DE60123050T2

DE60123050T2 - Implantierbare medizinische vorrichtung mit einem flachen elektrolytkondensator mit unterschiedlichen grössen der anodischen und kathodischen schichten

Info

Publication number: DE60123050T2
Application number: DE60123050T
Authority: DE
Inventors: D. Mark Plymouth BREYEN; M. Andrew Fort Wayne JACOBS; W. Anthony Champlin RORVICK; A. Paul Stacy PIGNATO
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: DE60123050D1; CA2412860A1; EP1294442B1; EP1294442A2; JP2004501729A; WO2002002186A3; WO2002002186A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf implantierbare medizinische Vorrichtungen (IMDs), insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine IMD mit einer Elektrodenstapelanordnung, umfassend eine Vielzahl von aufgestapelten Kondensatorschichten, wobei jede eine Anodenunterbaugruppe von zumindest einer Anodenschicht, einer Kathodenschicht und Separatorschichten umfasst, wobei die Anoden- und Kathodenschichten verschiedene Dimensionen aufweisen, die elektrische Kurzschlüsse zwischen-peripheren Kanten der angrenzenden Anoden- und Kathodenschichten verhindern.
Eine breite Vielfalt von IMDs ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 6,006,133. Von besonderem Interesse sind implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren (ICDs), die relativ hohe Energie-Kardioversions- und/oder Energie-Defibrillationsschocks an das Herz des Patienten abgeben, wenn eine maligne Tachyarrhythmie, zum Beispiel atriales oder ventrikuläres Fibrillieren, detektiert wird. Derzeitige ICDs weisen typischerweise Single- oder Dual-Kammer-Stimulierungsvermögen bzw.- fähigkeiten zur Behandlung bestimmter chronischer oder episodischer atrialer und/oder ventrikulärer Bradykardie und Tachykardie auf, und wurden bisher als Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillatoren (PCDs) bezeichnet. Früher entwickelte automatische implantierbare Defibrillatoren (AIDs) wiesen keine Kardioversions- oder Schrittmacherfähigkeiten auf. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die ICDs so verstanden, dass sie alle solchen IMDs umfassen, die zumindest Hochspannungs-Kardioversions- und/oder Hochspannungs-Defibrillationsfähigkeiten aufweisen.
Im Allgemeinen ist es notwendig, einen Gleichstrom-Gleichstromwandler innerhalb eines implantierbaren Pulsgenerators (IPG) eines ICDs zu verwenden, um elektrische Energie von einer Niedrigspannung, einem Niedrigstrom, einer elektrochemischen Zelle oder Batterie, die innerhalb des IPG-Gehäuses enthalten ist, zu einem Hochspannungsenergiepegel, gespeichert in einem oder mehreren Hochenergiespeicherkondensatoren, wie zum Beispiel in U.S. Patent Nr. 4,548,209 dargestellt, zu konvertieren. Die Konversion wird auf Bestätigung einer Tachyarrhythmie mittels eines Gleichstrom-Gleichstromrücklaufwandlers (flyback) bewirkt, der einen Transformator umfasst, der eine Primärwicklung in Reihe mit der Batterie und eine Sekundärwicklung in Reihe mit dem Hochenergiekondensator(en) und einen Unterbrechungsschaltkreis oder -schalter in Reihe mit der Primärspule und der Batterie aufweist, der periodisch während eines Ladezyklus geöffnet und geschlossen wird. Das Laden des Hochenergiekondensators wird durch Induzierung einer Spannung in der Primärwicklung des Transformators ausgeführt, der ein Magnetfeld in der Sekundärwicklung erzeugt, wenn der Schalter geschlossen wird. Das Feld bricht zusammen, wenn der Strom in der Primärwicklung durch Öffnen des Schalters unterbrochen wird, und das zusammenbrechende Feld entwickelt einen Strom in der Sekundärwicklung, der an den Hochenergiekondensator angelegt wird, um ihn zu laden. Die wiederholte Unterbrechung der Stromversorgung lädt den Hochenergiekondensator auf einen gewünschten Pegel von mehreren hundert Volt während einer Ladedauer des Ladezyklus auf. Dann wird die Energie schnell aus dem Hochspannungskondensator(en) durch Kardioversion-/Defibrillationselektroden entladen, die mit dem IPG durch ICD-Leitungen gekoppelt und an oder in einer Herzkammer oder -gefäß angeordnet sind, wenn die Tachyarrhythmie als Fortsetzung am Ende der Ladedauer bestätigt wird. Die Kardioversions-/Defibrillationsschocks, bewirkt durch Entladung von solchen Kondensatoren, liegen typischerweise in einem Bereich von ungefähr 25 bis 40 Joules. Das Verfahren der Abgabe von Kardioversions-/Defibrillationsschocks auf diese Art und Weise kann wiederholt werden, wenn ein früherer abgegebener Kardioversions-/Defibrillationsschock die Tachyarrhythmie nicht in einen normalen Herzrhythmus umwandelt.
Energie, Volumen, Dicke und Masse sind kritische Eigenschaften in der Gestaltung bzw. Konstruktion von ICD-Pulsgeneratoren, die mit den ICD-Leitungen gekoppelt sind. Die Batterie(n) und der Hochspannungskondensator(en), die verwendet werden, um die Energie, die für die Kardioversions-/Defibrillationsschocks erforderlich ist, bereitzustellen und zu akkumulieren, sind historisch relativ volominös und teuer gewesen. Gegenwärtig weisen ICD-IPGs typischerweise ein Volumen von ungefähr 40 bis ungefähr 60 cm³, eine Dicke von ungefähr 13 mm bis ungefähr 16 mm und eine Masse von ungefähr 100 Gramm auf.
Es ist wünschenswert, das Volumen, die Dicke und Masse von solchen Kondensatoren und ICD-IPGs zu reduzieren, ohne Reduzierung der lieferbaren bzw. abgebbaren Energie. So vorzugehen ist für den Komfort des Patienten vorteilhaft und minimiert Komplikationen auf Grund von Gewebe-Erosion um den IDC-IPG. Verkleinerungen der Größe des Kondensators können auch die entsprechende Zufügung bzw. Zugabe von Volumen an die Batterie, dadurch die Langlebigkeit des ICD-IPGs steigernd, oder entsprechende Zufügung einer neuen Komponente, dadurch Funktionalität des ICD-IPGs zufügend, ermöglichen. Es ist auch wünschenswert, solche ICD-IPGs zu niedrigen Kosten bereitzustellen, während das höchste Leistungsniveau beibehalten wird. Gleichzeitig darf die Funktions- bzw. Ausfallsicherheit nicht beeinträchtigt werden.
Verschiedenartige Typen von Platten- und spiralgewickelten Kondensatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei einige Beispiele davon wie folgt beschrieben werden.
