DE3046252C2 - Doppelschichtkondensator - Google Patents

Doppelschichtkondensator

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Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelschichtkondensator mit einem becherförmigen Gehäuse aus leitendem Material, einem becherförmigen Gehäuse aus isolierendem Material, dessen Boden eine Öffnung aufweist und das so in dem Gehäuse aus leitendem Material angeordnet ist, daß sein offenes Ende zum Boden des Gehäuses aus leitendem Material gerichtet ist, einem Stapel aus mehreren Elektrolytkondensator-Einzelzellen, die in dem becherförmigen Gehäuse aus isolierendem Material so angeordnet sind, daß eine Elektrode mit dem Boden des Gehäuses aus leitendem Material elektrisch kontaktiert ist, einer ersten Elektrodenplatte, die zwischen der anderen freien Elektrode des Kondensatorstapels und dem Boden des Gehäuses aus isolierendem Material angeordnet ist, die einen durch die Öffnung im Boden des Gehäuses aus isolierendem Material herausragenden Elektrodenanschluß enthält und die ebenfalls eine Öffnung aufweist, eine zweite Elektrodenplattc, die auf der Außenseite des Bodens des Gehäuses aus isolierendem Material aufliegt, die ferner eine Öffnung enthält, durch die der erste Elektrodenanschluß herausragt, und die einen zweiten Elektrodenanschluß aufweist, der parallel zum ersten Elektrodenanschluß angeordnet ist, und mit einem Abdichtungsbereich am offenen Ende des Gehäuses aus leitendem Material.
ίο Ein derartiger Elektrolytkondensator mit becherförmigem Gehäuse ist aus der DE-AS12 52 803 bekannt.
Ferner ist es aus der DE-OS 29 12 091 an sich bekannt, einen solchen Elektrolytkondensator aus Doppelschichtkondensator-Einzelzellen zusammenzusetzen and diesen Stapel aus Doppelschichtkondensator-Einzelzellen in einem Gehäuse durch Umbördeln des Randes des Gehäuses unter Druck zu setzen.
Eine solche bekannte Einzelzelle ist in F i g. 1 im Querschnitt dargestellt Dabei ist ein Elektrodenpaar 3 aus Kohlenpaste zwischen einer oberen Abdeckung 1 und einer Bodenplatte 2 angeordnet, die beide aus leitendem und elastischem Material bestehen, wie etwa leitendem Gummi. Die Elektroden 3 bestehen aus Aktivkohleteilchen und einer Elektrolytlösung, wie etwa einer wäßrigen Lösung der Schwefelsäure. Das Elektrodenpaar 3 wird getrennt durch einen porösen Separator 4, der ionendurchlässig und nichtleitend ist Zusätzlich dazu sind Seitenwände 5 aus elektrisch isolierendem und elastischem Material vorgesehen, wie etwa Gummi, um den Separator 4 dazwischen einzuklemmen. Bei einer KondensatorzeUe der obenerwähnten bekannten Konstruktion dienen die obere Abdeckung 1 und die Bodenplatte 2 als Elektroden in der Kondensatorzelle.
Bekanntlich wird die Durchbruchspannung einer Kondensatorzelle einer derartigen Struktur bestimmt durch die Lösungsspannung der Elektrolytlösung. Wenn es daher gewünscht wird, einen Kondensator mit hoher Durchbruchspannung zu erhalten, so ist es erforderlich, eine Zelle in Schichtstruktur zu bilden, bei der eine Vielzahl von Kondensatorzellen, wie sk- in F i g. 1 dargestellt ist, übereinander gestapelt und elektrisch in Reihe miteinander verbunden werden.
Ein Beispiel eines Doppelschichtkondensators in Schichtstruktur ist im Querschnitt in Fig.2 dargestellt, wobei η Kondensatorzellen nach Fig. 1 übereinander geschichtet sind. Die Zahl η der geschichteten Zellen wird so bestimmt, daß die gewünschte Durchbruchspannung erhalten wird.
