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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY 4, rue Boudewyns ANVERS CONDENSATEURS ELECTROLYTIQUES
La présente invention concerne des condensateurs électro- lytiques et plus particulièrement des condensateurs électrolytiques dont l'action est basée sur une pellicule d'oxyde ou de diélectrique qui peut être formée électrolytiquement sur la surface de certains métaux, par exemple de l'aluminium en feuilles ou en plaques servant d'électrodes dans les condensateurs.
Cette pellicule diélectrique, par suite de son épaisseur microscopique, qui peut être aisément commandée pendant la formation de la pellicule, permet d'obtenir une capacité électrique considérable dans une structure de condensateur de dimensions et d'encombrementdonnés par rapport à des condensa- teurs utilisant d'autres types de diélectriques tels que du mica ou du papier, étant bien entendu que la capaoité d'un condensateur élec -trique est directement proportionnelle à l'aire de la surface
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métallique des éléments constituant les électrodes séparées par le diélectrique et inversement proportionnelle à l'épaisseur du diélectrique ou à la distance d'espacement entre les électrodes.
Afin d'augmenter encore plus la capacité de condensateurs électrolytiques du type sus-mentionné, il est devenu courant d'aug- menter la surface effective de l'électrode en rendant mécaniquement rugueuse ou en gravant chimiquement la surface de l'électrode avant de former sur elle la pellicule diélectrique. De cette manière,la surface d'une électrode ainsi traitée est augmentée grace à la pro- duction de cratères ou d'indentations minuscules dont les surfaces sont ensuite revêtues de la pellicule anodique ou diélectrique ce qui donne une augmentation de capacité considérable par rapport à une feuille polie ou non gravée de mêmes dimensions superficielles.
Pour obtenir une augmentation de surface appréciable d'une électrode au moyen des procédés d'attaque chimique actuellement en usage dans la pratique, il est nécessaire de produire par des moyens chimiques des cratères ou des indentations de grandes profondeurs.
Si on emploie une feuille métallique pour la formation de 11 électro -de, son épaisseur doit être au moins double de la profondeur des cratères ou indentations, ce qui entraîne nécessairement une augmen -tation de l'épaisseur de la feuille par rapport à celle qui peut être utilisée si on n'emploie pas d'attaque chimique. Ainsi par exemple, on a trouvé qu'une feuille d'environ 0,125 mm d'épaisseur donnait environ cinq fois la capacité d'un condensateur de même dimension et de même encombrement qu'un condensateur utilisant une feuille non gravée d'environ 0,025 mm d'épaisseur.
Dans la fabrication de condensateurs électrolytiques du type sus-mentionné, il est habituel soit d'espacer les électrodes sépa- rées par un électrolyte au moyen d'éléments d'espacement isolants solides comme dans le cas des condensateurs dits liquides employant un électrolyte liquide ou de prévoir une couche intermédiaire fibreu- se ou absorbante telle que de la gaze ou du papier séparant une paire de feuilles ou de bandes flexibles servant d'électrodes et
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agissant à la fois comme séparateur mécanique et comme support pour un électrolyte visqueux ou semi-liquide qui y est absorbé par im- prégnation. Ce dernier type de condensateur est connu comme conden -sateur sec et est ordinairement réalisé en forme roulée monté dans un récipient convenable.
Lorsque les électrodes sont ainsi roulées ou repliées d'une autre manière pour occuper un espace faible, il est nécessaire que la feuille soit suffisamment flexible ce qui a pour résultat de limiter l'épaisseur de la feuille. cette limita- tion d'épaisseur entraîne à son tour une limitation de la profon- deur de la gravure qui peut être obtenue, cette profondeur étant.ap- proximativement proportionnelle à l'épaisseur de la famille comme on le déduit facilement de l'exposé précédent.
De plus, afin d'obtenir une gravure profonde ou une surface effective de grande dimension, on rencontre en pratique de nombreuses difficultés en particulier pendant la formation d'une pellicule diélectrique sur une feuille gravée. L'une de ces difficultés. est ' due au fait que les produits chimiques d'attaque tels que des acides ou d'autres résidus nuisibles produits accidentellement ou normale- ment par l'attaque doivent être enlevés de l'intérieur des cratères ou cavités minuscules dans la surface de l'électrode avant de pou- voir former par procédé anodique une pellicule diélectrique efficace sur cette surface .
Plus encore, si on forme une pellicule de grande épaisseur comme il est nécessaire pour les condensateurs destinés; à fonctionner à des tensions élevées, les cratères ou cavités sont souvent remplis par la substance diélectrique ou oxyde ce qui entraîne une perte de capaoité et détruit l'effet obtenu par l'attaque chimi- que. On rencontre encore d'autres difficultés pour ottenir la solu- tion électrolytique convenable à employer dans les condensateurs ter -minés, oapable de pénétrer dans les petites cavités de l'électrode.