Elektrolytische Hochspannungskondensatoren des Standes der Technik, die in ICDs verwendet werden, weisen zwei oder mehr Anoden- und Kathodenschichten (oder „Elektroden") auf und funktionieren bzw. arbeiten bei Raum- oder Körpertemperatur. Typischerweise ist der Kondensator mit einem Kondensatorbehälter ausgebildet, der eine geätzte Aluminiumanodenfolie, eine Aluminiumkathodenfolie oder – film und ein Kraft-Papier- oder Gewebefaserabstandsstück oder -separator umfasst, imprägniert mit einer lösungsmittelbasierenden, elektrolytischen Flüssigkeit, die dazwischen eingefügt ist. Eine Schicht aus Aluminiumoxid, die wie eine dielektrische Schicht funktioniert, ist an der geätzten Aluminiumanode ausgebildet, bevorzugter Weise während des Durchflusses des elektrischen Stromes durch die Anode. Der Elektrolyt umfasst ein ionenproduzierendes Salz, das in einem Lösungsmittel gelöst wird und elektrische Ionenleitfähigkeit zwischen der Kathode und dem dielektrischen Aluminiumoxid bereitstellt. Die Energie des Kondensators wird in dem elektrostatischen Feld gespeichert, erzeugt durch entgegen gesetzte elektrische Ladungen, getrennt durch die Aluminiumoxidschicht, die an der Fläche der Anode angeordnet ist und zum Flächenbereich der Aluminiumanode proportional ist. Deshalb muss man den Anodenflächenbereich pro Volumeneinheit maximieren ohne die gesamten (das heißt äußeren) Dimensionen bzw. Maße des Kondensators zu vergrößern, um das gesamte Volumen des Kondensators zu minimieren. Das Seperatormaterial, die Anoden- und Kathodenschichtanschlussklemmen, die Innenverpackung, die elektrischen Verbindungen und Ausrichtungs- bzw. Anordnungsmerkmale und das Kathodenmaterial vergrößern ferner die Dicke und das Volumen eines Kondensators. Folglich begrenzen diese und andere Komponenten in einem Kondensator und die gewünschte Kapazität das Ausmaß, bis auf welches seine Abmessungen reduziert werden können.
Einige ICD-IPGs verwenden kommerzielle Blitzlichtkondensatoren, ähnlich denen, beschrieben von Troup in („Implantierbare Kardioverter und Defibrillatoren"), „Implantable Cardioverters and Defibrillators", Current Problems in Cardiology, Volume XIV, Number 12, Dec. 1989, Year Book Medical Publishers, Chicago und wie beschrieben in der U.S. Patent Nr. 4,254,775. Die Elektroden oder Anoden und Kathoden werden in Anoden- und Kathodenschichten, die durch Separatorschichten von der Spirale getrennt sind, gewickelt. Die Anodenschichten, die in solchen Blitzlichtkondensatoren verwendet werden, umfassen typischerweise eine oder zwei Lagen einer hochreinen (99,99%), porösen, hochgeätzten, eloxierten Aluminiumfolie. Die Kathodenschichten sind in. solchen Kondensatoren aus einer nicht porösen, hochgeätzten Aluminiumfolienlage gebildet, die in Bezug auf den Aluminiumgehalt etwas weniger rein (99,7%) als die Anodenschicht sein kann. Der Separator, der aus einer oder mehreren Lagen oder Schichten von Kraft-Papier, gesättigt oder imprägniert mit einer lösungsmittelbasierenden elektrolytischen Flüssigkeit gebildet ist, befindet sich zwischen angrenzenden Anoden- und Kathodenschichten. Die Anodenfoliendicke und Kathodenfoliendicke sind jeweils in der Größenordnung von 100 Mikrometer und 20 Mikrometer. Die handelsüblichsten Blitzlichtkondensatoren enthalten einen Kern aus Seperatorpapier, das vorgesehen ist, um das Zerbrechen spröder, hochgeätzter Aluminiumanodenfolien während des Wickelns der Anoden-, Kathoden- und Separatorschichten in einer gewickelten Konfiguration zu verhindern. Die zylindrische Form und der Papierkern der kommerziellen Blitzlichtkondensatoren begrenzen die volumetrische Verpackungseffizienz und -dicke eines unter Verwendung desselben hergestellten ICD-IPG Gehäuses.
Die Aluminiumanoden und -kathoden der Aluminium-Elektrolytkondensatoren weisen jede im Allgemeinen zumindest einen Ansatz bzw. eine Fahne auf, der bzw. die sich außerhalb ihrer Umfänge erstreckt, um eine elektrische Verbindung von allen (oder Sätzen) der Anoden- und Kathodenschichten elektrisch parallel zu vereinfachen, um einen oder mehr Kondensatoren zu bilden und um elektrische Verbindungen an das Äußere des Kondensatorbehälters zu bilden. In der U.S. Patent Nr. 4,663,824 werden die Kontaktfahnenverbindungen für einen gewickelten Elektrolytkondensator beschrieben, die an Durchführungsanschlussstifte von Durchführungen, die sich durch den Behälter erstrecken, lasergeschweißt sind. Gewickelte Kondensatoren enthalten gewöhnlich zwei oder mehr Fahnen, die durch Bördeln oder Nieten zusammengefügt werden.
Platten-Elektrolytkondensatoren sind auch im Stand der Technik für allgemeine Anwendungen sowie für die Verwendung in ICDs offenbart worden. In jüngster Zeit entwickelte ICD-IPGs verwenden einen oder mehrere Platten-Hochspannungskondensatoren, um einige der Verpackungs- und Volumennachteile, die mit zylindrischen Blitzlichtkondensatoren verbunden sind, zu überwinden. Zum Beispiel offenbart die U.S. Patent Nr. 5,131,388 einen Platten-Kondensator, der eine Vielzahl von aufgestapelten Kondensatorschichten aufweist, wobei jede eine „Elektrodenstapelunterbaugruppe" umfasst. Jede Kondensatorschicht enthält eine oder mehrere Anodenlagen, die eine Anodenschicht ausbildet, aufweisend einen Anodenansatz bzw. eine -fahne, eine Kathodenlage oder -schicht, die einen Kathodenansatz bzw. eine- fahne und einen Separator zum Trennen der Anodenschicht von der Kathodenschicht aufweist. In dem '388 Patent ist der Kondensatorstapel der aufgestapelten Kondensatorschichten in einer nicht leitenden Polymerumhüllung eingeschlossen, die an ihren Nähten abgedichtet und in eine Kammer aus leitendem Metall, einen Kondensatorbehälter oder in ein Fach des ICD-IPG Gehäuses eingebaut wird, und elektrische Verbindungen sind mit der Kondensatoranode(n) und -kathode(n) mittels Durchführungen, die sich durch die Behälter- oder Fachwand erstrecken, hergestellt. Die Fahnen der Anodenschichten und der Kathodenschichten von all den Kondensatorschichten des Stapels sind elektrisch parallel verbunden, um einen Einzel-Kondensator zu bilden, oder gruppiert, um eine Vielzahl von Kondensatoren zu bilden. Die Aluminiumanodenschichtfahnen werden zusammengeführt und mit einem Durchführungsstift einer Anodendurchführung, die sich durch die Behälter- oder Fachwand erstreckt, elektrisch verbunden. Die Aluminiumkathodenschichtfahnen werden zusammengeführt und mit einem Durchführungsstift einer Kathodendurchführung, die sich durch die Behälter- oder Fachwand erstreckt, elektrisch verbunden oder mit der elektrisch leitenden Kondensatorbehälterwand verbunden.
