DE2912091A1 - Doppelschicht-kondensator - Google Patents
Doppelschicht-kondensatorInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Description
GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER
Nippon Electric Company, Limited
Tokio / Japan
Doppelschicht-Kondensator
PATENTANWÄLTE
DR.-INQ. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN
DIPL.-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN"
DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG
ZUGELASSENE VERTRETER BEIM
EUROPÄISCHEN PATENTAMT * ZUGL. OFF. BEST. U. VEREID. DOLMETSCHER
8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20
TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez
MÜNCHEN A 67
2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE
TEL. (040)41020 TELEX 21 29 21 spez
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Doppelschicht-Kondensator und insbesondere eine Verbesserung bei einer Mehrzell-Schichtenstruktur
eines Doppelschicht-Kondensators, der durch Schichten einer Vielzahl von Einheitszellen gebildet wird und bei hohen
Stehspannungen Verwendung findet.
Allgemein wird die Stehspannung eines Einheitselements
eines Doppelschicht-Kondensators durch die kleinere der Zersetzungsspannungen von Elektrolyt und Lösungsmittel bestimmt, die die Einzelelemente des Einheitselements bilden. Beispiels-10 weise beträgt die Stehspannung des Einheitselements bei einem
eines Doppelschicht-Kondensators durch die kleinere der Zersetzungsspannungen von Elektrolyt und Lösungsmittel bestimmt, die die Einzelelemente des Einheitselements bilden. Beispiels-10 weise beträgt die Stehspannung des Einheitselements bei einem
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BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200800 00) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147807-200 - TELEGRAMM: SPECHTZIES
System mit wäßriger L6sung, das Schwefelsäure oder Ätzalkali
als Elektrolyt verwendet, etwa 1,O Volt.
Im Falle von organischen Lösungsmitteln mit hohen Dielektrizitätskonstanten,
wie etwa Propylencarbonat, N,N-Dimethylformaldehyd,
Acetonitril oder Y'-Butyrolaceton, beträgt die
Stehspannung etwa 3 bis 5 Volt, obwohl sie auch von der Zersetzungsspannung
der verwendeten Salzionen abhängt. Wenn dem Einheitselement eine höhere Spannung als die Zersetzungsspannung
des Lösungsmittels zugeführt wird, so wird die Funktion des Elements bzw. der Zelle beeinträchtigt bzw. zerstört.
Wenn somit eine höhere. Stehspannung als diese Zersetzungsspannung
bei Doppelschicht-Kondensatoren benötigt wird, so ist es allgemein üblich, die erforderliche Anzahl von Einheit selementen
in Reihenschaltung zu schichten bzw. zu lameliieren, da die Jedea einzelnen Einfeeitseleaemt zugeftfiirte Spannung dedurch
Mater die Durchbruchsspannung, d.h. die Stehspemnung des
Einheitselements herabgedrückt werden kann*
Wenn in dem oben, beschriebenen Fall eine Gleichstromspannung
einem derartigen lamellierten Doppelschicht-Kondensatoraufbau
zugeführt wird, so wird die zugeführte Spannung im Verhältnis der Isolationswiderstände der entsprechenden Einheitselemente durch die entsprechenden Einheitselemente aufgeteilt.
Dies bedeutet, daß die Änderung der den entsprechenden Ein-
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heitselementen zugeführten Spannungen um so größer ist, je
größer die Amplitudenänderung des Isolationswiderstands der
entsprechenden Einheitszellen ist.
Eine derartige Änderung de·«* angelegten Spannungen an die
entsprechenden Einheitselemente aufgrund der Änderung der Isolationswiderstände führte jedoch dazu, daß selbst in den
Fällen, in denen beispielsweise eine Spannung entsprechend der Stehspannung pro Einheitselement, multipliziert mit der
Anzahl der lamellierten Einheitselemente dem lamellierten Doppelschicht-Kondensator zugeführt wurde, dazu, daß jedem
der lamellierten Elemente eine höhere Spannung als die Stehspannung des Einheitselements zugeführt wird, und damit dazu,
daß das Einheitselement beschädigt wird und damit ein Verlust der Funktion des Gesamtkondensators auftritt.