Des intervelles ou des vides entre les électrodes qui ne sont pas remplis par la solution éleotrolytique entraîneront à la fois une diminution de la capacité et une perturbation des caractéristiques de fonctionnement du condensateur par exemple une augmentation de sa résistance interne ou de ses pertes diélectriques qui se produisent
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pendant l'utilisation en addition à d'autres défauts bien connus.
Il estdéjà bien connu de replier une électrode en forme de feuikle plus ou moins flexible de manière à loger une surface maximum à l'intérieur d'un espace donné, en particulier dans des condensateurs utilisant un électrolyte liquide entre les électrodes. Dans ces réalisations, la lar- geur des plis ou ondulations par rapport à l'épaisseur de l'électrode et le nombre de plis par unité de longueur de la structure d'électrode étaient tels que l'élément obtenu constituait un tout rigide ou semi- rigide qui se supportait plus ou moins de lui-même en contraste avec une électrode flexible qui peut être roulée; repliée, ou assemblée d'une au- tre manière en ensemble compact avec d'autres éléments de condensateurs coopérant avec eux comme dans la fabrication de condensateurs secs du type roulé sus-mentionné.
Un des objets de la présente invention est de prévoir une struc- ture d'électrode flexible ayant les caractéristiques d'une électrode en feuille souple'ordinaire et présentant de plus les avantages d'une élec- trode gravée en particulier en ce qui concerne l'augmentation de l'aire effective de la surface ce qui évite les difficultés et inconvénients ainsi que des dépenses du procédé d'attaque chimique ou électro-chimique communément employé dans la pratique courante actuelle.
A titre d'exemple, une structure particulière de condensateur incorporant des caractéristiques de l'invention sera maintenant décrite en relation avec les dessins annexés dans lesquels : agrandie
La figure 1 représente à une échelle fortement une section droite d'une structure d'électrode suivant des caractéristiques de l'invention;
La figure 2 sert à illustrer sur une échelle plus petite mais cependant encore agrandie, une manière de réaliser une électrode con- forme à la figure 1;
La figure 3 est une vue en plan montrant l'apparence de la struc- ture d'électrode de la figure 1;et,
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La figure 4 est une vue en perspective d'un élément de condensa- teur roulé utilisant une anode oonforme à ià figure la Dans 'les figures des dessins, les mêmes références désignent les parties analogues.
Dans le but de prévoir une électrode repliée sbuplei l'invention envisage l'emploi d'une feuille bu d'une bande extrêmement mince d'alu- minium ou d'un autre métal ayant pratiquement une épaisseur de l'ordre mm de 0,025 environ ou moins, cette feuille ou cette bande étant repliée du ondulée en zig-zag , la largeur des plis ou ondulations étant un multiple relativement petit de l'épaisseur de la feuiile en pratique environ de dix à vingt fois cette épaisseur et led plia étant com- primée pour être serréo l'un sur l'autre de manière à obtenir une structure qui, vue à l'oeil nu, ressemble à une feuille continue quoi- que rugueuse d'une grande flexibilité autour de lignes parallèles à la longueur des plis ou ondulations.
Une feuille ou une bande réali- sée de cette manière a une surface'globale fortement augmentée par rapport à une électrode ordinaire de méme dimension superficielle et donnera par recouvrement par une pellicule diélectrique une augmenta- tion de capacité considérable.
De plus, une structure de ce type peut être repliée ou roulée en même temps que d'autres éléments de condensateur à peu près de la même manière qu'une feuille unie ordinaire. Des résultats satisfaisants ont été obtenus par la Demanderesse avec une électrode-consistant en une feuille mince d'une épaisseur voisine de 0,025 mm dont les plis ou ondulations avaient une largeur de 0,25 à 0,50 mm environ et qui était comprimée de manière à avoir huit plis cou plus par millimètre de lon- gueur de l'électrode. Si on emploie une feuille d'épaisseur moindre, il est évident qu'on peut encore augmenter la surface.
Avec une feuille de 0,025 mm d'épaisseur dont les plis avaient une largeur d'environ 0,30 mm et qui était comprimée à huit plis par millimètre de longueur d'électrode, il fut possible à la Demanderesse d'obtenir dans un condensateur une augmentation de capacité de cinq à six fois celle
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d'un condensateur employant une feuille unie ou non repliée de même dimension superficielle et de même encombrement.