Viele Verbesserungen in der Gestaltung bzw. Konstruktion von Platten-Aluminium-Elektrolytkondensatoren zur Verwendung in ICD-IPGs sind offenbart worden, zum Beispiel jene Verbesserungen, beschrieben in („Kondensatoren mit hoher Energiedichte für implan tierbare Defibrillatoren") „High Engergy Density Capacitors for Implantable Defibrillators", eingereicht durch P. Lunsmann und D. MacFarlane bei CARTS 96: 16th Capacitor and Resistor Technology Symposium, 11–15 March 1996, und bei CARTS-EUROPE 96: 10th European Passive Components Symposium., 7–11 October 1996, pp. 35–39. Weitere Eigenschaften von Platten-Elektrolytkondensatoren zur Verwendung in ICD-IPGs werden beschrieben in den U.S. Patent Nrn. 4,942,501; 5,086,374; 5,146,391; 5,153,820; 5,562,801; 5,584,890; 5,628,801 und 5,748,439, alle von MacFarlane et al..
Eine Anzahl von neuen Patenten, einschließlich der U.S. Patent Nr. 5,660,737 und U.S. Patent Nrn. 5,522,851; 5,801,917; 5,808,857; 5,814,082; 5,908,151; 5,922,215; 5,926,357; 5,930,109; 5,968,210 und 5,983,472, alle übertragen an denselben Inhaber, beschreiben ähnliche Platten-Elektrolytkondensatorkonstruktionen zur Verwendung in ICDs. In mehreren von diesen Patenten werden interne Ausrichtungs- bzw. Anordnungselemente als ein Mittel zum Steuern des relativen Kantenzwischenraums von den Anoden- und Kathodenschichten aus dem leitenden Kondensatorbehälter verwendet. In diesen Patenten wird jede Anoden- und Kathodenschicht mit einer sich auswärts erstreckenden Fahne bereitgestellt, und die Anoden- und Kathodenfahnen sind jeweils gemeinsam mit einem Durchführungsstift und einer Stufeneinrichtung des leitenden Kondensatorbehälters elektrisch verbunden. Die Kathodenfahnen werden an der Stufeneinrichtung zusammengeführt und werden zusammen und mit der Stufeneinrichtung ultraschallgeschweißt. In dem '357 Patent werden die Anodenfahnen zu einem Ende eines Aluminiumbandes lasergeschweißt, welches an seinem anderen Ende zu einer Aluminiumschicht ultraschallgeschweißt ist, welche an den Anschlussstift ultraschallgeschweißt ist. Der Durchführungsanschlussstift ist elektrisch isoliert von dem Behälter und erstreckt sich nach außen und weg von dem Behälter zum Bereitstellen eines Anodenverbindungsstifts. Ein Kathodenverbindungsstift ist an dem Behälter befestigt und erstreckt sich auswärts davon. Die Anoden- und Kathodenverbindungsstifte werden elektrisch in der Gleichstrom-Gleichstromwandlerschaltkreisanordnung verbunden, aber der Befestigungsmechanismus wird nicht in jedem Detail beschrieben.
Deshalb sind die Anodenschichten und die Kathodenschichten von jeder Kondensatorschicht in dem Stapel elektrisch miteinander verbunden, um eine oder mehrere Kondensatorkathoden oder -anoden zu bilden. In der Montage eines Kondensators von diesen Typen ist es notwendig, dass die Anode und die Kathoden von einander durch die Separatoren elektrisch getrennt bleiben, die zwischen angrenzenden Kathoden- und Anodenschichten platziert sind, um Kurzschließen zu verhindern. Es ist außerdem wichtig, dass eine minimale Entfernung bzw. Trennung zwischen den Anoden- und Kathodenschichten aufrechterhalten wird, um Lichtbogenbildung bzw. Elektrodenüberschlag dazwischen oder zwischen einer Anodenschicht der Anode und des Behälters zu verhindern, wenn der Behälter leitend und an die Kathode gekoppelt ist. In zylindrischen Kondensatoren wird eine solche Entfernung typischerweise bei den Elektrodenkanten oder -peripherien aufrechterhalten durch Bereitstellen einer Separatorauskragung am Anfang oder Ende der Anoden- und Kathodenwicklung. In kommerziellen zylindrischen Kondensatoren liegt der Betrag der Separatorauskragung typischerweise in der Größenordnung von 0,050 bis 0,100 Zoll (0,127 bis 0,254 mm). Zusätzlich werden die Anode und Kathode präzise ausgerichtet und fest gewickelt, um Bewegung von Anode, Kathode und Separator während Weiterverarbeitung und -verwendung zu verhindern.
In Platten-Elektrolytkondensatoren wird die Anoden- zu Kathodenanordnung typischerweise durch das Verwenden von einem mit Kleber versehenen bzw. klebenden Elektrolyt aufrechterhalten, wie in den aufgeführten MacFarlane Patenten beschrieben. Das oben aufgeführte '851 Patent beschreibt einen Platten-Aluminium-Elektrolytkondensator, wobei das Gehäuse des Kondensators zumindest zwei interne Ausrichtungs- bzw. Anordnungsbauteile aufweist. Jene Ausrichtungsbauteile fügen notwendigerweise Volumen zum Kondensator hinzu, während der Gesamtbetrag von verfügbarem, „aktivem" Elektrodenmaterial verringert wird, dadurch die Energiedichte des Kondensators verringernd. Darüber hinaus beschreibt das oben zitierte '082 Patent das Verwenden von einwärts gerichteten Ausrichtungs- bzw. Positionierungskerben in der Kondensatorelektrodenstapelperipherie, die während der Ausrichtung bzw. Positionierung der Stapel innerhalb der inneren Behälterkammer, die die Kapazität verringern, verwendet werden. Das '082 Patent sieht auch Kathodenschichtperipheriekanten vor, die sich außerhalb der Anodenschichtperipheriekanten durch einen Hauptabschnitt der Elektrodenstapelperipherie, die den Behälter elektrisch berühren kann, auswärts erstrecken. Diese Vorgehensweise verschwendet den Platz, der von Anodenschichten verwendet werden könnte, um Kapazität zu vergrößern.