Als Lösung zur Verhinderung eines derartigen Durchbruchs wurde ein lamellierter Doppelschicht-Kondensator vorgeschlagen,
der eine vorbestimmte Stehspannung aufweist, entweder durch Auswahl der Einheitselemente mit im wesentlichen gleichen
Isolierwiderständen oder durch Schichten einer ausreichend großen Anzahl von Einheitselementen mit einer ausreichenden
Toleranz, so daß selbst das Einheitselement, dem im
Doppelschicht-Kondensator die größte Spannung zugeführt wird, nicht beschädigt werden kann. Bei einer Großfertigung von
lamellierten Doppelschicht-Kondensatoren würde jedoch eine
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OR'GSNAL INSPECTED
derartige Lösung zu vielen Schwierigkeiten führen. So ist beispielsweise die Verbesserung und die Entwicklung von Herstelltechniken
zur Steuerung der Änderung von Isolationswiderständen der Einheitszelle innerhalb von 10 % od. dgl.
äußerst schwierig. Aber selbst dann, wenn versucht wird, die
Änderung der Isolationswiderstände durch Auswahl lediglich der Einheitselemente mit im wesentlichen gleichen Isolationswiderständen oder durch Erhöhen der Anzahl von lameliierten
Einheitselementen zu kompensieren, so ist doch ein Mehr an Arbeit und mehr Rohmaterial erforderlich, was zu erhöhten
Herstellungskosten führt. Wenn darüber hinaus die Einheitselemente geschichtet werden, um einen lameliierten Doppelschicht-Kondensator
zu bilden, so können Abweichungen in der Stellung zwischen den einzelnen Einheitselementen auftreten,
so daß die Kontaktwiderstände zwischen entsprechenden benachbarten Einheitselementen höher werden können und damit die
Impedanzeigenschaften des lameliierten Doppelschicht-Kondensators unstabil werden. Damit war ein Doppelschicht-Kondensator,
der lediglich durch Schichten einer Vielzahl von Einheitselementen
gebildet wurde, nicht nur geringwertig hinsichtlich von Stabilität und Zuverlässigkeit seiner Eigenschaften,
sondern er zeichnete sich auch durch hohe Herstellungskosten aus, im Vergleich zum herkömmlichen Aluminiumelektrolyt-Kondensator
od„ dgl., so daß er nur schlecht verkaufbar war und seine Großfertigung nicht erreicht werden
konnte,
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Demgegenüber besteht eine wesentliche Aufgabe der Erfindung darin, einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator der
oben beschriebenen Art zu schaffen, der eine hohe Stehspannung aufweist und leicht herstellbar ist.
Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensator
zu schaffen, der in Massenproduktion herstellbar ist und bei dem in großem Maße Rohmaterialkosten und Arbeitskosten eingespart
werden können.
Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensator
zu schaffen, der bei der Anwendung in elektronischen Geräten eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Stabilität in seiner
Betriebsweise aufweist.
Eine weitere sehr wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator zu
schaffen, der noch kompakter ist, und zwar unter Verwendung eines praktischeren Aufbaus von Widerständen zum Ausgleich
der den entsprechenden Einheitselementen im Doppelschicht-Kondensator zugeführten Spannungen, und er trotzdem zuverlässig
arbeitet und für die Massenproduktion geeignet ist.
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Erflndtaagsgeailß ist ein lameliierter Doppelschicht-Kondensator
vorgesehen* "bei ä®m die Widerstände mit im wesentlichen
gleichen Widerstandswertea jeweils parallel zu den entsprechenden
liBlieitselementen im lameliierten Doppelschicht-Kondensator
geschaltet sind. Die Widerstände sind vorteilhaft mit den lamellierten Eiidxeitselementen derart verbunden, daß
der eine Anschluß des entsprechenden Widerstands zwischen das
eine und das darüberliegende Einheitselement und der andere
Anschluß zwischen das eine und das darunterliegende Einheitselement
eingeführt wird»
Bei einer bevorsugten Ausfüiarungsform der Erfindung ist
ein lemelli©rter Döppslacliielit-ICondensator vorgesehen» bei
dem eis Teilaufbau aus Saoehgenauen integrierten Widerständen,
der- durch wiedorholtes Aufeinanderlegen von Linearwiderständen
im gloicSien Muster auf ein flexibles Blech oder Blatt gebildet
wird» anstelle der.Widerstände verwendet wird, um die
an den einzelnen Elementen aaliegenden Spannungen auszugleichen«
Dabei wird das Blatt um die lamellierte Kondensatoranordnung
herumgewickelt, bevor die Anordnung in ein Außengehäuse
gebracht wirde
Demnach sieht die Erfindung eine lameliierte Struktur von Doppelschicht-Kondensatorelementen mit einer hohen Stehspannung
vor, die durch Schichten einer Vielzahl von Einheitseleraenten
