung d' der Kathodenschicht 19 am querschnittsgrößeren Ende 17a gemacht werden, wodurch verhindert oder eingeschränkt werden kann, daß sich die Kathodenschicht 19 nach unten überhängt (vergleiche 6 und 23).
Das derart hergestellte Kondensatorelement 18 kann, wie in den 7 und 8 gezeigt, zur Ausbildung eines Gehäusekondensators verwendet werden.
Mehr im einzelnen ist der Anodendraht 16 mit einem Anodenanschluß 4 beispielsweise durch Verschweißen verbunden, während die Kathodenschicht 19 direkt mit einem Kathodenanschluß 5 elektrisch verbunden ist (s. 17 und 18) oder indirekt über eine nicht dargestellte Sicherung (s. 19). Ferner wird ein Kunstharzgehäuse 7 ausgebildet, um das Kondensatorelement 18 zusammen mit einem Teil der Anoden- und Kathodenanschlüsse 4,5 einzubetten.
Zu dem Zeitpunkt, wenn der Anodendraht 16 mit dem Anodenanschluß 4 verbunden wird, kann die Mittenlängsachse 17d des Chips 17 aufgrund eines unbeabsichtigten Biegens des Anodendrahts 16 um einen Winkel α 1 oder α 2 nach oben oder unten (7) oder zur Seite hin um einen Winkel β 1 oder β 2 (8) geneigt sein. Da jedoch die Neigung der Kathodenschicht 19 in einer Richtung weg vom Anodendraht 16 überzuhängen, durch die Querschnittsverminderung des konisch zulaufenden Chips 17 verhindert oder vermindert wird, kann die minimale Wanddicke W1a, W1b, W2c oder W2d des Kunststoffgehäuses 7 an jeden der vier Seiten des Kondensatorelements 18 (d.h. an den vier Seitenflächen 7a, 7b, 7c, 7d des Kunstharzgehäuses 7) auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Dadurch kann das gesamte Volumen des Chips 17 vergrößert werden (was zur Vergrößerung der Kapazität erforderlich ist), ohne daß das Kunstharzgehäuse 7 vergrößert werden muß, wie dies bei dem in 23 gezeigten Kondensatorelement nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Die 9 bis 12 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, umfaßt ein Kondensatorelement 18' gemäß der zweiten Ausführungsform einen porösen Chip 17', der durch Verdichten oder Pressen einer vorbestimmten Menge eines Metallpulvers und eines metallischen Anodendrahts 16' hergestellt wird, der teilweise im Chip 17' eingebettet ist und teilweise von diesem vorsteht. Der Chip 17' hat einen konisch zulaufenden Körper 17c', dessen Querschnittsfläche von einem querschnittsgrößeren Ende 17a' zu einem querschnittskleineren Ende 17b' zunehmend abnimmt. Ferner ist eine Kathodenschicht 19' zum Bedecken des querschnittskleineren Endes 17b' und der Seitenflächen des konisch zulaufenden Chipkörpers 17c' ausgebildet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform hat der Chipkörper 17c' einen größeren Konuswinkel θ derart, daß der Außenumfang der Kathodenschicht 19' ebenfalls in einer Richtung weg von dem Anodendraht 16' konisch zuläuft, wie in 10 gezeigt.
Das derart hergestellte Kondensatorelement 18' kann zur Ausbildung eines Gehäusekondensators, wie in den 11 und 12 gezeigt, verwendet werden. Der Anodendraht 16' ist beispielsweise durch Schweißen mit einem Anodenanschluß 4 verbunden, während die Kathodenschicht 19' direkt mit einem Kathodenanschluß 5 verbunden ist (s. 17 und 18) oder indirekt über eine nicht dargestellte Sicherung (s. 19). Außerdem ist ein Kunstharzgehäuse 7 zum Umschließen des Kondensatorelements 18' zusammen mit einem Teil der Anoden- und Kathodenanschlüsse 4,5 ausgebildet. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anodendraht 16' mit dem Anodenanschluß 4 verbunden wird, kann die Mittenlängsachse 17d' des Chips 17' aufgrund eines unbeabsichtigten Biegens des Anodendrahts 16' um einen Winkel α 1 oder α 2 nach oben oder unten (11) und/oder zur Seite hin um einen Winkel β 1 oder β 2 (12) geneigt sein. Da jedoch der Außenumfang der Kathodenschicht 19' vom Anodendraht 16' weg konisch zuläuft, kann die minimale Wanddicke W1a', W1b', W2c' oder W2d' des Kunstharzgehäuses 7 an jeder der vier Seiten des Kondensatorelements 18' weiterhin auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden. Dadurch ist es möglich, das gesamte Volumen des Chips 17' im Vergleich zum Kondensatorelement 18 der ersten, in 6 gezeigten Ausführungsform, zusätzlich zu vergrößern.