Demzufolge ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf das Bereitstellen von effizienter Verwendung des Platzes bzw. Raums innerhalb der inneren Behälterkammer eines Elektrolytkondensators, insbesondere geeignet für die Verwendung in IMDs. Die Erfindung stellt eine im plantierbare medizinische Vorrichtung zur Verfügung, die ein Gehäuse aufweist; ein elektronisches Modul, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; eine Energiequelle, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Elektronikmodul elektrisch gekoppelt ist; und einen Elektrolytkondensator, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und mit dem Elektronikmodul elektrisch gekoppelt ist, wobei der Kondensator einen Behälter mit einer Basis/Grundplatte und Abdeckung, welche dicht gegen die Grundplatte ist, umfasst, um eine Behälterseitenwand zu definieren, sowie eine Elektrodenstapelanordnung, welche sich innerhalb des Inneren eines Behälters befindet und eine Vielzahl an Kondensatorschichten beinhaltet, welche zueinander ausgerichtet lagegenau und zwischen der Behältergrundplatte und der Abdeckung aufgestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
jede Kondensatorschicht eine Anoden-/Kathodenunterbaugruppe umfasst, welche zumindest eine Anodenschicht beinhaltet, welche eine periphere Anodenkante beinhaltet, die in einem ersten Abstand von der Behälterseitenwand angeordnet ist, und eine Kathodenschicht, welche eine periphere Kathodenkante beinhaltet, die in einem zweiten Abstand von der Behälterwand angeordnet ist, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand, wodurch sich die Anodenschichten der Anodenunterbaugruppen der aufgestapelten Kondensatorschichten näher zur Behälterseitenwand erstrecken als die Kathodenschichten der Kondensatorschichten, derartig, dass jede Anodenschichtkante, welche sich in der Stapelhöhenrichtung zu einer anliegenden bzw. angrenzenden Kathodenschicht erstreckt, bewirkt, dass die Anodenschichtkante eine anliegende bzw. angrenzende Anodenschicht berührt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Elektrolytkondensator von einem Kondensatorbehälter gebildet, der eine innere Behälterkammer und Behälterkammerperipherie, eine Elektrodenstapelanordnung von einer Vielzahl von aufgestapelten Kondensatorschichten, die Anoden- und Kathodenfahnen bzw. -ansätze aufweisen, die in der inneren Behälterkammer angeordnet sind, eine elektrische Verbindungsanordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung bzw. Kontakt mit den Anoden- und Kathodenfahnen durch den Behälter, eine Abdeckung und einen Elektrolyt, der den restlichen Raum innerhalb der inneren Behälterkammer füllt, definiert.
Die Vielzahl von Kondensatorschichten und weiteren Separatorschichten wird in der Elektrodenstapelanordnung aufgestapelt und innerhalb der inneren Behälterkammer derart angeordnet, dass die angrenzenden Anoden- und Kathodenschichten von einander elektrisch isoliert sind. Die peripheren Anodenschichtkanten der Anodenunterbaugruppen der gestapelten Kondensatorschichten erstrecken sich näher zur Behälterseitenwand als die peripheren Kathodenkanten der Kathodenschichten von dem Stapel von Kondensatorschichten über einen Hauptabschnitt der Behälterkammerperipherie. Die peripheren Separatorschichtkanten erstrecken sich zur Behälterperipherie und beabstanden die peripheren Anodenschichtkanten davon. Irgendwelche Grate, Trümmer bzw. Ablagerungen oder Verformungen oder Deformationen oder andere Kantendefekte entlang irgendeiner der peripheren Anodenschichtkanten, die bewirken, dass die Anodenschichtkanten sich effektiv in der Elektrodenstapelhöhenrichtung erstrecken, bewirken, dass die peripheren Anodenschichtkanten, die solche Tendenzen aufweisen, eine angrenzende Anodenschicht berühren. Auf diese Art und Weise wird der Anodenschichtflächenbereich maximiert und Kurzschluss der Anodenschichten mit den Kathodenschichten wird vermieden.
Eine Behälterzwischenlage kann auch um die periphere Elektrodenstapelanordnung herum angeordnet werden.
Fachleute werden sofort, bezugnehmend auf die Zeichnungen, die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die Ansprüche hiervon, verstehen, dass viele Aufgaben, Merkmale und Vorteile von den Kondensatoren und Verfahren der vorliegenden Erfindung auf anderen Gebieten als dem. Gebiet von IMDs Anwendung finden werden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden besser unter Bezugnahme auf die folgende, detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet, in welchen gleich nummerierte Bezugszeichen gleiche Teile in allen Figuren bezeichnen, und wobei:
1 die physikalischen Komponenten einer exemplarischen Ausführungsform von einem ICD-IPG und einem Leitungssystem illustriert, in welches die vorliegende Erfindung vorteilhaft inkorporiert werden kann;
2 ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm zeigt, das die Schaltverbindung der Schaltkreisanordnung zur Spannungsumwandlung mit den Hochspannungskondensatoren der vorliegenden Erfindung mit den primären Funktionskomponenten von einem Typ von einem ICD-IPG illustriert;
3(a)–3(g) perspektivische Explosionsansichten von der Art und Weise zeigen, in welchen die verschiedenen Komponenten der exemplarischen ICD-IPG von den 1 und 2, welche die Elektrolytkondensatoren der vorliegenden Erfindung umfassen, innerhalb des Gehäuses des ICD-IPGs angeordnet sind;
4 eine Explosionsansicht einer Ausführungsform von einer einzelnen Anoden/Kathodenschicht oder Elektrodenstapelunterbaugruppe von einem Elektrolytkondensator zeigt, die vorliegende Erfindung inkorporierend;
5(a) eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform von einer Kaltschweißapparatur zeigt, in welcher Anodenschichten von der Elektrodenstapelunterbaugruppe von 4 kaltgeschweißt werden;
5(b) eine Nicht-Explosionsansicht von der Kaltschweißapparatur von 5(a) zeigt;
5(c) eine Querschnittsansicht von der Kaltschweißapparatur der 5(a) und 5(b) zeigt, in welcher Anodenschichten von der Elektrodenstapelunterbaugruppe von 4 kaltgeschweißt werden;
6(a) eine perspektivische Explosionsdraufsicht einer Ausführungsform von einer Vielzahl von Kondensatorschichten von einer Elektrodenstapelanordnung eines Elektrolytkondensators zeigt, die vorliegende Erfindung inkorporierend;
6(b) eine Querschnittsansicht von einem Abschnitt einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung zeigt, die in dem Elektrolytkondensator verwendet wird;
6(c) eine Querschnittsansicht eines anderen Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung zeigt, die in dem Elektrolytkondensator verwendet wird;
7 eine perspektivische Draufsicht einer Ausführungsform einer Elektrodenstapelanordnung von einem Elektrolytkondensator zeigt, die vorliegende Erfindung inkorporierend;