von Doppelschicht-Kondensatoren und durch Verbinden
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ORIGINAL !MSPECTED
einer Vielzahl von Widerständen mit im wesentlichen gleichen Widerstandwerten in Parallelschaltung zu den entsprechenden
Einheitselementen vorgesehen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein integrierter Spannungsausgleich-Widerstand
mit hoher Genauigkeit, der durch Auflegen von Linearwiderständen auf ein flexibles Blatt gebildet wird, verwendet
und um die lamellierten Einheitselemente herumgewickelt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Einheitselements eines herkömmlichen Doppelschicht-Kondensators;
Fig. 2 eine schematische Ansicht, die das Prinzip des lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensatoraufbaus gemäß
der Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Verteilungen der Spannungen an den entsprechenden Einheitselementen in den lamellierten
Doppelschicht-Kondensatoren, wobei die durchgezogene
Linie B die Spannungsverteilung in einem Kondensator zeigt, bei dem die Einheitselemente einfach geschichtet sind, ohne
daß damit gleiche Widerstände verbunden sind, während die gestrichelte Linie A die Spannungsverteilung in einem erfindungsgemäßen
Kondensator zeigt, bei dem gleiche Widerstände
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mit den entsprechenden Einheitselementen verbunden sind;
Fig. 4A in Draufsicht einen Zwischenverfahrensschritt der Herstellung einer bevorzugten Äusführungsform eines Widerstandsteilaufbaus,
der zum Ausgleich der Spannungen an den entsprechenden Einheitselementen verwendet wird;
Fig. 4B in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform der Spannungsausgleichs-Wlderstände, wie sie in einem lamellierten
4-Zellen-Doppelschicht-Kondensator verwendet werden;
Fig» 5 in perspektivischer Ansicht die Art der Parallelschaltung
des Widerstands in Fig. 4B zu dem lamellierten 4-Zellen-Doppelschicht-Kondensator, indem er darum herumgewickelt
Fig. 6A in Draufsicht den in Fig. 5 dargestellten lamellierten
Mehrzellen-Doppelschicht-Kondensator, wie er innerhalb
eines Außengehäuses untergebracht ist, und
Fig., 6b eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A
in Fig. 6A„
Fig. 1 zeigt ein Einheitselement bzw. eine Einheitszelle
eines Doppelschicht-Kondensators mit einer aus aktivierten
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Kohlenstoffteilchen bestehenden Pasteelektrode 2 und einer Elektrolytlösung, die zwischen einem Paar von scheibenförmigen
leitenden Separatoren 1 zwischengelegt ist, wobei die Separatoren elektronenleitfähig und für Ionen undurchlässig
sind. Zwischen diesen Elektroden 2 ist ein scheibenförmiger poröser Separator 3 angeordnet, der für Ionen durchlässig ist
und eine Elektronenleitung verhindert, um eine Leitung zwischen den Elektroden 2 zu verhindern. Um die leitenden Separatoren
1 zu halten und die Elektroden 2 von der Außenatmosphäre abzuschirmen, ist eine ringförmige nichtleitfähige
Dichtung 4 vorgesehen, so daß damit ein Einheitselement 10 eines Doppelschicht-Kondensators gebildet wird. Hinsichtlich
weiterer Einzelheiten eines derartigen Einheitselements 10 wird auf die US-PS 3 536 963 verwiesen.
In Fig. 2 sind sieben derartige Einheitselemente 10 in Reihenschaltung geschichtet, wobei die Anschlußleitungen 11a
und 11b der Widerstände 11 zwischen den Separatoren 1 von benachbarten Einheitselementen 10 zu deren Verbindung geklemmt
sind. Es ist erforderlich, daß die Widerstandswert· der entsprechenden Widerstände 11, die parallel zu den entsprechenden
Einheitselementen 10 geschaltet sind, im wesentlichen gleich zueinander sind (innerhalb + 5 %). Dieser Aufbau
wird in einem Außengehäuse untergebracht, wie es im nachfolgenden beschrieben wird. Die obere und untere Fläche des Aufbaus
sind extern so verbunden, daß die Verbindungen aus dem Gehäuse
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als SpasisiisagszöfühimsigselelrtrOden herausgeführt sind. Unter
Braek auf Bedloa und Deckel des Gehäuses wird dar gesamte Aufxii2i®i-te
Aufgrund dieses Unterdrucksetzens können die Konzwiach©n
den entsprechenden Einheitselementen, zwi.sofa.Qrt äGffi llah®itsel©a@nt und der Elektrodenleitung und
zwiSGhea d.QH ©ntsprechenden Einheitselementen herabgesetzt
werden;, wobei gleichzeitig ein Herausziehen der Anschlußleittmgea
ae& Wi&srstands 11 verhindert werden kannt wodurch insgesesat
®iia@ stabile Struktur erhalten wird. Um die Widerstände
11 £©ßt uaa stabil zu halten, werden die liderstände 11
an der Iraisnwand des Außengehäuses befestigt.