Bei einer derartigen Schichtstruktur werden der Kontaktwiderstand zwischen benachbarten Zellen ebenso wie der Kontaktwiderstand zwischen den Aktivkohleteilchen in jeder Zelle groß und es wird daher auch insgesamt der Innenwiderstand des gesamten Kondensators groß. Um eine Erhöhung des Innenwiderstandes zu verhindern, ist es erforderlich, ein Gehäuse für den Schichtkondensator so zu schaffen, daß ein geeigneter Druck zwischen den beiden Endflächen des geschichteten Zellenkörpers angelegt und aufrechterhalten wird. Deshalb wird bei dem obenerwähnten bekannten Kondensator der Einzelzellenstapel durch Umbördeln des Gehäuserandes unter Druck gehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Doppelschichtkondensator dahingehend zu verbessern, daß die Positionierung der Elektrodcnan-Schlüsse z. B. mit Blick auf eine erleichterte Massenfertigung erleichtert wird und gleichzeitig die Einzel/.cllcn des Kondensator stapeis vorteilhaft aneinander gcpreül werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus isolierendem Material am Boden im Bereich der öffnung an der Innen- und der Außenseite Vorsprünge aufweist, daß die öffnung der ersten Eiektrodenplatte zwecks Positionierung den Vorsprung auf der Innenseite des Gehäuses aus isolierendem Material aufnimmt, daß die öffnung der zweiten Elektrodenplatte zwecks Positionierung den Vorsprung auf der Außenseite des Gehäuses aus isolierendem Materie! aufnimmt und daß in an sich bekannter Weise der Abdichtungsbereich am offenen Ende des Gehäuses aus leitendem Material durch Umbördeln des Sandes auf den Rand der zweiten Elektrodenplatte realisiert ist, wodurch die zweite Elektrodenplatte gegen den Boden des Gehäuses aus isolierendem Material gedrückt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
F i g. t eine Querschnittsansicht einer Einzelzelle eines bekannten Doppelschichtkondensators;
Fig.2 eine Querschnittsansicht eines geschichteten Kondensators der durch Stapeln von π Einhcitszcllen gebildet wird, die jeweils die in F i g. 1 darge:tellte Form aufweisen;
F i g. 3a eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer äußeren Elektrodenplatte des beanspruchten Doppelschichtkondensators;
F i g. 3b eine Querschnittsansicht entlang der Linie A bis A in F i g. 3a;
F i g. 4a eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Isolatorgehäuses des beanspruchten Doppelschichtkondensators;
F i g. 4b eine Querschnittsansicht entlang der Linie B bis Bin Fig.4a;
F i g. 5a eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer inneren Elektrodenplatte des beanspruchten Doppelschichtkondensators:
F i g. 5b eine Querschnittsansicht entlang der Linie C bis Cin F i g. 5a; und
F i g. 6 eine Längsquerschnittsansicht einer bevorzugten freitragenden Ausführungsform des beanspruchten Doppelschichtkondensators.
Wie aus den F i g. 3a und 3b sowie 5a und 5b ersichtlich ist, weisen Elektrodenplatten 11 und 31 einen ausgestanzten Bereich auf, der eine Lasche umgibt, die später dadurch zu einem Elektrodenanschluß ausgebildet wird, daß sie senkrecht zu den Elektrodenplatten aufgerichtet wird, so daß Elektrodenanschlüsse (12) und (32) gebildet werden. In der äußeren Elektrodenplatte (11) ist eine öffnung (13) in einer solchen Größe ausgebildet, daß der Anschluß (32) der iuneren Elektrode (31) durch die öffnung (13) hindurchtreten kann, ohne daß er die äußere Elektwdenplatte (11) berührt Das Material dieser Elektroden kann irgendein Metall mit guter Leitfähigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsfestigkeit sein, wie etwa vernickeltes Kupferblech.