8 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Elektrodenstapelanordnung zeigt, dargestellt in 7;
9 eine perspektivische Explosionsdraufsicht einer Ausführungsform eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt, der die Elektrodenstapelanordnung der 6, 7 und 8 verwendet;
10 eine perspektivische Explosionsdraufsicht von dem teilweise montierten Kondensator von 9 zeigt;
11 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines teilweise montierten Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt, der noch keine darauf angeordnete Abdeckung aufweist;
12 eine perspektivische Draufsicht des Kondensators von 11 zeigt, der eine darauf angeordnete Abdeckung aufweist;
13(a) eine Teilquerschnittsansicht von der Behälterperipherie und Elektrodenstapelperipherie zeigt, entlang der Linien 13-13 von 11, welche die peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe, Kathodenschichten und Separatorschichten eines Abschnitts der Stapelhöhe der Elektrodenstapelanordnung darstellt;
13(b) eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linien 13-13 von 11 von der Behälterperipherie und Elektrodenstapelperipherie zusammen mit einer Behälterzwischenlage von der Art zeigt, die in den 14 und 15 dargestellt ist, welche die peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe, Kathodenschichten und Separatorschichten von einem Abschnitt der Stapelhöhe der Elektrodenstapelanordnung darstellen;
14 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines komplett montierten Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt, der eine Behälterzwischenlage und keine darauf angeordnete Abdeckung aufweist; und
15 eine perspektivische Ansicht einer Behälterzwischenlage von 14 zeigt, die um die Peripherie der Elektrodenstapelanordnung herum platziert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 illustriert eine Ausführungsform von einem ICD-IPG 10, in welchem der Kondensator der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise inkorporiert ist, die zugehörigen elektrischen ICD-Leitungen 14, 16 und 18 und ihre Beziehung zu einem menschlichen Herzen 12. Die Leitungen werden an den ICD-IPG 10 mittels einer Mehrfach-Klemmenleiste 20 gekoppelt, die getrennte Anschlussports für jede von den drei illustrierten Leitungen enthält. Die Leitung 14 ist an eine subkutane Elektrode 30 gekoppelt, die vorgesehen ist, um subkutan in dem Bereich des linken Brustkorbs befestigt zu werden. Die Leitung 16 ist eine Koronarsinus-Leitung, die eine verlängerte Spulenelektrode verwendet, die sich in dem Koronarsinus- und großen Venenbereich des Herzens befindet. Die Position bzw. Stelle der Elektrode ist in gestrichelter Linienausführung bei 32 dargestellt und erstreckt sich um das Herz herum von einem Punkt innerhalb der Öffnung des Koronarsinus zu einem Punkt in der Umgebung des linken Herzappendix.
Die Leitung 18 ist vorgesehen mit einer verlängerten Elektrodenwicklung bzw. -spule 28, die sich im rechten Ventrikel des Herzens befindet. Die Leitung 18 umfasst auch eine Stimulationselektrode 34, welche die Form einer schrauben- bzw. spiralförmigen Wicklung einnimmt, die in das Herzmuskelgewebe des rechten Ventrikels geschraubt wird. Die Leitung 18 kann auch eine oder mehrere zusätzliche Elektroden für Nah- und Fernfeld-Elektrogrammabtastung umfassen.
In dem illustrierten System werden Herzstimulierungspulse zwischen der spiralförmigen Elektrode 34 und der verlängerten Elektrode 28 abgegeben. Die Elektroden 28 und 34 werden auch verwendet, um elektrische Signale, die indikativ für ventrikuläre Kontraktionen sind, abzutasten. Wie illustriert wird erwartet, dass die rechte ventrikuläre Elektrode 28 als gewöhnliche Elektrode während sequentiellen und simultanen Mehrfachelektroden-Defibrillationspulsregimes dienen wird. Zum Beispiel würden während eines simultanen Defibrillationspulsregimes Pulse simultan zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 30 und zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 32 abgegeben werden. Während eines sequentiellen Defibrillationspulses ist es vorgesehen, dass Pulse sequentiell zwischen der subkutanen Elektrode 30 und der Elektrode 28 und zwischen der Koronarsinuselektrode 32 und der rechten ventrikulären Elektrode 28 abgegeben werden würden. Einzelpuls-, Zwei-Elektroden-Defibrillationsschockregimes können auch bereitgestellt werden, typischerweise zwischen der Elektrode 28 und der Koronarsinuselektrode 32. Alternativ können Einzelpulse zwischen den Elektroden 28 und 30 abgegeben werden. Die besondere Schaltverbindung der Elektroden mit einem ICD wird etwas davon abhängig sein, von welchem spezifische Einzel-Elektrodenpaar-Defibrillationsschockregime eher geglaubt wird, dass es verwendet wird.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das die Schaltverbindung von einer Hochspannungsausgangs-Schaltkreisanordnung 40, einer Hochspannungsaufladungs-Schaltkreisanordnung 64 und Kondensatoren 265 gemäß einem Beispiel des mikrocomputer-basierten Bedienungs- bzw. Betriebssystems des ICD-IPGs von 1 illustriert. Wie illustriert, werden die ICD-Bedienungen mittels eines gespeicherten Programms im Mikroprozessor 42 gesteuert, der alle erforderlichen Berechnungsfunktionen innerhalb des ICDs durchführt. Der Mikroprozessor 42 ist mit der Steuerschaltkreisanordnung 44 mittels bidirektionalem Daten-/Steuerbus 46 verknüpft und steuert dadurch die Bedienung der Ausgangsschaltkreisanordnung 40 und der Hochspannungsaufladungs-Schaltkreisanordnung 64. Eine Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 weckt den Mikroprozessor 42 auf, um beliebige erforderliche mathematische Berechnungen durchzuführen, um Tachykardie- und Fibrillationserfassungsverfahren durchzuführen und um die Zeitintervalle zu aktualisieren, gesteuert durch die Taktgeber in der Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 bei Neuprogrammierung der ICD-Bedienungsmodi oder -Parameterwerte oder bei Auftreten von Signalen, die indikativ für die Abgabe von Herzstimulationspulsen sind, oder bei Auftreten von Herzkontraktionen.
Die Grundbedienung bzw. -funktion und besondere Struktur oder Komponenten der exemplarischen ICD von den 1 und 2 können jeglichen Systemen des Standes der Technik entsprechen, und die vorliegende Erfindung ist nicht abhängig von irgendwelchen besonderen Konfigurationen davon. Der Platten-Aluminium-Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung kann generell in Verbindung mit den verschiedenen Systemen, die in dem zuvor ge nannten '209 Patent illustriert sind, oder in Verbindung mit den verschiedenen Systemen oder Komponenten, die in verschiedenen U.S. Patenten offenbart sind, verwendet werden.