sqip Figo 1 raid 2 wird mm eine bevorzugte Ausfühdes2
Erfindung beseiirieben«, Als leitfähiger Separator
1 Mispel ein sait !©itflhigara Kohlenstoff gemischtes ButylkeiircselMElslatt
Bit 28 ei Durchmesser und etwa O93 um Dicke
•?/erw©ßel©söo ills Pasteelektrede 2 wird eine Mischung verwendet,
die dareli Mischen von aktiviertem feinem Kohlenstoff pulver,
das eine wirksame Oberfläche von 1100 m /g- (nach dem B.E·T.
Verfahren) und einen ICörnchendurchmesser von ca. 50 pm. (lich-
te Maschenweitej 325 mesh) oder kleiner hat, mit 21 Gew.-%
Schwefelsäure und vollem Aufrühren der Mischung zubereitet
wird. Als poröser Separator 3 wird ein poröser Propylenfilm verwendet. Als nichtleitfähige Dichtung 4 wird eine Butylkautschukdichtung mit einem Außendurchmesser von 28 mm, einem
Innendurchmesser von 22 mm, einer Dicke von 0,38 mm und einem
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spezifischen Widerstand von 10 Xl-cm verwendet. Bei einem
Einheitselement mit den leitfähigen Separatoren 1 und den Dichtungen 4 wird nach Aufbringen eines uesamtdrucks von etwa
30 kg auf die entsprechenden leitfähigen Separatoren 1 eine elektrostatische Kapazität von 2 - 3 F und ein Isolationswiderstand
von 1 - 3 k£I ^halten. Sieben derartiger
Einheitselemente 10 wurden ausgewählt, und es wurde ein lameliierter
7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator 20 durch Schichten
dieser Einheitselemente 10 hergestellt, wobei Widerstände 11
mit einem Widerstandswert von etwa 100-GL(+ 10 %), was einem
Zehntel des minimalen Isolationswiderstands von 1 kXL entspricht,
parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet wurden. Bei einer angelegten Spannung von 6 V betrug
die elektrostatische Kapazität des lameliierten Kondensators 20 etwa 0,4 F und sein Streu- bzw. Leckstrom betrug etwa 8 mA.
Im Vergleich zu einem geschätzten Streustrom von 0,03 CVpA
für die herkömmlichen Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren gemäß dem Stand der Technik ist dieser Streustrom geringer als der
geschätzte Wert. Zusätzlich dazu ist hier anzumerken, daß durch die Hinzufügung der Spannungsausgleichswiderstände
parallel zu den Einheitselementen der Streustrom bzw. vagabundierende
Strom nicht übermäßig erhöht wird. Damit verliert der Kondensator nicht seinen praktischen und industriellen Wert.
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Anhand dieses lamellierten 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensators
20 wird nun die Spannungsverteilung bei den entsprechenden Einheitselementen beschrieben. Bei dem oben beschriebenen
lamellierten 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator 20 mit
zu den entsprechenden Kondensatoren parallel geschalteten Widerständen 11, wobei eine Spannung von 3,5 V der gesamten Anordnung
zugeführt wurde und die Spannungsverteilung der entsprechenden Einheitselemente gemessen wurde, wurde herausgefunden,
daß die entsprechenden Spannungen innerhalb einer Änderung von 100 mV in der Spannungsdifferenz ausgeglichen werden
konnten, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei war auch die Stehspannung höher als
6,0 V.
Danach wurden lediglich die Widerstände 11 aus dem 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator
20 herausgezogen und ein Gesamtdruck von einigen zehn Kilogramm auf die Anordnung ausgeübt, und es
wurde die Spannungsverteilung der entsprechenden Einheitselemente in ähnlicher Weise gemessen. Wie aus der durchgezogenen
Linie B in Fig. 3 zu ersehen ist, überschritt die Änderung in der Spannungsdifferenz 500 mV und die Stehspannung betrug
höchstens 4,1 V. Es ist demnach erforderlich, die Zahl der lamellierten Einheitselemente im Verhältnis zur Größe der gewünschten
Stehspannung einzustellen, und es wurde herausgefunden, daß für eine Stehspannung von 6 V, die gleich der
Stehspannung in dem Falle ist, in dem die Widerstände 11
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parallel zu den Einheitselementen geschaltet sind, eine Schichtung von zehn oder mehr Einheitselementen 10 erforderlich
ist.
