DE766254C - Verfahren zur Herstellung dielektrischer Haeute auf Haut bildenden Metallbelegungen elektrolytischer Kondensatoren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung dielektrischer Häute auf Haut bildenden Metallbelegungen elektrolytischer Kondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dielektrischer Häute (Oxydfilm) auf Haut (Oxyd) bildenden Metallbelegungen elektrolytischer Kondensatoren in mehrstufigen Formierungsverfahren unter Anwendung verschiedener Behandlungsflüssigkeiten und Formierungsspannungen vor dem Zusammenbau.
• Es ist bekannt, Häute oder Schichten an bestimmten Metallen durch chemische oder elektrochemische Einwirkungen zu erzeugen. So können beispielsweise Schichten auf Aluminium durch elektrochemische Behandlung mittels eines Elektrolyts gebildet werden. Wird beispielsweise als, Elektrolyt eine Lösung von Natrium und borsau.rem Salz benutzt und ein Strom durch die Lösung in solcher Richtung gesandt, da.ß das in die Lösung eingetauchte Aluminium die Anode bildet, so wird eine Haut oder eine Schicht von Aluminiumoxyd an der Oberfläche des Metalls gebildet. Meistens, wird sie aber wenig homogen und nicht geeignet sein, einer Betriebsspannung von mehr als ioo oder Zoo V standzuhalten, ohne ihre Eigenschaft wesentlich zu verlieren. Durch die Erfindung «-erden solche dielektrischen Schichten dadurch verbessert, daß man, vorteilhaft in fortlaufendem Verfahren, die Metallbelegung in einer ersten Formierungsstufe mit einer Spannung, die einen kleinen Bruchteil der Betriebsspannung des Kondensators beträgt, in Gegenwart einer bei dieser Spannung Haut bildenden Säurelösung nach Art von stark verdünnter Schwefelsäure formiert und in einer darauffolgenden Formierungsstufe mit einer sprunghaft erhöhten Spannung, die mindestens gleich der Betriebsspannung des Kondensators ist, und einer bei solch höherer Spannung eine dichte und homogene Haut (Oxvdfilm) ergebenden Säurelösung nach Art einer Ammonium-Borat-Lösung formiert.
• Vorteilhaft ist es, daß man je vier zu formierende Metallbelegungen in Form von Streifen. Bändern oder Drähten gleichzeitig in Längen, die ein Vielfaches der für einen Kondensator benötigten Einzellänge betragen, paarweise zusammenfaßt und durch die verschiedenen Behandlungsstufen aufeinanderfolgend hindurchführt, derart, daß ein in der ersten Behandlungsstufe befindliches Paar aus anderen Streifen usw. besteht als ein in der zweiten Behandlungsstufe befindliches Paar. so daß eine Formierung in verschiedenen Stufen im fortlaufenden Verfahren erfolgt.
• Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung, daß in der zweiten Formierungsstufe eine Behandlungsflüssigkeit verwendet wird, die in der Hauptsache aus Borsäure, einem mehrwertigen Alkohol (Glycerin) und einer geringen Menge Ammonialz besteht, deren Zähflüssigkeit gegebenenfalls durch z. B. Elektrolyse, Erhitzen i Ausdampfen) vor dem Gebrauch gewünscht eingestellt und während der Formierung durch Zusatz frischer, flüssigerer Lösung aufrechterhalten wird.
• Zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren, die aus dünnen streifenförmigen Metallbelegungen mit dielektrischer Haut auf mindestens einer dieser Belegungen und Abstandhaltern zwischen den Belegungen bestehen, wird zunächst die dielektrische Schicht auf der Metallbelegung in mehrstufiger Behandlung gebildet, hierauf der Kondensatorkörper aus den Belegungen geformt, beispiels-,veise gewickelt, und der Betriebselektrolyt eingetragen, worauf eine elektrische Schlußformierung stattfindet, wobei die Formierung in der Schlußformierun- stets bei einer höheren, mindestens aber gleich hohen Spannung stattfindet, als in irgendeiner vorangehenden Behandlungsstufe verwendet wurde.