Ein inneres Mantelgehäuse oder Isolatorgehäuse (25), wie es in den F i g. 4a und 4b dargestellt ist, dient zur elektrischen Isolation der äußeren Elektrodenplatte (11) von der inneren Elektrodenplatte (31) und auch dazu, um diese Platten relativ zueinander zu positionieren. Insbesondere ist auf der Oberfläche des Gehäuses (25) cin Vorsprung (21) zur Positionierung der äußeren Elekirodenplatte (11) und auf der Innenseite des Gehäuses (25), entgegengesetzt zum Vorsprung (21), ein Vorsprung (22) ausgebi'det, um die innere Elektrodenplatte (31) zu positionieren. Dadurch daß die Umrisse dieser Vorsprünge (21) bzw. (22) annähernd mit der Gestalt der Öffnungen (13) bzw. (33) in den Elektrodenplatten (11) bzw. (31) übereinstimmen, wie es in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, kann die relative Positionierung zwischen den Elektrodenplatten (11) und (31) eindeutig bestimmt werden. Eine Durchgangsöffnung (23), die gemeinsam durch die beiden Vorsprünge (21) und (22) hindurchdringt, ist zum Herausführen des inneren Elektrodenanschlusses (32) vorgesehen und weist einen Querschnitt auf, der analog zu dem des inneren Elektrodenanschlusses (32) ausgebildet ist Das Gehäuse (25) weist weiterhin einen zylindrischen Hohlraum (24) auf, der den Körper mit übereinandergeschichteten Zellen aufnehmen kann. Der Hohlraum (24) ist an seinem einen Ende so geöffnet, daß der Zellenschichtkörper leicht eingesetzt werden kann. Das Material des Gehäuses (25) ist vorzugsweise ein gieß- oder formbarer und kaum brüchiger Isolator, wie etwa Polyacetal.
Wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Seitenwand des inneren Mantelgehäuses (25) am offenen Ende dünner ausgebildet und der Innendurchr.-üser des Gehäuses (25) ist am offenen Ende größer als tier innendurchmesser an einem weiter innen liegenden Teil des Gehäuses (25). Dadurch wird das Einführen des Zellschichtkörpers in das Gehäuse (25) erleichtert Es ist hinzuzufügen, daß bei der Darstellung in F i g. 6 die Querschnittsdarstellung der inneren Struktur der entsprechenden Zellen (6) weggelassen wurde. Im folgenden wird erläutert, wie die dargestellte bevorzugte Ausführungsform nacheinander zusammengebaut wird. Zuerst wird die innere Elektrodenplatte (31) in das innere Mantelgehäuse (25) eingeführt wobei der Elektrodenanschluß (32) durch die Durchgangsöffnung (23) des inneren Mantelgehäuses (25) hindurchtritt und die Öffnung (33) der inneren Elektrodenplatte (31) um den Vorsprung (22) des inneren Mantelgehäuses (25) eingepaßt wird, wodurch die relative Positionierung erhalten wird. Dann wird, während die untere öffnung des inneren Mantelgehäuses (25) nach oben gerichtet ist, die gewünschte Anzahl -on Zellen (6) in das innere Mantelgehäuse (25) eingesetzt und das äußere Mantelgehäuse (41) wird um das innere Wintelgehäuse (25) gepaßt, wobei die Öffnung des äußeren Mantelgehäuses (41) so nach unten gerichtet ist, daß der Außenumfang des inneren Mantelgehäuses (25) vollständig von dem äußeren Mantelgehäuse (41) bedeckt wird.