Zum Ausgleich der Spannungen an den lamellierten Einheitszellen ist es lediglich erforderlich, so viele Widerstandselemente
11 mit im wesentlichen gleichen Widerstandswerten vorzusehen wie die Zahl der geschichteten Elemente beträgt
und die Widerstandselemente elektrisch parallel zu den entsprechenden Elementen 10 zu verbinden* Es wird angenommen, daß
bei einer Integration dieser Widerstandselemente 11 die Herstellbarkeit
bzw. das Betriebsverhalten noch erhöht wird. Es wird daher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben,
bei der eine Gruppe von Widerständen zum Ausgleich der Spannungen an den Einheitselementen in einem lamellierten
Doppelschicht-Kondensator integriert ist.
Wie aus Fig. 4A zu ersehen ist, wird ein Widerstandsdraht 400 mit einem gleichförmigen Widerstandswert pro Längeneinheit
auf ein flexibles Blatt oder Folie 31 gelegt, wie etwa
ein Kunststoffhaftfilm, wobei das gleiche Muster durch ein
bekanntes Herstellungsverfahren, wie etwa Weben, Reihenanordnen od. dgl. wiederholt wird. Außerhalb des Startpunkts 32
des Drahts wird eine Schleife 41 zur Verbindung mit dem Einheitselement 10 mittels des Widerstandsdrahts 400 gebildet.
Der Widerstandsdraht 400 wird auf das Blatt 31 so gelegt, daß
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er sich vom einen Punkt 32 an der rechten Kante des Blatts 31
zur linken Kante erstreckt. Wenn der Widerstandsdraht 400 bis in die Näh« des linken Rands des Blatts 31 gelegt ist, wird
er dort gefaltet und wieder nach rechts bis zur rechten Kante gelegt. Wenn am rechten Rand der weitere Punkt 33 erreicht
wurde, so wird dieser Punkt als der eine Endpunkt des Drahts
für ein erstes Widerstands element 401 ausgewählt. Der Widerstandsdraht 400 springt von der Außenseite des Blatts 31 am
Drahtanschlußpunkt 33 vor, ohne daß er unterbrochen wird, und
bildet eine zweite Schleife 42, die als Anschluß für den ersten und einen weiteren Widerstand dient. Durch einen derartigen Verdrahtungsvorgang werden das erste Widerstandselement
und die Verbindungsanschlüsse 41 und 42 gebildet. Der Abstand
zwischen dem Startpunkt 32 und dem Endpunkt 33 des Drahts auf
dem rechten Rand des Blatts 31, d.h. der Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden Schleifen 41 und 42, wird im wesentlichen gleich der Dicke des zu schichtenden Einheitselements 10
gewählt. Dadurch, daß die erste und zweite Schleife 41 und 42 die obere und untere Seite des Einheitselements berühren, ist
das Widerstandselement 401, dessen Widerstandswert proportional
zur Drahtlänge ist, die sich vor und zurück auf dem Blatt 31 erstreckt, parallel zum Einheitselement geschaltet. Offensichtlich kann der Widerstandswert eines jeden Widerstandselements durch Verändern des Durchmessers des Widerstands-
drähte und der Drahtlänge verändert werden. Wenn die Verdrahtung im wesentlichen mit dem gleichen Muster wiederholt wird,
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so haben in einer Gruppe von Widerstand·elementen die Widerstandselemente im wesentlichen gleiche Widerstandswerte und es
kann eine Gruppe von Verbindungsanschlüssen in integrierter Form auf einem Blatt realisiert werden. Es kann daher eine gewünschte Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung durch wieder
holten Verdrahtungsvorgang entsprechend der Anzahl der zu schichtenden Einheitselemente vorgesehen werden. Anstelle eines
Widerstandsdrahts auf dem Blatt 31 kann auch eine auf das Blatt 31 aufgebrachte Widerstandsschicht verwendet werden.
Bei der in Fig. 4B dargestellten Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung 300, die für einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator mit vier Einheitselementen geeignet ist, weist der
Widerstandsdraht vier Vorwärts- und RUckwärtserstreckungen im gleichen Muster auf dem Blatt 31 auf. Von den Start- und End
punkten der entsprechenden Drahtmuster 401, 402, 403 und 404
erstrecken sich fünf Schleifen 41, 42, 43, 44 und 45 aus dem
gleichen Widerstandsdraht 400, und zwar außerhalb des Blatts Von diesen vorspringenden Schleifen werden die inneren drei
Schleifen 42, 43 und 44 zwischen entsprechende Einheitselemen
te 10 eingeschoben bzw. eingeführt, wenn die vier Einheitsele
mente 10 zusammengebaut werden. Die übrigbleibende obere und untere Schleife 41 und 45 werden mit dem oberen und unteren
Ende des lamellierten Einheitselementenaufbaus 100 verbunden,
wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das Blatt bzw. die Folie 31
wird um den lamellierten Einheitselementenaufbau herumgewickelt,
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wobei seine verdrahtete Oberfläche nach innen gerichtet ist. Wie aus den Fig. 6A und 6B zu ersehen ist, werden die Leitungen
101 zum Herausführen der Elektroden mit dem Deckel und dem Boden des lameliierten Einheitseiementenaufbaus 100 verbunden.