Die Steuerschaltkreisanordnung 44 stellt drei Signale von höchster Bedeutung an die Ausgangsschaltkreisanordnung 40 bereit. Jene Signale umfassen die oben diskutierten ersten und zweiten Steuersignale, die hier als ENAB, Linie 48, und ENBA, Linie 50, bezeichnet sind. Auch von Bedeutung ist die DUMP Linie 52, die Entladung von den Ausgangskondensatoren initiiert, und die VCAP Linie 54, die ein Signal, das indikativ für die Spannung ist, die in den Ausgangskondensatoren C1, C2 gespeichert ist, an die Steuerschaltkreisanordnung 44 bereitstellt. Die Defibrillationselektroden 28, 30 und 32, die oben in 1 illustriert sind, sind gekoppelt mit der Ausgangsschaltkreisanordnung 40 mittels Konduktoren bzw. Leitern 22, 24 und 26 dargestellt. Zum einfacheren Verständnis werden jene Leiter auch als „COMMON", „HVA" und „HVB" bezeichnet. Jedoch sind auch andere Konfigurationen möglich. Zum Beispiel kann die subkutane Elektrode 30 mit dem HVB Leiter 26 gekoppelt werden, um zu ermöglichen, dass ein Einzelpulsregime zwischen der Elektrode 28 und 30 abgegeben wird. Während eines Logiksignals an ENAB, Linie 48, wird ein Kardioversions-/Defibrillationsschock zwischen der Elektrode 30 und der Elektrode 28 abgegeben. Während eines Logiksignals an ENBA, Linie 50, wird ein Kardioversions-/Defibrillationsschock zwischen der Elektrode 32 und der Elektrode 28 abgegeben.
Die Ausgangsschaltkreisanordnung umfasst einen Kondensatorenblock, der Kondensatoren C1 und C2 und Dioden 121 und 123 umfasst, die zur Abgabe von Defibrillationsschocks an die Elektroden verwendet werden. Alternativ kann der Kondensatorenblock einen weiteren Satz von Kondensatoren umfassen. In 2 sind Kondensatoren 265 in Verbindung mit der Hochspannungsaufladungs-Schaltkreisanordnung 64 illustriert, gesteuert durch die Steuer-/Zeitgeberschaltkreisanordnung 44 mittels CHDR, Linie 66. Wie illustriert, werden Kondensatoren 265 mittels eines Hochfrequenz-, Hochspannungstransformators 65 aufgeladen. Richtige Aufladungspolungen werden mittels der Dioden 121 und 123 erhalten. Die VCAP Linie 54 stellt ein Signal, das indikativ für die Spannung an dem Kondensatorenblock ist, bereit und ermöglicht die Steuerung der Hochspannungsaufladungs-Schaltkreisanordnung und die Terminierung der Aufladungsfunktion, wenn die gemessene Spannung dem programmierten Aufladepegel entspricht.
Die Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 umfasst einen R-Wellen-Abtastungsverstärker und einen Pulsgenerator zur Erzeugung von Herzstimulierungspulsen, die auch einer beliebigen bekannten Herzschrittmacher-Ausgangsschaltkreisanordnung entsprechen kann, und umfasst eine Zeitgeberschaltkreisanordnung zum Bestimmen von ventrikulären Stimulierungsintervallen, Refraktärintervallen und Unterbrechungsintervallen, unter der Steuerung durch den Mikroprozessor 42 via den Steuer-/Datenbus 80.
Die Steuersignale, die die Erzeugung von Herzschrittmacherpulsen durch die Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 auslösen, und Signale, die indikativ für das Auftreten von R-Wellen aus der Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 sind, werden an die Steuerschaltkreisanordnung 44 mittels eines bidirektionalen Datenbusses 81 übertragen. Die Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 ist an die spiralförmige Elektrode 34, die in 1 mittels eines Leiters 36 illustriert ist, gekoppelt. Die Stimulierungs-/Abtastungsschaltkreisanordnung 78 ist auch an die ventrikuläre Elektrode 28 gekoppelt, die in 1 mittels eines Leiters 82 illustriert ist, unter Berücksichtigung der bipolaren Abtastung von R-Wellen zwischen den Elektroden 34 und 28 und der Abgabe von bipolaren Stimulierungspulsen zwischen den Elektroden 34 und 28, wie oben beschrieben.
Die 3(a) bis 3(g) zeigen perspektivische Ansichten von verschiedenen Komponenten des ICD-IPGs 10, umfassend eine Ausführungsform des Kondensators der vorliegenden Erfindung, wobei jene Komponenten nacheinander innerhalb des Gehäuses des ICD-IPGs 10 platziert werden. In 3(a) wird ein Elektronikmodul 360 in der rechtsseitigen Abschirmung 340 des ICD-IPGs 10 platziert. 3(b) zeigt den ICD-IPG 10, nachdem das Elektronikmodul 360 in 360 in die rechtsseitigen Abschirmung 340 gesetzt worden ist.
3(c) zeigt ein Paar Kondensatoren 265, die wie hier hierin beschrieben ausgebildet sind, vor dem Platzieren innerhalb der rechtsseitigen Abschirmung 340, wobei die Kondensatoren 265 durch Schaltverbindungen im Elektronikmodul 340 in Reihe elektrisch verbunden sind. 3(d) zeigt den ICD-IPG 10, nachdem das Paar Kondensatoren 265 innerhalb der rechtsseitigen Abschirmung 340 platziert worden ist.
3(e) zeigt eine Isolatorklemme bzw. ein -element 370 vor seinem Platzieren über den Kondensatoren 265 in der rechtsseitigen Abschirmung 340. 3(f) zeigt eine elektroche mische Zelle oder Batterie 380, die einen Isolator 382 aufweist, der um die Batterie 380 herum angeordnet ist, vor seinem Platzieren in der Abschirmung 340. Die Batterie 380 stellt die elektrische Energie zur Verfügung, die für die Aufladung und Wiederaufladung der Kondensatoren 265 benötigt wird, und versorgt auch das Elektronikmodul 360. Die Batterie 380 kann irgendeine von den Formen einnehmen, die im Stand der Technik verwendet werden, um Kardioversions-/Defibrillationsenergie bereitzustellen.
3(g) zeigt den ICD-IPG 10, der eine linksseitigen Abschirmung 350 aufweist, der mit der rechtsseitig Abschirmung 340 und einer Durchführung 390 verbunden ist, die aus beiden Abschirmungshälften aufwärts herausragt. Ein Aktivitätssensor 400 und eine Patienten-Alarmiereinrichtung 410 sind in dem unteren Seitenabschnitt der linksseitigen Abschirmung 350 angeordnet gezeigt. Die linksseitige Abschirmung 350 und die rechtsseitige Abschirmung 340 werden anschließend geschlossen und hermetisch abgedichtet (in den Figuren nicht dargestellt).