• Handelt es sich um die Herstellung dielel;-trischer Häute auf Haut bildenden lletallhelegungen elektrolytischer Kondensatoren von mindestens ungefähr 5oo V Betriebsspannun- in mehrstufigem Formierungsverfahren unter Anwendung verschiedener Behandlungsflüssigkeiten und -spannungen, so ist es vorteilhaft, daß in der ersten Behandlungsstufe eine Spannung in der Größenordnung von etwa 2o bis - o V und in einer späteren Behandlungsstufe eine Spannung in der Größenordnung von etwa äoo V und darüber, und zwar vorteilhaft Gleichstrom verwendet wird.
• Vorteilhaft ist es hierbei, daß man den Betriebselektrolyt bei erhöhter Temperatur, die auch seine Zähflüssigkeit bestimmt, einführt. vorteilhaft bei etwa io; " C und darüber, und diese Temperatur so lange aufrechterhält, his der Kondensatorkörper oder der Abstandhalter vollständig mit dem Betriebselektrolyt getränkt ist. Insbesondere wird poröses Papier als Abstandhalter angewendet, das frei von Chloriden und Sulfiden sowie sonstigen Beimen-ungen ist, welche den dielektrischen Film angreifen können.
• An Stelle einer zweifachen kann auch eine drei- oder mehrfache Behandlung erfolgen. So kann der eine oder andere Formierungsprozeß seinerseits wiederum in zwei oder mehrere Stufen unterteilt und in jeder solchen Unterstufe verschiedene Spannungen, Stromarten oder Elektrolyte verwendet werden. Verschiedenheit des Elektrolyts ist bereits durch Verschiedenheit seiner Konzentration und nicht nur durch Verschiedenheit der Zusammensetzung gegeben. Will man dazu ein fortlaufendes Verfahren durchführen. so braucht man nur die Zahl oder Paare der Bänder entsprechend zu vergrößern. um gleichzeitig an verschiedenen Stellen der Bänder diese verschiedenen Behandlungen durchzuführen.
• Man kann Gleichstrom und/oder Wechselstrom benutzen und das zu behandelnde Band z. B. gleichzeitig als Nulleiter mit dem einen Pol sämtlicher Spannungsquellen verbinden, während man den anderen Pol je mit einem Gefäß für den Elektrolyt verbindet.
• Auch kann die Trennung der Spannungen an den verschiedenen Bädern durch Kondensatoren oder Selbstinduktionen leicht erfolgen, wenn man Gleich- bzw. Wechselstrom verwendet.
• Die zu behandelnden Streifen usw. können von einer `'orratsspule abgewickelt, durch die Bäder hindurchgeführt und dann wiederum zu Vorratsspulen aufgewickelt werden, oder sie können nach der Behandlung unmittelbar zu Kondensatoren verarbeitet «-erden.
• Die Erfindung kann auf alle MetaIle angewendet werden, die eine dielektrische Hülle oder Schicht bei elektrochemischer Behandlung zu bilden oder niederzuschlagen vermögen, z. B. auf Aluminium.
• Im folgenden sei nun ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben. Es möge sich darum handeln, einen elektrolytischen Kondensator mit Aluminiumfolien zu erzeugen, der für hohe Spannungen bestimmt ist.
• Zunächst wird eine Behandlungslösung Nr. i etwa folgendermaßen hergestellt: Ungefähr 42 Gewichtsprozent pulverisierte Borsäure werden: mit ungefähr 551/o handelsüblichem reinen Glycerins. in Gegenwart von ungefähr 31/o Ammoniak gemischt. Das. Glycerin hat einen Wassergehalt von etwa 5010, so, daß das eigentliche Glycerin mit etwa 52,251/o gerechnet werden kann.