Der ganze Aufbau wird dann in einem Metallgehäuse bzw. Becher 61 untergebracht und wird damit eingekapselt bzw. ummantelt,
während ein vorbestimmter Druck auf die Anordnung 100 ausgeübt wird. Innerhalb des Bechers 61 sind über und unter dem
lameliierten Einheitseiementenaufbau 100 über Isolierkautschukplatten
62 eine Deckplatte 63 aus dem gleichen Material wie das Bechergehäuse 61 und eine metallische Bodenplatte 64 angeordnet.
Nach dem Befestigen des Bechers wird das Innere des Bechergehäuses 61 mit Gießharz 65 vergossen. Die Isolierkautschukplatten
62 dienen dazu, die Gefahr eines Kurzschlusses durch das Metallgehäuse 61 zu vermeiden, und sie dienen auch
als elastische Körper, die den auf den Kondensator 100 ausgeübten Druck gleichmäßig verteilen und den Kondensator 100 halten.
Die Metallbodenplatte 64 wird zur Verstärkung des Metallgehäuses 61 verwendet, und sie ist daher nicht immer erforderlieh,
wenn die Festigkeit des Metallgehäuses ausreichend groß ist.
Bei einem praktischen Beispiel der in Fig. 4A und Fig. 4B dargestellten Spannungsausglelchs-Widerstandsanordnung wird
als Widerstandsdraht 400 ein Nickelchrom (Ni-Cr)-Draht (Ni: 75 - 85 %, Cr: 25 - 15 %) mit einem Durchmesser von
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60 pn und einem spezifischen Widerstand von 133 u Xl cm verwendet, dessen Oberfläche mit Polyurethan isolierend beschichtet
ist. Die flexible Folie 31, die auf einer Oberfläche Haftfähigkeit aufweist, kann leicht dadurch erhalten werden, daß
ein beidseitiges Klebeband auf der gesamten einen Oberfläche eines Propylenfilms von 6 mm Breite, 100 mm Länge und 0,3 mm
Dicke ohne Auslassen eines Freiraums aufgebracht wird. Bei einer Ausführungsform des Drahtmusters beträgt der Durchmesser
der entsprechenden Schleifen 41 bis 45 10 mm und der Abstand
zwischen aufeinanderfolgenden Schleifen beträgt 1,5 mm, was
gleich der Dicke des Einheitselements ist, wodurch das Halten des laminierten Einheitselementenaufbaus hinsichtlich der
Stabilität noch erhöht werden kann. Hinsichtlich der Drahtlänge bei den entsprechenden Widerstandselementenbereichen
401, 402, 403 und 404 wurde die Vorwärts- und Rückwärtserstreckung mit 210 mm gewählt, wobei die Widerstandselemente
einen Widerstandswert von 100 + 2il aufweisen. Selbstverständlich kann die Isollerbeschichtung im Bereich der Schleifen 41 bis 45 entfernt werden. Um die mit dem Entfernen der
Isolierbeschichtung erforderliche Arbeit zu vermeiden, kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein blanker Draht,
nachdem er in einen Isolierbeschichtungsfilm gelegt wurde,
auf die verdrahtete Oberfläche der Folie aufgebracht wird. Um außerdem das Einschieben der entsprechenden Schleifen in die
Zwischenräume zwischen den Einheitselementen zu erleichtern, sind die Schleifen so gedreht, daß die von ihnen gebildeten
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Ebenen senkrecht zur Oberfläche der Folie verlaufen.