Se référant à la figure 1 des dessihs, il y est représenté à une échelle très agrandie une structure d'électrode ondulée ou repliée formée par une feuille ayant une épaisseur t de 0,025 mm avec des ondulations d'une largeur w égale à 0,30 mm ce qui assure une augmen- tation de surface de trois environ lorsqu'on utilise cinq ondulations par milimètre sur la longueur de l'électrode,( c'est-à-dire une longueur d'ondulation b de 0,20 mm). La feuille ou la bande ' est pliée en accordéon, les portions adjacentes intermédiaires L des plis ou des ondulations étant sensiblement parallèles ou en pratique se gonflant vers l'intérieur et paraissant se coucher étroitement les unes les autres à l'oeil nu.
En réalité cependant, les plis ou les ondulations sont suffisamment espacés pour loger une quantité convenable d'électro- lytes dans leurs espacements afin d'assurer un fonctionnement convena- ble d'un condensateur utilisant une électrode de ce type. D'une ma- nière analogue, les portions extérieures ou sommets A des ondulations sont contigüe de manière à présenter l'apparence d'une surface continue rugueuse S comme indiqué sur la figure 3.
La principale différence d'une structure en feuille du type sus- décrit par rapport aux électrodes ondulées ,rigides ou semi-rigides connu dans lesquelles les ondulations adjacentes font un angle appréciable, est due au fait, qu'une structure du type décrit est particulièrement flexible autour de lignes parallèles à la longueur des ondulations ce qui permet de les plier ou des les rouler à peu près de la même manière qu'une feuille souple unie: Un condensateur du type roulé comprenant comme anode l'électrode la figure 1 est représenté sur la figure 4 qui sera décrite plus en détail dans la suite de l'exposé.
Afin d'assurer une flexibilité suffisante et un caractère analo- gue à celui d'une feuille d'une structure conforme à la figure 1, cer- taines conditions préalables ont dues être remplies, à savoir l'utilis@ tion d'une feuille extrêmement mince,un rapport limite entre l'épaissens
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de la feuille employée et la largeur des ondulations, et une compression suffisante des ondulations ou une prévision d'un nombre minimum d'ondu- lations par unité de longueur de la structure d'électrode terminée, par exemple comme on l'a indiqué dans le cas des exemples numériques ci- dessus.
Une manière convenable de réaliser une structure d'électrode du type sus-mentionné consiste à faire passer une feuille unie F entre une paire de rouleaux profilés ou analogues afin d'avoir une structure on- dulée telle que représentée sur la figure 2a , cette structure étant alors comprimée ou écrasée par exemple en maintenant une extrémité et en pressant le reste de la feuille contre cette extrémité afin d'obtenir une structure telle que représentée sur la figure 2b.
Comme : on le comprend d'après ce qui précède, plus la feuille employée est mince plus grand est le gain de l'aire de la surface pour un volume ou un espacement donné de l'électrode. Il est clair qu'une feuille extrêmement mince aura une résistance mécanique réduite de sorte que les ondulations comprimées ont tendance à se tendre ou à se séparer l'une de l'autre si on les soumet à un effort mécanique tel que celui qui se produit pendan-t le passage de la feuille à travers les réservoirs de formation de la pellicule diélectrique ou autre traitement ou,lors- qu'on plie ou roule l'électrode pendant sa mise en.place dans un conden- sateur complet. En conséquence , afin d'éviter cette séparation des plis- ou ondulations de la structure on prévoit des moyens pour les main- relative tenir en position/convenable .
Ceci est réalisé en connectant les ondulations adjacentes par exemple en les soudant ensemble ou en les enroulant ou en les repliant de manière que les ondulations adjadentes se bloquent l'une l'autre ce qui empêche leur séparation ou leur écar- tement.
Suivant un mode préféré de réalisation, les ondulations sont cousues l'une à l'autre par exemple avec un fil de lin ou de coton ordinaire de préférence en point noué t la couture étant accomplie à peu près perpendiculairement aux ondulations, c'est-à-dire longitudina -
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lement par rapport à la feuille comme représenté en R sur la figure 3 où une vue de dessus d'une structure d'électrode à peu près de dimen- sion réelle est montrée sur le dessin.
Une bande ainsi renforcée par couture ou de toute autre manière convenable peut alors être passée à travers les différents réservoirs de traitement et de formation de la pellicule d'oxyde ou de substancee diélectrique suivant l'un quelconque des procédés bien connus dans la technique sans qu'il existe un danger d'écartement des plis les uns par rapport aux autres. D'une autre ma- nière, la feuille peut recevoir la pellicule d'oxyde ou de substance dié- lectrique avant l'opération d'ondulation auquel cas, la couture ou autre moyen de renfor@ement sert à maintenir les plis en position relative convenable pendant l'enroulement ou le pliage de la structure d'électrode pour l'assembler à d'autres éléments en un condensateur.