• Aus dieser Lösung wird eine Lösung Nr. 2 hergestellt. Während die Lösung Nr. i ungefähr 23 bis 26% Wasser enthält, soll die Lösung Nr.2 nur noch etwa io bis i20/0 Wasser enthalten. Zu diesem Zweck wird das überschüssige Wasser durch Elektrolyse oder ein sonstiges Verfahren ausgedampft. Der verringerte Wassergehalt kann ebensowohl durch die entsprechende Gewichtsverringerung der Lösung als auch deren erhöhte Viskosität festgestellt werden, welch letztere ungefähr 2o bis 25 % bei 82'C an einem Scott-Viskositätsmesser betragen wird. Das spezifische Gewicht der Lösung wird ungefähr 1,3 bis 1,31 betragen, sie ist nunmehr bereit für den Behandlungsprozeß..
• Außerdem wird eine andere Lösung Nr. 3 hergestellt, die in einem ungefähr 7- bis 8prozentigen Schwefelsäurebad besteht, dessen spezifisches Gewicht rund i,05 beträgt.
• Nachdem diese Lösungen vorbereitet sind, kann die Formierung beginnen. Zu diesem Zweck werden die zu behandelnden KÖTper, beispielsweise Aluminiumfolien, in gewünschter Größe geschnitten, entsprechend der gewünschten Kapazität des herzustellenden Kondensators. Für einen 8-mfd-Kondensator für 50o V wird regelmäßig eine Folie von etwa 63,75 cm Länge und etwa 7,5 cm Breite ausreichen.
• Vier so zugeschnittene Aluminiumfolien worden nun in einen Behälter aus, Aluminium eingesetzt, der mit der Lösung Nr. 3 gefüllt ist, und die Folien werden abwechselnd zu Paaren zusammengestellt; so daß je ein Paar von Formierungsstrom durchflossen wird, dessen Stärke zwischen etwa 13 bis 15 A bei etwa 22 V und etwa 6o Perioden liegt. Diese Behandlungsweise wird etwa i 5Minuten durchgeführt. Während dieser kurzen. Behandlung soll die Temperatur der Lösung möglichst nicht über etwa 24''C steigen.. Man kann die Temperatur in jeder geeigneten Weise, so durch Kühlung oder durch Benutzung eines sehr langen Behälters mit großer Wärmeabgabefläche, leicht aufrechterhalten. Nach dieser Vorbehandlung werden die Fbdien aus der Lösung herausgenommen und gründlich mit Wasser gewaschen, alle Sulfatspuren beseitigt und dann getrocknet mittels eines Tuches oder eines Fenstertrockners und dann aufgehängt. Es soll dafür gesorgt werden, daß sich das Metall nicht unnötig biegt.
• Nach ausreichender Trocknung werden die Folien in die Lösung Nr. 2 eingesetzt. Wenn der zugehörige Behälter aus Metall besteht und als Pol verwendet wird, so müssen die Folien von ihm gehörig isoliert, also in Abstand von ihm gehalten werden. Ein Gleichstrom einer Spannung von ungefähr 50o V wird durch die Folien getrieben, wobei vorteilhaft der Behälter als Kathode benutzt wird. Die Folien bilden die Anode; die Temperatur der Lösung soll auf ungefähr 65 bis 70' C gehalten werden. Der Behandlungsstrom soll anfangs 4 A je Folie nicht überschreiten und ungefähr 15 Minuten fließen, jedenfalls bis der Strom stark abgesunken ist und im angenommenen Beispiel etwa 3o bis 40 mA beträgt. Mit Vorteil wird im Stromkreis ein Strombegrenzer (Widerstand) angeordnet; ein solcher Strombegrenzer kann beispielsweise aus zehn Wolframdrahtlampen bestehen, von denen jede für 25o V und Zoo W gebaut ist und von denen je zwei hintereinander und die fünf so erhaltenen Paare parallel geschaltet sind, wenn die Behandlungsspannung etwa 50o V beträgt. Der durch einen solchen Satz von Vorschaltlampen fließende, Strom wird bei Beginn des Stromflusses ungefähr zehnmal größer sein als später, wenn sich die Lampen erhitzt haben; infolgedessen wird zuerst ein starker Stromstoß auftreten, der aber mit heiß werdenden Lampen und zunehmender Bedeckung der Folien, die hierbei ihren Widerstand an der Oberfläche vergrößern, alsbald sinken wird. Nach dieser Behandlung wird die Folie aus dem Tank genommen und ein etwa: anhaftender Lösungsüberschuß entfernt, wobei die Folie in warmem Wasser gewaschen und zum Trocknen aufgehängt wird.