Eine praktische Ausführungsform des Bechergehäuses 61 ist aus einer zinkplattierten Stahlfolie mit 32 mm Innendurchmesser
und O55 mm Dicke, wobei Einkerbungen von 6,5 mm Breite und
17 mm Linge zum Einführen der Leitungen 101 zum Herausführen
der Elektroden vorgesehen sind und die Innenfläche der Folie einer Harzauskleidungsbehandlung unterzogen wird. Vier nach
dem oben !beschriebenen Verfahren hergestellte Einheitselemente werden in Reihe geschichtet, und die lamellierte Anordnung
wird in einem Bechergehäuse zusammen mit einer metallischen Bodenplatte 64, Isolierkautschukplatten 62, Leitungen 101 zum
Herausführen der Elektroden und einer Deckplatte 63 angeordnet, so daß sich, die gleiche Konstruktion wie in Fig. 6A und 6B ergibt»
Dann werden sie mittels eines Metall-Stemmstempels abgedichtet,
wobei ein Druck'von 30 kg/cm auf den lamellierten
Doppelschicht-Kondensator 100 ausgeübt wird. Danach wird das
Innere des Bechergehäuses mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Doppelfluid-Epoxygießharz vergossen und man erhält
einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator mit einer völlig abgedichteten Gehäusestruktur.
Die Stehspannung des oben beschriebenen lamellierten 4-Zellen-Doppelschicht-Kondensators 100 wurde gemessen. Der
die Anordnung 300 nach Fig. 4B verwendende Kondensator hatte eine Stehspannung von 3,9 Volt, wohingegen der ähnliche Kon-
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ORIGINAL [NSPECTED
densator ohne irgendeine Verwendung eines Widerstands zum Ausgleichen der Spannungsverteilung eine Stehspannung von
3,3 Volt hatte. Es ist hier anzumerken, daß der Ausdruck "Stehspannung11, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird,
die Spannung kennzeichnet, die **i einen lameliierten Doppelschicht-Kondensator
angelegt wird, wenn einem Einheitselement, das mit der höchsten Spannung unter den lamellierten Einheitselementen beaufschlagt wird, die Stehspannung 1,0 Volt des
Einheitselements während des Verfahrens des allmählichen Erhöhens einer dem Doppelschicht-Kondensator zugeführten Gleichstromspannung,
beginnend bei 0 Volt, zugeführt wird.
Wie aus dem obigen ersichtlich ist, wurde durch Verwendung der Spannungsausgleichs-Widerstände in einem lamellierten
Doppelschicht-Kondensator sichergestellt, daß die Größe der Änderung der den entsprechenden Einheitselementen zugeführten
Spannungen um den Faktor 1/10 von 200 mV auf 20 mV vermindert und die Stehspannung um etwa 18 % erhöht werden kann.
Es werden nun die Wirkungsweise und die Vorteile der Erfindung kurz zusammengefaßt:
1. Durch das Einzuschalten der Widerstände 11 mit einem Widerstandswert von 1/5 bis 1/10 des kleinsten Isolierwiderstands
unter den Isolierwiderständen mit Schwankungen bezüglich der einzelnen Einheitselemente, können die Spannungs-
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Schwankungen an den entsprechenden Einheitselementen auf einen Bereich von 10 bis 20 % herabgedrückt werden, was einen praktisch
akzeptablen Bereich darstellt.
2. Damit kann die Mühe der Arbeit des Auswählens und des
Klassifizierens der Isolierwiderstandswerte der entsprechenden Einheitselemente, das Auswählen und Anpassen der für die entsprechenden
Isolierwiderstandswerte geeigneten Widerstände eingespart werden und es kann leicht eine Großfertigung der
lamellierten Doppelschicht-Kondensatoren mit hoher Stehspannung erreicht werden, wenn der Wert der gleichen Widerstandswerte
bestimmt wird.
3. Durch einfaches Hinzuschalten von Ausgleichswiderständen kann die Zahl der zu schichtenden Einheitselemente stark vermindert
werden, was zu einer großen Einsparung hinsichtlich der Rohmaterialkosten und der Arbeitskosten führt, so daß die
Herstellung einfach 1st und das Verfahren sich für die Massenproduktion
eignet.
4. Da der Ausgleich der Teilspannungen selbst bei eimer
hohen Betriebsspannung erreicht werten kann, kann bei der Betrieibeweise
γοη elektronischen Geräten eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität erwartet werden.
Zusätzlich zu den oben Ibeschrielsenen Wirkungen und Yorteilea
©ei Verwendung der in Fig* 438 dargestellten integrierten Span-
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nungsausgleichs-Widerstandsanordnung können die zusätzlichen
Wirkungen und Vorteile erzielt werden:
5. Da die entsprechenden Spannungsausgleichs-Widerstände
integriert werden, wird der Verfahrensschritt des Schichtens
der Einheitselemente, d.h. der Zusammenbau des Kondensators
erleichtert, so daß die erfindungsgemäßen Kondensatoren für die Massenproduktion geeignet sind.
