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Elektrolytwickelkondensator mit durchlöchertem Anodenband Die Erfindung
bezieht sich auf einen Elektrolytkondensator, bei dem die aus einem filmbildenden
Werkstoff hergestellte Anode, die aus einem auf chemischem Wege perforierten Foli-eband
besteht, zusammen mit einer Stromzuführungsfolie für den Elektrolyt und mit Elektrolytflüssigkeit
durchtränkten Abstandsstücken aufgerollt oder aufgewickelt ist.
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In den Schaltungen, in denen vorwiegend Gleichstrom fließt, werden
vorzugsweise Elektrolytkondensatoren verwendet, da sie gegenüber anderen Kondensatoren,
wie solchen mit einem Papierdielektrikum, eine wesentlich größereKapazität pro Volumeinheit
ergeben; insbesondere durch Anwendung eines der vielen bekannten Aufrauhungsverfahren
wird die wirksame Oberfläche der Anode, die für die Kapazität des Kondensators maßgebend
ist, noch wesentlich vergrößert. Besonders durch Anwendung einer chemischen Behandlung,
des sogenannten Beizens, ergibt sich eine Oberflächenvergrößerung und folglich eine
Kapazitätserhöhung, die viele Male, z. B. achtmal, den Wert einer unbearbeiteten
Anodenoberfläche von gleichen Abmessungen beträgt.
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Es hat sich gezeigt, daß die Größe der Oberfläche und somit
der Kapazität nicht bis auf einen beliebig hohenWert gesteigert werden kann.
Einerseits muß man dem Umstand Rechnung tragen, daß bei dünnen Folien eine optimale
Oberflächenvergrößerung auftritt, wenn das Anodenmaterial so
weit
durchgeheizt ist, daß sich im Material Poren befinden, die sich von einer Seite
bis zur anderen erstrecken. Andererseits führt die chemische Aufrauhung bei Anoden
von größerer Stärke, z. B. bei profilierten Stäben, ebensowenig zu einer Oberflächenvergrößerung
oberhalb einer bestimmten Grenze, da bei einer fortschreitenden Behandlung die vorspringenden
Teile der Oberfläche wieder in Lösung gehen.
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Um nun trotz der obenerwähnten Beschränkung dennoch eine weitere Vergrößerung
der Kapazität pro Volumeinheit des Kondensators zu erzielen, besteht nach der Erfindung
die Anode aus wenigstens zwei perforierten Bändern, die direkt, also ohne die Zwischenfügung
einer Stromzuführungsfolie für den Elektrolyt und Distanzmaterial, aneinander anliegen.
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Hierbei ergibt sich daher eine poröse Anode von größerer Oberfläche
und somit von größerer Kapazität, weil die Höhlungen in mehreren aufeinanderfolgenden
Materialschichten angebracht sind. Infolge der Poren in den Bändern kann der Elektrolyt
bis zu den einander zugekehrten Seiten der Bänder durchdringen, so daß auch diese
Oberflächen an der Kapazitätsbildung teilnehmen.
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Die Poren in den die Anode bildenden Bändern werden . durch eine chemische
Behandlung des Anodenmaterials erzielt. Durchdie Anwendung eines Beizverfahrens
werden nämlich Poren von mikroskopischen Abmessungen gebildet, so daß die wirksame
Oberfläche der Anodenbänder an den Stellen, an denen sich die Poren befinden, nicht
herabgesetzt wird. Außerdem ergibt sich durch das Beizen eine unregelmäßige Oberfläche,
so daß zwischen den einander zugekehrten Oberflächen der Anodenbänder Höhlungen
vorhanden sind, in denen die erforderliche Elektrolytmenge untergebracht werden
kann, die sodann durch die Poren hindurchgeführt wird. Die Unregelmäßigkeiten der
Oberfläche sind jedoch nicht von solcher Schärfe und Abmessung, daß durch das Anliegen
der einander zugekehrten Seiten der Anodenbänder eine Beschädigung der dielektrischen
Schicht auf diesen Oberflächen zu befürchten ist. Die endgültige Kapazitätszunahme
hängt daher von zwei Faktoren ab, von denen ersterer das an sich bekannte gründliche
Durchheizen und der zweite das direkte Aufeinanderlegen von mehreren Anodenbändern
ist.
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Es ist klar, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine wesentliche
Ersparnis des von einem solchen Kondensator für eine gegebene Kapazität eingenommenen
Volumens erzielt wird. Hieraus ergibt sich nicht nur eine Ersparnis an Material
für das Kondensatorgehäuse, sondern auch an Material für den Stromzuführungsleiter
für den Elektrolyt, falls ein getrennter Leiter angewendet wird, wie es bei Wickelkondensatoren
der Fall ist. Außerdem ist die erforderliche Elektrolytmenge wesentlich geringer
als . bei den gebräuchlichen Wickelkondensatoren.
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Gegenüber dem bisher bekannten Wickelkondensator-hat ein Kondensator
dieser Art den Vorteil, däß bei gleicher Kapazität etwa die Hälfte der Länge an
Stromzuführungsfolie für den Elektrolyt, die Hälfte der Länge des Abstandsmaterials
und die Hälfte der Elektrolytmenge benötigt wird.