• Ein fortgesetzter Gebrauch wird die Viskosität der Lösung' erhöhen, bis sie zu dick wird. Die richtige Viskosität der Lösung kann dadurch aufrechterhalten werden, daß ihr geringe Mengen der Lösung Nr. i zugemischt werden, da ihre Zusammensetzung gleich der der Lösung Nr. 2 ist, nur daß sie mehr Wasser enthält und weniger viskos ist. Es wird richtig sein, wenn man geeignete Mengen der Lösung Nr. i der Lösung Nr. 2 zufügt, «renn das spezifische Gewicht der letzteren während der Behandlung 1,33 bei etwa 107' C überschreitet.
• Wenn die Folie nach dieser zweiten Be handlung ebenfalls getrocknet ist, wird sie in bekannter Weise in Abschnitte gewickelt unter Benutzung von ein oder zwei Lagen von Gaze oder Papier zwischen den Windungen als Abstandhalter und zur Aufnahme des Elektrolyts. Wenn Papier zwischen den Folien als Absorptionsmittel benutzt wird, ist darauf zu achten, daß das Papier frei von Chloriden und Sulfiden oder sonstigen Beimengungen und Verunreinigungen ist, welche den Film korrodieren und zerstören können. Die gewickelten Abschnitte werden dann mit einem Gummiband oder sonst geeignet umwickelt und können nunmehr imprägniert werden.
• Für die Imprägnierung wird weniger eine frische als vorteilhaft eine gebrauchte Lösung N r. z verwendet, in welche die gewickelten Abschnitte eingetaucht und a Stunden länger belassen werden, bis die Abstandelemente zwischen den Folien vollkommen mit dem Elektrolyt getränkt sind. Mit Vorteil wird die Elektroly tlösung auf einer Temperatur von etwa i 15° C erhalten. Die Lösung soll ein spezifisches Gewicht von etwa 1,32:I bei I07' C besitzen.
• Die Abschnitte werden nach dieser Imprägnierung aus der Lösung herausgehoben und können nun in bekannter Weise in ein Metall-oder Papiergehäuse eingebaut werden, nachdem sie mit Papier oder einem anderen Isoliermaterial sorgfältig umkleidet worden sind.
• Nach der Zusammenstellung der Abschnitte und deren Einbau in ein Gehäuse werden sie vorteilhaft wieder an 5oo V gelegt, für eine Endformierung und für ungefähr 35 Minuten. Diese Schlußformierung kann so lange fortgesetzt werden, bis der Verluststrom unter etwa o,2 mA abgesunken ist.
• Es sei noch erwähnt, daß die Anwendung von Wechselstrom dem doppelten Zweck dient, einerseits das Metall während der einen Halbperiode des Stromdurchgangs mehr oder weniger zu reinigen, während gleichzeitig Wasserstoff oder naszierender Wasserstoff an der Oberfläche dieser Elektrode entwickelt wird, und andererseits während der anderen Halbperiode des Stromdurchgangs mittels des frei werdenden Sauerstoffs einen Oxvdfilm an derselben Elektrode zu erzeugen, der aber den Stromdurchgang nicht wesentlich hindert.