Danach wird die äußere Elektrodenplatte (11) so in das äußere Mantelgehäuse (41) eingesetzt, daß die beiden relativ zueinander positioniert werden, wobei die öffnung (13) der äußeren Elektrodenplatte (11) um den Vorsprung (21) auf der Außenseite des inneren Mantelgehäuses (25) gepaßt wird. Danach wird der obere Endabschnitt des äußeren Mantelgehäuses (41) zum Abdichten, nach innen gebogen, wobei über die äußere Elektrodenplatte (11), das innere Mantelgehäuse (25) und die innere EleV.rodenpIatte (31) auf den Zellschichtkörper ein Druck ausgeübt wird, wie es aus F i g. 6 za ersehen ist Der Druck zum Abdichten wird so gewählt, daß auf den Zellschichtkörper ein Druck von etwr, 147 · 104 bis 196 · 104 Pa ausgeübt wird. Das äußere Mantelgehäuse (41) kann aus irgendeinem Blechmaterial beschaffen sein, das bei dem gewünschten Druck abgedichtet werden kann, wie etwa ein verzinktes Stahlblech von etwa 0,3 mm Dicke.
Bei der oben beschriebenen Struktur kann die Elektrode des am Boden angeordneten untersten Kondensators über das äußere Mantelgehäuse (41) elektrisch mit der äußeren Elektrodenplatte (11) verbunden werden.
Außerdem kann die Elektrode des an der Spitze angeordneten obersten Kondensators nach außen über die innere Elektrodenplatte (31) verbunden werden. Außerdem können mittels des inneren Mantelgehäuses (25) die äußere Elektrodenpiatte (II) und das äußere Mantelgehäuse (41) zuverlässig elektrisch von der inneren Elektrodenplatte (31) isoliert werden und der Außenumfang des Zellschichtkörpers kann zuverlässig elektrisch von dem äußeren Mantelgehäuse (41) isoliert werden.
Aufgrund der oben beschriebenen Struktur wird eine relative Positionierung der Elektrodenanschlüsse automatisch erreicht und der freitragende Doppelschichtkondensator gemäß der Erfindung weist für das automatische Zusammenbauen eine extrem günstige Struktur auf. Außerdem kann das Positionieren des Zellschichtkörpers ebenfalls dadurch automatisiert werden, daß die innere Umfangsfläche der Seitenwand des inneren Mantelgehäuses (25) abgeschrägt ist. Ein weiterer
W ... Ί Cn. J' &J L. »II _ * * A' ' A W*l
vui teil IUl uic iviassemici Stellung ist mi* 5*-i 1115t. *-iii£.uiii der Bauteile des erfindungsgemäßen freitragenden Gehäuses. Die kleine Anzahl von Bauteilen ist nicht nur an sich schon wirtschaftlich, sondern führt auch zu einem freitragenden Doppelschichtkondensator mit geringer Ausfallsrate. Da darüber hinaus durch eine Abdichtarbeit ein vorbestimmter Druck ausgeübt und beibehalten werden kann, ohne daß ein Schweißprozeß erforderlich wird, kann durch einen sehr einfachen Bearbeitungsvorgang eine hohe Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer hinweg erreicht werden. Wie bereits oben beschrieben wurde, kann der erfindungsgemäße freitragende Doppelschichtkondensator mit niedrigen Kosten hergestellt werden und ist daher für die Industrie besonders wertvoll. Es ist hier anzumerken, daß, obwohl die Höhe des Vorsprungs (22) auf der Innenseite des inneren Mantelgehäuses (25) und die Dicke der inneren Elektrode (11) in Fig.6 als gleich dargestellt sind, zur elektrischen Verbindung zwischen der inneren Elektrodenplatte (11) und der obersten Elektrode des Zellschichtkörpers (6) vorzugsweise die Dicke der inneren Elektrodenplatte (11) etwas kleiner gewählt wird als die Höhe des Vorsprungs (22) auf der Innenseite des inneren Manrelgehäuses (25). Bezüglich der Tiefe des inneren Mantelgehäuses (25) ist zu sagen, daß diese vorzugsweise kleiner ist als die Höhe des Zellschichtkörpers (6), wobei der zuverlässige elektrische Kontakt zwischen der untersten Elektrode des Zellschichtkörpers (6) und dem äußeren Mantelgehäuse (41) in Betracht gezogen wird.