6. Da der Außenumfang der Einheitselemente durch die Spannungsausgleichs-Wlderstandsanordnung umwickelt wird, kann damit
eine Lageveränderung der Einheitselemente verhindert werden. In gleicher Weise kann ein Kurzschluß zwischen den Einheitselementen und zwischen einem Einheitselement und dem Gehäuse
verhindert werden, so daß die Impedanzeigenschaften des Kondensators stabilisiert werden können.
flexibler Träger verwendet, um eine Anpassung an die Struktur und Konfiguration der Einheitselemente in der oben beschriebenen Ausführungsform zu erreichen. Selbstverständlich kann
auch eine verbesserte Wirkung dadurch erreicht werden, daß ein
oder Harz, als Träger verwendet wird, um die mechanische Festigkeit nach der Schichtung zu erhöhen.
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7. Da bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
die Widerstände in integrierter Form mittels eines
dünnen Widerstandsdrahts hergestellt werden, so daß die Größe der Widerstandswerte durch Verändern des Durchmessers und der Länge des Widerstandsdrahts verändert werden kann, und da die Widerstandsanordnung um einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator herumgewickelt wird, kann der Kondensator kompakter und dünner gemacht werden als die herkömmlichen Widerstandselemente, wie sie derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Zudem werden dadurch mechanisch stabile Kondensatoren erreicht. Als Träger für die Widerstände sollte vorzugsweise ein Isoliermaterial verwendet werden, um einen Kurzschluß zwischen dem
Träger und den Widerständen zu verhindern. Selbstverständlich kann der Kondensator noch kompakter und dünner gemacht werden, wenn die Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung durch Ausbilden eines Widerstands auf dem Träger mit Hilfe der Aufstäub-, Aufdampf-, Drucktechnik od. dgl. bewirkt wird.
dünnen Widerstandsdrahts hergestellt werden, so daß die Größe der Widerstandswerte durch Verändern des Durchmessers und der Länge des Widerstandsdrahts verändert werden kann, und da die Widerstandsanordnung um einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator herumgewickelt wird, kann der Kondensator kompakter und dünner gemacht werden als die herkömmlichen Widerstandselemente, wie sie derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Zudem werden dadurch mechanisch stabile Kondensatoren erreicht. Als Träger für die Widerstände sollte vorzugsweise ein Isoliermaterial verwendet werden, um einen Kurzschluß zwischen dem
Träger und den Widerständen zu verhindern. Selbstverständlich kann der Kondensator noch kompakter und dünner gemacht werden, wenn die Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung durch Ausbilden eines Widerstands auf dem Träger mit Hilfe der Aufstäub-, Aufdampf-, Drucktechnik od. dgl. bewirkt wird.
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Claims (5)
- PatentansprücheDoppelschicht-Kondensator, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Doppelschicht-Kondensator-Einheitselementen und eine Vielzahl von Widerständen mit im wesentlichen den gleichen Widerstandswerten, wobei die Einheitselemente so geschichtet sind, daß sie zueinander in Serienschaltung und die Widerstände parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet sind.
- 2. Lameliierter Doppelschicht-Kondensator, gekennzeichnet durch einen Kondensator-Hauptkörper, der von einer Vielzahl von in Serie geschalteten Einheitselementen des909841/0681
- 1 -Doppelschicht-Kondensators gebildet wird, eine auf einem flexiblen Blatt aufgebrachte Gruppe von Widerständen mit im wesentlichen gleichen Widerstandswerten, und durch eine Vielzahl von Widerstandsanschlussen, die mit den entsprechenden Widerständen und den Einheitselementen so verbunden sind, daß die Widerstände Jeweils parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet sind und das Blatt um den Kondensator-Hauptkörper gewickelt ist. - 3. Doppelschicht-Kondensator nach einem der Ansprüche 1oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstände die Konfiguration eines auf das flexible Blatt aufgebrachten Widerstandsdrahts besitzen.
- 4. Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandsanschlüsse von der einen Kante des Blatts aus vorspringen.
- 5. Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstandsdraht und die Anschlüsse für die entsprechenden Widerstände einen kontinuierlichen, aus einem gemeinsamen Material gebildeten Körper bilden, wobei der Abstand zwischen den Anschlüssen im wesentlichen gleich der Dicke der Einheitselemente gewählt ist, Jeder dieser Anschlüsse eine Schleife bildet und der Zusammenbau909841/0681
- 2 -2312011 3der Eisbeiteeleiiente und des Blatts innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, während das Blatt um die Einheitselemente herumgewickelt ist und die entsprechenden Schleifen zwischen die entsprechenden Einheitselemente eingeführt sind.S4
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