Die 13 bis 16 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 13 gezeigt, umfaßt eine Preßvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform eine Form 11' mit einer Formgebungsbohrung 12', mit einer unteren (ersten) Preßform 13', die in die Formgebungsbohrung 12' von unten vertikal einführbar ist, und mit einer oberen (zweiten) Preßform 14', die in die Formgebungsbohrung 12' von oben vertikal einführbar ist. Ferner ist die obere Form 14 dazu ausgelegt, den Metalldraht 16'' als Anodendraht lösbar zu halten.
Die Formgebungsbohrung 12' der Form 11' umfaßt einen querschnittsgrößeren Einführungsbereich 12a' und einen querschnittskleineren Einführungsbereich 12b'. Die Formgebungsboh rung 12' umfaßt ferner einen ersten konisch zulaufenden Bereich 12c' mit einem kleineren Konuswinkel, der näher am querschnittsgrößeren Einführungsbereich 12a' liegt, und einen zweiten konisch zulaufenden Bereich 12b mit einem größeren Konuswinkel, der näher am querschnittskleineren Einführungsbereich 12b' liegt.
Wie in 14 gezeigt, umfaßt ein durch Verwenden der Preßvorrichtung von 13 hergestelltes Kondensatorelement 18'' einen porösen Chip 17'', von dem der Anodendraht 16'' teilweise vorsteht. Der Chip 17'' hat einen konisch zulaufenden Körper 17c'', dessen Querschnittsfläche ausgehend von dem querschnittsgrößeren Ende 17a'' hin zum querschnittskleineren Ende 17b'' zunehmend abnimmt. Ferner hat der Chip 17'' außerdem einen abgefasten oder abgeschrägten Bereich 17e'' an einer Position zwischen den konisch zulaufenden Körper 17c'' und dem querschnittskleineren Bereich 17b''. Der konisch zulaufende Körper 17c'' entspricht offensichtlich dem ersten konisch zulaufenden Bereich 12c' der Formgebungsbohrung 12', wohingegen der abgeschrägte Bereich 17e'' dem zweiten konisch zulaufenden Bereich 12c'' entspricht.
Wie in 15 gezeigt, ist eine Kathodenschicht 19'' zum Abdecken des querschnittskleineren Endes 17b'', des abgeschrägten Bereichs 17e'' und der Seitenflächen des konisch zulaufenden Chipkörpers 17c'' ausgebildet. Ferner ist auf der Kathodenschicht 19'', lediglich am querschnittskleineren Ende 17b'', eine Kunstharzisolierschicht 20 ausgebildet. Aufgrund der Anwesenheit des abgeschrägten Bereichs 17e'' wird die Kunstharzisolierschicht 20 daran gehindert, seitlich über die Seitenflächen der Kathodenschicht 19'' hinaus übermäßig vorzustehen oder auszubauchen.
Das derart hergestellte Kondensatorelement 18'' kann zur Ausbildung eines Gehäusekondensators 200', wie in 16 gezeigt, verwendet werden. Der Anodendraht 16'' ist beispielswei se durch Schweißen mit einem Anodenanschluß 4 verbunden, wohingegen die Kathodenschicht 19'' elektrisch mit einem Kathodenanschluß 5 über eine Sicherung 8' (beispielsweise eine Überstromsicherung) verbunden ist, die mit einem funkenlöschenden Element 21 versehen ist, das beispielsweise aus Silikonharz besteht. Ferner ist ein Kunstharzgehäuse 7 ausgebildet, um das Kondensatorelement 18'' zusammen mit einem Teil der Anoden- und Kathodenanschlüsse 4, 5 einzubetten.
Gemäß der Anordnung von 16 kann die Sicherung 8' in innigen Kontakt mit der Kunstharzisolierschicht 20 gebracht werden, ohne mit dieser in elektrischer Verbindung zu stehen. Dadurch kann die effektive Länge der Sicherung 8' um einen Betrag verlängert werden, der der Kontaktlänge zwischen der Sicherung 8' und der Kunstharzisolierschicht 20 entspricht. Ein Vorteil besteht darin, daß die effektive Länge der Sicherung 8' so lang als möglich gemacht werden muß, damit die Sicherung auf einen Überstrom ansprechen kann.
Da ferner der abgeschrägte Bereich 17e'' des Chips 17'' das seitliche Ausbauchen der Kunstharzisolierschicht 20 über die Seitenflächen der Kathodenschicht 19'' hinaus verhindert oder reduziert, muß die Sicherung 8 nicht seitlich versetzt zum Kondensatorelement 18'' angeordnet werden. Dadurch kann die Notwendigkeit einer Vergrößerung der Wanddicke des Kunstharzgehäuses 7 über dem Kondensatorelement 18'' verhindert werden.