Unter Berücksichtigung der obigen Beschreibung wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen freitragenden Doppelschichlkondensators in Verbindung mit in der Praxis verwendeten numerischen Daten beschrieben. In diesem Beispiel sollen acht Einheitszellen mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Höhe von 1,4 mm übereinander gestapelt sein und der so gebildete Zellschichtkörper mit nimm Höhe wird in einem Kondensatorelement angeordnet In diesem Fall werden bezüglich des inneren Mantclgehäuses (25) die Tiefe mit 10 mm, der Innendurchmesser am offenen Ende mit 133 mm, am Bodenende mit 13 mm, der Außendurchmesser mit 14,5 mm und die Höhe mit 12 mm gewählt Für die äußere Elektrodenplatte (11) und die innere Elektrodenpiatte (31) wird ein vernickeltes Kupferblech mit 0,6 mm Dicke verwendet das gestanzt und einem Biegevorgang ausgesetzt wird, so daß es die in den F i g. 3a und 3b bzw. 5a und 5b dargestellte Form annimmt Der Durchmesser der Innenelektrodenplatte (31) beträgt 123 mm und der Anschluß (32) ist 1,2 mm breit und 6 mm hoch. Andererseits beträgt der Durchmesser der äußeren Elektrodenpiatte (11) 15 mm und der Anschluß (12) ist 1,2 mm breit und 4,4 mm hoch, so daß die oberen Enden der entsprechenden Anschlüsse (12) und (22) nach dem Zusammenbau auf das gleiche Niveau kommen. Als Dicke der inneren Elektrodenpiatte (31) wurde 0,6 mm, für die Höhe des Vorsprungs (22) auf der Innenseite des inneren Mantelgehäuses (25) 0,4 mm gewählt. Obwohl die Höhe des Vorsprungs (2t) auf der Außenseite des inneren Mantelgehäuses (25) nicht genau bestimmt wird, wird sie im Hinblick auf ein gutes äußeres Erscheinungsbild mit etwa 0,6 mm gewählt. Der Querschnitt der Durchgangsöffnung (23) wird so bestimmt, daß er ein Rechteck von 1 mm · 2 mm bildet, um das Einsetzen des Elektrodenanschlusses (32) zu erleichtern.
Das äußere Mantelgehäuse (41) wird von einem verzinkten Stahlblech mit 0,3 mm Dicke gebildet und es ■ ··*»**>« < >,>■- A**nr\ Λ Minklu/trnann HiA Of>ctalt (>inpc Ro.
chers mit 15,5 mm Innendurchmesser und 15 mm Höhe auf. Das äuBere Mantelgehäuse (41) wird fest auf der Oberfläche der äußeren Elektrodenpiatte (11) mittels Abdichtmatrizen abgedichtet, so daß ein Druck von 15 bis 20 kg pro qcm auf den Zellschichtkörper (6) ausgeübt wird. Der Abdicht- bzw. Einstemmvorgang bringt das offene Ende des äußeren Mantelgehäuses (41) in engen kontakt mit dem gesamten äußeren Rand der äußeren Itektrodenplatte (11), um mit dieser einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Damit der Abdichtdruck über eine lange Zeitdauer hinweg stetig auf den Zellschichtkorper ausgeübt werden kann, sollte vorzugsweise die Sodenwand des inneren Mantelgehäuses (25) eine Elastizität aufweisen. Im Hinblick auf dieses Erfordernis sollte das Material des inneren Mantelgehäuses (25) ein Isolator sein, der leicht so bearbeitbar ist, daß die gewünschte Bodenkonfiguration leicht erhalten wird, und außerdem elastisch ist, wie etwa Polyacethal. Nach dem festen Abdichten kann eine abgeschlossene bzw. abgedichtete Struktur mit höherer Zuverlässigkeit dadurch erreicht werden, daß das Innere des äußeren Mantelgehäuses mit einem Doppelflüssigkeits-Epoxydgießharz ausgegossen wird, das sich bei Zimmertemperatur verfestigt. Der so erhaltene freitragende Doppelschichtkondensator weist eine hohe Durchbruchspannung von 5 V und eine große Kapazität von 0,05 F auf.
Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsform sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung. So
so wurde beispielsweise die einfachste Struktur insofern dargestellt, als die oberste und unterste Elektrode des Zellschichtkörpers in direkten Kontakt mit der inneren Elektrodenplatte bzw. dem äußeren .Mantelgehäuse gebracht wird. Es ist allerdings möglich, sie miteinander in indirekten statt in direkten Kontakt zu bringen, obwohl dadurch die Anzahl der Bauteile erhöht wird. Auch die Konstruktion der Elektrodenplatten ist nicht auf die beschriebenen Formen beschränkt So kann selbstverständlich die öffnung der äußeren Elektrodenplatten irgendeine Gestalt annehmen, vorausgesetzt, daß der Elektrodenanschluß der inneren Elektrodenpiatte hindurchtreten kann, ohne daß die äußere Elektrodenpiatte berührt wird. Außerdem ist es möglich, zu dem Zeitpunkt, an dem das innere Mantelgehäuse (25) geformt wird, die äußere Elektrodenpiatte (11) und/oder die innere Elektrodenpiatte (31) einstückig mit dem inneren Mantelgehäuse (25) auszubilden. Dadurch wird das Zusammenbauen noch leichter.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Doppelschichtkondensator mit einem becherförmigen Gehäuse aus leitendem Material,
    einem becherförmigen Gehäuse aus isolierendem Material, dessen Boden eine Öffnung aufweist und das so in dem Gehäuse aus leitendem Material angeordnet ist, daß sein offenes Ende zum Boden des Gehäuses aus leitendem Material gerichtet ist,
    einem Stapel aus mehreren Elektrolytkondensator-Einzelzellen, die in dem becherförmigen Gehäuse aus isolierendem Material so angeordnet sind, daß eine Elektrode mit dem Boden des Gehäuses aus leitendem Material elektrisch kontaktiert ist,
    einer ersten Elektrodenplatte, die zwischen der anderen freien Elektrode des Kondensatorstapels und dem Boden des Gehäuses aus isolierendem Material angeordnet ist die einen durch die Öffnung im Boden des Gehäuses aus isolierendem Material herausragenden EJektrodenanschluß enthält und die ebenfalls eine Öffnung aufweist,
    eine zweite Elektrodenplatte, die auf der Außenseite des Bodens des Gehäuses aus isolierendem Material aufliegt, die ferner eine Öffnung enthält, durch die der erste Elektrodenanschluß herausragt, und die einen zweiten Elektrodenanschlu3 aufweist, der parallel zum ersten Elektrodenanschluß angeordnet ist,
    und mit einem Abdichtungsbereich am offenen Ende des Gehäuses aus leitendem Material,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (25) aus isolierendem Material am Boden im Bereich der Öffnung an der Innen und der Außenseite Vorsprünge (21,22) aufweist,
    daß die Öffnung (33) der erste-, Elektrodenplatte (31) zwecks Positionierung den Vorsprung (22) auf der Innenseite des Gehäuses (23) aus isolierendem Material aufnimmt,
    daß die Öffnung (13) der zweiten Elektrodenplatte (11) zwecks Positionierung den Vorsprung (21) auf der Außenseite des Gehäuses (25) aus isolierendem Material aufnimmt, und
    daß in an sich bekannter Weise der Abdichtungsbereich am offenen Ende des Gehäuses (41) aus leitendem Material durch Umbördeln des Randes auf den Rand der zweiten Elektrodenplatte (11) realisiert ist, wodurch die zweite Elektrodenplatte (11) gegen den Boden des Gehäuses (25) aus isolierendem Material gedrückt wird.
DE3046252A 1979-12-27 1980-12-08 Doppelschichtkondensator Expired DE3046252C2 (de)

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