4 zeigt eine Explosionsansicht von einer Ausführungsform einer Kondensatorschicht oder Einzel-Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 des Kondensators 265. Die Kondensatorkonstruktion, die hier beschrieben wird, verwendet eine gestapelte Konfiguration bzw. Anordnung einer Vielzahl von Kondensatorschichten oder Einzel-Anoden-/Kathodenunterbaugruppen 227, wie weiter unten mit Bezug auf die 6 beschrieben wird. Jede Einzel-Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 umfasst abwechselnd im Wesentlichen rechteckförmige Anodenschichten 185 und Kathodenschichten 175 mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Separatorschicht 180, die dazwischen eingefügt wird. Die Formen der Anodenschichten 185, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 sind hauptsächlich eine Sache der Konstruktions- bzw. Designwahl, und sind größtenteils durch die Form oder Konfiguration eines Behälters 90 vorgeschrieben, innerhalb welchem jene Schichten letztendlich angeordnet werden. Die Anodenschichten 185, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 können eine beliebige Form annehmen, um die Verpackungseffizienz zu optimieren.
Eine Anodenunterbaugruppe 170d umfasst insbesondere eine Vielzahl von nicht-eingekerbten Anodenschichten 185a, 185b, 185c, eine eingekerbte Anodenschicht 190, die eine Anodenfahneneinkerbung 200 enthält und eine Anodenfahne/Anodenkontaktfahne 195, die an die Anodenschicht 185a gekoppelt ist. Es versteht sich, dass die Anodenunterbaugruppe 170d, dargestellt in 4, nur eine mögliche Ausführungsform einer Anodenunterbaugruppe 170 ist. Eine Kathodenschicht 175d ist insbesondere aus einer Einzellage gebildet und weist eine Kathodenfahne 176 auf, die integral dazu gebildet ist und aus der Peripherie davon herausragt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Unterbaugruppe 227, wie in den Figuren dargestellt, bilden zwei einzelne Separatorschichtlagen 180a und 180b die Separatorschicht 180, die zwischen jeder Anodenunterbaugruppe 170 und Kathodenschicht 175 angeordnet wird. Weitere einzelne Separatorschichtlagen 180a und 180b werden gegen die Außenflächen der Anodenschicht 185c und der Kathodenschicht 175d angeordnet. Wenn die Unterbaugruppen gestapelt werden, drücken die äußersten einzelnen Separatorschichtlagen 180a und 180b jeweils gegen angrenzende äußerste einzelne Separatorschichtlagen 180b und 180a von angrenzenden Kondensatorschichten, so dass zwei Lagen Separatorschichten 180 alle angrenzenden Kathoden- und Anodenschichten einer Elektrodenstapelanordnung 225 trennen.
Es wird für Fachleute verständlich sein, dass die präzise Anzahl von Unterbaugruppen 227, die zum Verwenden in einer Elektrodenstapelanordnung 225 ausgewählt sind, von der Energiedichte, dem Volumen, der Spannung, dem Strom, der Energieabgabe und anderen Anforderungen, die auf dem Kondensator 265 platziert sind, abhängig sein werden. Ähnlich wird es für Fachleute verständlich sein, dass die präzise Anzahl von eingekerbten und nicht-eingekerbten Anodenschichten 185, Anodenfahnen 195, Anodenunterbaugruppen 170, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180, die zum Verwenden in einer gegebenen Ausführungsform von Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 ausgewählt sind, von der Energiedichte, dem Volumen, der Spannung, dem Strom, der Energieabgabe und anderen Anforderungen, die an den Kondensator 265 gestellt sind, abhängig sein werden. Es wird nun offensichtlich werden, dass eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Kombinationen und Permutationen, welche die Anzahl von Anoden-/Kathodenunterbaugruppen 227 beachten, und die Anzahl von nicht-eingekerbten und eingekerbten Anodenschichten 185, welche die Anodenunterbaugruppe 170, die Anodenunterbaugruppen 170, die Anodenfahnen 195, die Kathodenfahnen 175 und die Separatorschichten 180 bilden, die innerhalb jeder Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 angeordnet sind, gemäß den besonderen Anforderungen des Kondensators 265 ausgewählt werden können. Die Anodenschichten 185, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 sind insbesondere aus Materialien gebildet, die typischerweise in Qualitäts-Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwendet werden.
Die Anodenschichten 185 und 190 werden aus einer Anodenfolie gebildet, die vorzugsweise durchgeätzt ist, die eine hohe spezifische Kapazität (zumindest ungefähr 0,3, zumindest ungefähr 0,5 oder insbesondere zumindest ungefähr 0,8 Mikrofarad/cm²) aufweist, die einen dielektrischen Überschlagsparameter bzw. -spannung von zumindest 425 Volt Gleichstrom aufweist, einen Dickenbereich zwischen ungefähr 50 und ungefähr 200 Mikrometern, insbesondere zwischen ungefähr 75 und 150 Mikrometer und am Bevorzugtesten beträgt die Dicke ungefähr 100 Mikrometer, und eine Sauberkeit bzw. Reinheit von ungefähr 1,0 mg/m² bezüglich den beabsichtigten Bereich von maximaler Chlorid-Kontamination. Die Anodenfolie weist insbesondere eine Nennstoßspannung von 390 Volt, eine anfängliche Reinheit von ungefähr 99,99% Aluminium, eine Enddicke von ungefähr 104 Mikrometer plus oder minus ungefähr 5 Mikrometer und eine spezifische Kapazität von ungefähr 0,8 Mikrofarad pro cm² auf. Geeignete Anodenfolien sind kommerziell erhältlich auf einer weit verbreiteten Basis.
Einzelne Anodenschichten 185 sind typischerweise in gewissem Maße steif bzw. starr und aus hochreinem Aluminium gebildet, das durch Ätzen bearbeitet wird, um hohe Kapazitäten pro Flächeneinheit zu erzielen. Dünne Anodenfolien werden bevorzugt, besonders wenn sie im Wesentlichen die spezifische Kapazität während dem Reduzieren der Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 beibehalten oder steigern, oder die Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 während dem Vergrößern der gesamten Kapazität beibehalten. Zum Beispiel ist es vorgesehen, dass einzelne Anodenschichten 185 eine Dicke von ungefähr 10 Mikrometer, ungefähr 20 Mikrometer, ungefähr 30 Mikrometer, ungefähr 40 Mikrometer, ungefähr 50 Mikrometer, ungefähr 60 Mikrometer, ungefähr 70 Mikrometer, ungefähr 80 Mikrometer, ungefähr 90 Mikrometer, ungefähr 100 Mikrometer, ungefähr 110 Mikrometer, ungefähr 120, ungefähr 130 Mikrometer, ungefähr 140 Mikrometer und ungefähr 150 Mikrometer aufweisen.