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Da ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kondensator sehr kleine Abmessungen
hat, kann er bei Verwendung in Verbindung mit einem anderen Kondensator, z. B. in
einer Glättungsschaltung für gleichgerichteten Wechselstrom, vorteilhaft im Innern
des anderen Kondensators untergebracht werden. So können die beiden Kondensatoren,
wenn sie beide vom Wickeltyp sind, um denselben Kern herumgewickelt werden, woraus
sich eine sehr wesentliche Raumersparnis ergibt.
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Ein Kondensator nach der Erfindung ist mit Vorteil in einer , solchen
Glättungsschaltung anwendbar, wobei er an der Ausgangsseite dieser Schaltung angeordnet
ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kondensators nach
der Erfindung und einer Anwendung in einer Glättungsschaltung dargestellt.
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Fig. z zeigt den Aufbau des Wickelkondensators, und in .
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Fig. a ist eine Schaltung für die Glättung gleichgerichteten Wechselstroms
dargestellt, in der für den Eingangskondensator ein Kondensator des üblichen Typs
und für den Ausgangskondensator ein Elektrolytkondensator nach der Erfindung angewendet
ist.
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In Fig. r ist der Wickelkondensator zur Verdeutlichung des Aufbaus
teilweise abgerollt dargestellt. Es werden beim Aufwickeln vier Bänder aufgerollt,
wobei die Reihenfolge der Schichten ist: ein Band r aus Abstandsmaterial, z. B.
absorbierendes Papier, eineAnodeä, die noch näher besprochen wird, wieder eine Schicht
aus Abstandsmaterial 3 und schließlich die Stromzuführunggfolie q. für den Elektrolyt,
die aus Zinn oder aus Aluminium bestehen kann.
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Für die Anode z wird Aluminiumfolie verwendet, die eine ursprüngliche
Stärke von 25o Mikron hat und in einem Beizbad bis zur Porenbildung behandelt worden
ist. Die Folie ist somit gründlich durchgeheizt. Der hierbei auftretende Oberflächenvergrößerungsfaktor
beträgt etwa 6. DieFolie wird sodann in einem Formierelektrolyt bis zur gewünschten
Spannurig formiert und ferner einmal gefaltet. Die gefaltete Folie wird dann in
der oben beschriebenen Weise mit den anderen Bändern aufgerollt.
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Der Vorteil des neuen Elektrolytkondensators gegenüber einem bisher
üblichen Elektrolytkondensator des Wickeltyps ergibt sich aus folgendem: Für einen
Kondensator mit einer Kapazität von So Mikrofarad bei einer Betriebsspannung von
270 Volt wird etwa 7o ein Anodenfolie von 5,5 cm Breite, etwa 70 cm
Stromzuführungsfolie und etwa 70 cm Papier benötigt. Für einen erfindungsgemäß
ausgebildeten Kondensator gleicher Kapazität ist aber bei gleicher Betriebsspannung
nur etwa 35 cm doppelte Anodenfolie, also 70 cm gestreckt, von 5,5 cm Breite,
etwa 35 cm Stromzuführungsfolie und etwa zweimal 35 cm Papier erforderlich,
Die
Ersparnis geht auch deutlich aus dem Vergleich der von den beiden Kondensatoren
benötigten Volumen hervor. Ein Wickel des bisher üblichen Kondensatortyps benötigt
35 cm3, ein Kondensator nach der Erfindung jedoch nur 25 cm3.
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Ein noch weitergehender Vorteil ergibt sich aus folgender Betrachtung:
Bei einer Glättungsschaltung gemäß Fig. 2 wird die gleichgerichtete Spannung an
die Eingangsklemmen A und B gelegt. Die der Gleichspannung überlagerte
Wechselspannung liefert einen Strom, der zur Hauptsache vom Eingangskondensator
C1 aufgenommen wird. In den meisten Fällen wird daher Cl so bemessen sein, daß er
den infolge der Wechselspannung fließenden Strom, den sogenannten welligen Strom,
führen kann, ohne daß eine übermäßige Erhitzung des Kondensators auftritt. Das heißt
also, daß die Oberfläche des Stromzuführungsleiters für den Elektrolyt von Cl so
groß sein muß, daß die Dichte des welligen Stroms nicht unzulässig hoch wird. Die
Kapazität des Ausgangskondensators C2 wird durch die zulässige wellige Spannung
zwischen den Klemmen C und D bedingt. Dieser Kapazität wird dann ein möglichst hoher
Wert gegeben, was in Anbetracht der sehr geringen Abmessungen des Kondensators überhaupt
keine Schwierigkeit bietet. Es ist daher möglich, die gewünschte Kapazität der Glättungsschaltung
in einem kleinen Raum unterzubringen. Der Reihenwiderstand von C2 ist zwar etwas
größer als der eines üblichen Kondensatortyps, aber dieser Widerstandswert spielt
keine Rolle, da der von C2 aufgenommene wellige Strom sehr gering ist und die Verluste
in diesem Kondensator gleichfalls sehr gering sind.