La feuille ou la bande est de préférence cousue ou maintenue suivant des rangées parallèles séparées par une distance de 2,5 cm environ. Si désiré, la couture peut être réalisée suivant un plus grand nombre de rangées à des distances plus étroites et les fils peuvent servir pour séparer l'électrode d'une électrode coopérante adjacente.
Se référant à la figure 4 une structure de condensateur roulée comprend d'une manière connue une paire d'électrodes dont l'une indi- quée en 10 est recouverte d'une pellicule ( anode) et repliée de la manière décrite ci-dessus tandis que l'autre électrode 13 (cathode) consiste dans l'exemple représenté en une feuille unie non repliée.
Les replis de l'électrode 10 ont été exagérés sur le dessin pour per- mettre de voir plus clairement la construction, mais il existe en pra- tique un nombre plus grand de plis par unité de longueur de l'électrode.
La deuxième électrode peut d'ailleurs être également repliée comme in- diquée en 12.
Les électrodes sont espacées par des bandes de séparation fi- breuses ou absorbantes 11, par exemple en papier ou en gaze ou autre substance et sont enroulées en un élément de condensateur. Ce dernier
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@ le après l'enroument, peut être imprégné d'un électrolyte convenable ser- vant à donduire le courant électrique de l'une à l'autre des électrodes dans les deux sens et à maintenir la pellicule diélectrique pendant l'u- tilisation du condensateur d'une manière bien connue dans la technique.
L'ensemble peut être monté dans un récipient convenable en métal où en carton avec des bornes fixées sur les électrodes peur la connexion du condensateur dans 'un circuit électrique, des bornes peuvent être réalisées
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d'une manière connue en découpant tiâligvei4salEmBlit i'éÍecti'ode et en repliant la partie découpée vers l'extérieur, ou bien on peut employer une borne séparée fixée sur l'électrode par soudure,couture, enfoncement ou autre méthode convenable .
La structure d'électrode décrite dans le présent brevet présente des avantages particuliers pour des condensateurs destinés à servir à des tensions élevées: Si on forme sur cette électrode une pellicule d'axyde d'épaisseur appréciable, l'oxyde tendra à étirer les ondulations par suite de la grande flexibilité de ces dernières ce qui empêche ap- préciablement un remplissage ou un bourrage des intervalles ou inters- tices entre les ondulations par l'oxyde et évite l'inconvénient du type d'anode gravée de manière courante où les cratères et les cavités de la surface sont souvent remplis de diélectrique ce qui entraîne une diminution appréciable de la capacité ainsi que d'autres défauts comme mentionné plus haut.
Un autre avantage de la structure décrite ici réside dans le fait que, par suite de la distance étroite entre les ondulations adjacentes, l'électrolyte dans le condensateur complet est maintenu à l'intérieur des intervalles et interstices définis par les ondulations par une sorte d'action capillaire ce qui assure un rendement et une efficacité améliorés ainsi qu'une vie plus longue du condensateur.
Comme précédemment décrit, la cathode d'un condensateur complet peut consister en une feuille unie comme représentée sur la figure 4 eu en une structure analogue à l'anode pour assurer une grande surface de contact entre l'électrolyte et la surface de la cathode afin de di- minuer la résistance interne et les pertes diélectriques du condensâtes !
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On doit comprendre de plus qu'un condensateur constitué par deux électrodes du type ci-dessus pourvues toutes deux d'une pellicule anodique peut être employé dans des circuits à oourant alternatif ou dans des circuits à courant continu sans tenir compte de la polarité d'une manière bien connue.
Il est de plus possible de graver l'électrode soit avant soit après l'opération de pliage. Dans ce but il n'est pas néces -saire de réaliser une attaque profonde ce qui supprime les diffi- cultés pratiques susmentionnées, mais il suffit d'obtenir une légère attaque superficielle, ce qui peut se faire d'une manière relative- ment simple. Ainsi, si on emploie une attaque après pliage, l'aug- mentation de la surface résultante sera d'environ douze fois la sur- face unie ce qui n'est pas possible en employant l'un des procédés actuellement utilisés dans la technique.
Bien que l'invention ait été décrite dans le cas particulier d'un exemple de réalisation, il est clair qu'elle n'y est en rien limitée mais peut au contraire recevoir de nombreuses applications et adaptations sans sortir ce son domaine.
REVENDICATIONS.
1 - Structure d'électrode pour condensateur électrolytique consistant en une feuille métallique mince, caractérisée em ce que la la rgeur des plis ou ondulations par rapport à l'épaisseur de la feuille et le nombre d'ondulations par unité de longueur sont tels qu'on obtient une structure continue analogue à une feuille de gran -de souplesse ou flexibilité.