Im Gegensatz dazu muß bei der in 19 gezeigten Anordnung die Sicherung 8 dadurch verlängert werden, daß sie um einen oberen Ausbauchungspfad gebogen wird. Dadurch muß die Wanddicke R des Kunstharzgehäuses 7 oberhalb des Kondensatorelements 1 um einen Betrag erhöht werden, der dem Ausmaß S der Nachobenausbauchung der Sicherung 8 entspricht. Darüberhinaus kann die Sicherung 8 in einen zusätzlichen Kontakt mit der Kathodenschicht 6 unbeabsichtigt nach unten rutschen, wodurch die effektive Länge der Sicherung 8 verkürzt wird. Diese Nachteile des Standes der Technik werden durch die in 15 gezeigte Anordnung im wesentlichen beseitigt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können offensichtlich in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann der gepreßte poröse Chip 17, 17', 17'' so ausgebildet werden, daß er eine kreisförmige, eine elliptische oder eine andere Querschnittsform hat. Außerdem kann der Anodendraht 16, 16', 16'' durch eine Metallanodenschicht für eine direkte elektrische Verbindung mit dem Anodenanschluß 4 ersetzt werden.

Claims

Kondensatorelement für einen Trockenelektrolytkondensator mit einem gesinterten Chip (17, 17', 17'') aus Metallpulver, der ein erstes Ende (17a, 17a', 17a'') und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende (17b, 17b', 17b'') hat, wobei der Chip einen konisch zulaufenden Körper (17c, 17c', 17c'') umfasst, dessen Querschnittsfläche vom ersten Ende (17a, 17a', 17a'') hin zum zweiten Ende (17b, 17b', 17b'') abnimmt, und einer Kathodenschicht (19, 19', 19''), die den Chip mit Ausnahme zumindest des ersten Endes (17a'') bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (17'') außerdem einen abgeschrägten Bereich (17e'') zwischen dem konisch zulaufenden Körper (17c'') und dem zweiten Ende (17b'') hat.
Kondensatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anodendraht (16, 16', 16'') umfasst, der vom ersten Ende (17a, 17a', 17a'') des Chips (17, 17', 17'') vorsteht.
Kondensatorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konisch zulaufende Körper (17c', 17c'') des Chips (17', 17'') einen Konuswinkel hat, der so e gestellt ist, dass der kombinierte Körper aus dem Chip (17', 17'') und der Kathodenschicht (19, 19', 19'') ebenfalls hinsichtlich seines Querschnitts vom ersten Ende (17a', 17a'') zum zweiten Ende (17b', 17b'') abnimmt.
Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorelement außerdem eine Kunstharzisolierschicht (20) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kathodenschicht (19'') am zweiten Ende und am abgeschrägten Bereich (17e'') zu bedecken.
Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (17a, 17a', 17a'') des Chips (17, 17', 17'') für eine vorbestimmte Länge (L2) mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet ist.
Kondensatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (17b, 17b', 17b'') des Chips (17, 17', 17'') über eine vorbestimmte Länge (L1) mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet ist.
Preßvorrichtung zum Herstellen eines Kondensatorelements, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Form (11, 11') mit einer Formgebungsbohrung (12, 12'), wobei die Formgebungsbohrung (12, 12') einen querschnittsgrößeren Einführungsbereich (12a, 12a'), einen querschnittskleineren Einführungsbereich (12b, 12b') und einen konisch zulaufenden Zwischenbereich (12c, 12c') zwischen den größeren und kleineren Einführungsbereichen aufweist, wobei der konisch zulaufende Zwischenbereich hinsichtlich seines Querschnitts vom größeren Einführungsbereich zum kleineren Einführungsbereich hin abnimmt; eine erste Preßform (13, 13'), die in die Formgebungsbohrung über ein Ende der Bohrung herausziehbar einführbar ist, und eine zweite Preßform (14, 14'), die in die Formgebungsbohrung von deren anderem Ende aus herausziehbar einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungsbohrung (12') der Form (11') außerdem einen zweiten konusförmig zulaufenden Bereich (12c'') zwischen dem konusförmig zulaufenden Zwischenbereich (12c') und dem kleineren Einführungsbereich (12b') aufweist, wobei der zweite konusförmig zulaufende Bereich (12c'') einen größeren Konuswinkel als der konusförmig zulaufende Zwischenbereich (12c') hat.
Preßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Preßform (14, 14') die zusätzliche Funktion hat, einen Anodendraht (16, 16', 16'') lösbar zu haltern.
Verfahren zum Herstellen eines Kondensatorelements unter Verwendung der Preßvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit den Schritten: teilweises Einführen der ersten Preßform (13, 13') in den kleineren Einführungsbereich (12b, 12b') der Formgebungsbohrung; Einbringen einer vorbestimmten Menge eines Metallpulvers (F) in die Formgebungsbohrung (12, 12'); Pressen des Metallpulvers in einen porösen Chip (17, 17', 17'') in dem konusförmig zulaufenden Zwischenbereich (17c, 17c') der Formgebungsbohrung durch Einführen der zweiten Preßform (14, 14') in den größeren Einführungsbereich (12a, 12a') der Formgebungsbohrung, während die erste Preßform (13, 13') weiter in den kleineren Einführungsbereich (12b, 12b') der Formgebungsbohrung vorgeschoben wird, und Herausnehmen des gepressten porösen Chips durch Herausziehen der zweiten Preßform (14, 14') aus der Formgebungsbohrung, während die erste Preßform (13, 13') über den größeren Einführungsbereich (12a, 12a') hinaus vorgeschoben wird.