Claims (3)

1. PATENTANSPRüCHE: i. Verfahren zur Herstellung dielektrischer Häute (O-xydfilm) auf Haut (Oxyd) bildenden Metallbelegungen elektrolytischer Kondensatoren in mehrstufigen Formierungsverfahren unter Anwendung verschiedener Behandlungsflüssigkeiten und Formierungsspannungen vor dem Zusammenbau, dadurch gekennzeichnet, daß man, vorteilhaft in fortlaufendem Verfahren. die Metallbelegung in einer ersten Formierungsstufe mit einer Spannung, die einen kleinen Bruchteil der Betriebsspannung des Kondensators beträgt, in Gegenwart einer bei dieser Spannung Haut bildenden Säurelösung nach Art von stark verdünnter Schwefelsäure formiert und in einer darauffolgendenFormierungsstufe mit einer sprunghaft erhöhten Spannung, die mindestens gleich der Betriebsspannung des Kondensators ist, und einer bei solch höherer Spannung eine dichte und homogene Haut (Oxydfilm) ergebenden Säurelösung nach Art einer Ammonium-Borat-Lösung formiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man je vier zu formierende Metallbelegungen in Form von Streifen, Bändern oder Drähten gleichzeitig in Längen, die ein Vielfaches der für einen Kondensator benötigten Einzellänge betragen, paarweise zusammenfaßt und durch die verschiedenen Behandlungsstufen aufeinanderfolgend hindurchführt, derart, daß ein in der ersten Behandlungsstufe befindliches Paar aus anderen Streifen usw. besteht als ein in der zweiten Behandlungsstufe befindliches Paar, so daß eine Formierung in verschiedenen Stufen im fortlaufenden Verfahren erfolgt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Formierungsstufe eine Behandlungsflüssigkeit verwendet wird, die in der Hauptsache aus Borsäure, einem mehrwertigen Alkohol (Glycerin) und einer geringen Menge Ammoniak besteht, deren Zähflüssigkeit gegebenenfalls durch z. B. Elektrolyse, Erhitzen (Ausdampfen) vor dem Gebrauch gewünscht eingestellt und während der Formierung durch Zusatz frischer, flüssigerer Lösung aufrechterhalten wird. -d.. Verfahren zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren, die aus dünnen streifenförmigen Metallbelegungen mit dielektrischer Haut auf mindestens einer dieser Belegungen und Abstandhalter zwischen den Belegungen bestehen, nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die dielektrische Schicht auf der Metallbelegung in mehrstufiger Behandlung gebildet, hierauf der Kondensatorkörper aus den Belegungen geformt, beispielsweise gewickelt, und der Betriebselektrolyt eingetragen wird, worauf eine elektrische Schlußformierung stattfindet, wobei die Formierung in der Schlußformierung stets bei einer höheren, mindestens aber gleich hohen Spannung stattfindet, als in irgendeiner vorangehenden Behandlungsstufe verwendet wurde. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3 zur Herstellung dielektrischer Häute auf Haut bildenden Metallbelegungen elektrolytischer Kondensatoren von mindestens ungefähr Soo V Betriebsspannung in mehrstufigem Formierungsverfahren unter Anwendung verschiedener Behandlungsflüssigkeiten und -spannungen vor dem- Zusammenbau, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Behandlungsstufe eine Spannung in der Größenordnung von etwa 2o bis 3o V und in einer späteren Behandlungsstufe eine Spannung in der Größenordnung von etwa Soo V und darüber, und zwar vorteilhaft Gleichstrom verwendet wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Betriebselektrolyt bei erhöhter Temperatur, die auch seine Zähflüssigkeit bestimmt, einführt, vorteilhaft bei etwa Io7° C und darüber, und diese Temperatur so lange aufrechterhält, bis. der Kondensatorkörper bzw. Abstandhalter vollständig mit dem Betriebselektrolyt getränkt ist. 7. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Anwendung von porösem Papier als Abstandhalter, das frei von Chloriden und Sulfiden, sowie sonstigen Beimengungen ist, welche den dielektrischen Film angreifen können. B. Elektrolytische Kondensatoren, deren Einzelteile in einem Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden formiert oder aufgebaut sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind - im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Österreichische Patentschrift Nr. 118 144; schweizerische Patentschrift Nr. 1414I3; USA.-Patentschriften Nr. I 672 899, 1710073.