Die Kathodenschichten 175 sind insbesondere hochrein und sind vergleichsweise flexibel. Die Kathodenschichten 175 sind insbesondere aus einer Kathodenfolie gebildet, die eine hohe Flächeneinheit (das heißt hochgeätzte Kathodenfolie), hochspezifische Kapazität (insbesondere zumindest 200 Mikrofarad/cm², und wenn frisch zumindest 250 Mikrofarad/cm²), eine Di cke von ungefähr 30 Mikrometer, eine Reinheit von ungefähr 1,0 mg/m² unter Beachtung der maximaler Chlorid-Kontamination des projektierten Bereichs, und eine Reinheit aufweist, die weniger sein kann, als das entsprechende Ausgangs-Folienmaterial, aus welchem die Anodenfolie hergestellt ist. Die Kathodenfolie weist insbesondere eine anfängliche Reinheit von zumindest 99% Aluminium, und insbesondere ungefähr 99,4% Aluminium, eine Enddicke von ungefähr 30 Mikrometer und eine anfängliche spezifische Kapazität von ungefähr 250 Mikrofarad pro cm² auf. In anderen Ausführungsformen weist die Kathodenfolie auf, eine spezifische Kapazität in dem Bereich zwischen ungefähr 100 und ungefähr 500 Mikrofarad/cm², ungefähr 200 bis 400 Mikrofarad/cm², oder ungefähr 250 und ungefähr 350 Mikrofarad/cm², eine Dicke im Bereich zwischen ungefähr 10 und ungefähr 150 Mikrometer, ungefähr 15 und ungefähr 100 Mikrometer, ungefähr 20 und ungefähr 50 Mikrometer oder ungefähr 25 und ungefähr 40 Mikrometer.
Es wird generell bevorzugt, dass die spezifische Kapazität der Kathodenfolie so hoch wie möglich ist, und dass die Kathodenschicht 175 so dünn wie möglich ist. Zum Beispiel ist es vorgesehen, dass einzelne Kathodenschichten 175 spezifische Kapazitäten von ungefähr 100 Mikrofarad/cm², ungefähr 200 Mikrofarad/cm², ungefähr 300 Mikrofarad/cm², ungefähr 400 Mikrofarad/cm², ungefähr 500 Mikrofarad/cm², ungefähr 600 Mikrofarad/cm², ungefähr 700 Mikrofarad/cm², ungefähr 800 Mikrofarad/cm², ungefähr 900 Mikrofarad/cm² oder ungefähr 1000 Mikrofarad/cm² aufweisen. Geeignete Kathodenfolien sind kommerziell erhältlich auf einer weit verbreiteten Basis. In noch anderen Ausführungsformen ist die Kathodenfolie aus Materialien oder Metallen zusätzlich zu Aluminium, Aluminiumlegierungen und „reinem" Aluminium gebildet.
Die Separatorschichtlagen 180a und 180b, äußere Separatorschichten 165a und 165b. sind insbesondere aus einer Rolle oder einer Lage von Separatormaterial hergestellt. Die Separatorschichten 180 sind insbesondere etwas größer als die Anodenunterbaugruppen 170 und die Kathodenschichten 175 geschnitten, um Ausrichtungs- bzw. Anordnungsfehler während des Stapelns der Schichten aufzunehmen, um anschließendes Kurzschließen zwischen den Anoden- und Kathodenschichten zu verhindern, und um andererseits sicherzustellen, dass eine physikalische Barriere bzw. Sperre zwischen den Anoden und den Kathoden des End- bzw. Fertigkondensators angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Anodenunterbaugruppen 170 auch größer als die Kathodenschichten 175 geschnitten.
Es wird bevorzugt, dass die Separatorschichtlagen 180a und 180b und die äußeren Separatorschichten 165a und 165b (dargestellt in 9) aus einem Material gebildet sind, das: (a) chemisch inert ist; (b) mit dem ausgewählten Elektrolyt chemisch kompatibel ist; (c) mit dem Elektrolyt imprägniert werden kann, um einen Bahn geringen Widerstands zwischen angrenzenden Anoden- und Kathodenschichten zu erzielen, und (d) angrenzende Anoden- und Kathodenschichten physikalisch trennt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Separatormaterial eine reine Zellulose, ein sehr niedriges halogenidhaltiges oder chloridhaltiges Kraft-Papier, das eine Dicke von ungefähr 0,0005 Zoll (0,0013 mm), eine Dichte von ungefähr 1,06 Gramm/cm³, eine dielektrische Stärke von 1.400 Volt Wechselstrom pro 0,001 Zoll (0,025 mm) Dicke, und eine niedrige Anzahl von Leiterbahnen (ungefähr 0,4/ft² oder weniger) aufweist. Die Separatorschichtlagen 180a und 180b und die äußeren Separatorschichten 165a und 165b können auch aus anderen Materialien als Kraft-Papier gebildet werden, wie Manila-Papier, poröse Polymermaterialien oder Gewebefasermaterialien. Zum Beispiel können poröse Polymermaterialien zwischen den Anoden- und Kathodenschichten angeordnet werden, ähnlich zu jenen, die in den U.S. Patent Nummern 3,555,369 und 3,883,784 in einigen Ausführungsformen der Kondensatorschichten beschrieben werden.
In solchen Kondensatorstapeln, die aus einer Vielzahl von Kondensatorschichten gebildet werden, tränkt oder benetzt ein flüssiger Elektrolyt die Separatorschichten 180 und ist innerhalb des Behälters 90 angeordnet. Es ist jedoch selbstverständlich, dass verschiedene Ausführungsformen innerhalb ihres Umfangs einen festen oder klebenden Elektrolyten umfassen, wie jene offenbart in den U.S. Patent Nummern 5,628,801; 5,584,890; 4,942,501; 5,146,391 und 5,153,820. Anzumerken ist, dass eine geeignete Zwischenelektroden-Haft-/Elektrolytschicht anstatt von Papier-, Gewebe-, oder porösen Polymermaterialien verwendet werden kann um die Separatorschicht 180 auszubilden.
Weiter Bezug nehmend auf 4, ein erster bevorzugter Schritt beim Zusammenbau eines Platten-Aluminium-Elektrolytkondensators ist, die Anodenschichten 185 und 190, die Anodenfahnen/Anodenkontaktfahnen 195, die Kathodenschichten 175 und die Separatorschichten 180 zu schneiden. Jene Komponenten werden bevorzugterweise unter Verwendung von Stempel-/Stanzwerkzeugen mit geringer Wand-zu-Wand-Abständen in Form geschnitten, wo der Zwischenwandabstand zwischen im Wesentlichen vertikal-orientierten entsprechenden Wänden des Stempels und des Stanzwerkzeuges insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 6 Millionstel eines Zolls pro Seite ist. Größere oder kleinere Zwischenwandabstände zwischen den im Wesentlichen vertikal-orientierten entsprechenden Wänden des Stempels und des Hohlraumes wie ungefähr 2, ungefähr 4, ungefähr 5, ungefähr 7, ungefähr 8, ungefähr 10 und ungefähr 12 Millionstel eines Zolls, können auch verwendet werden, aber sind weniger bevorzugt.
Solche geringe Abstände in glatten, gratfreien Kanten werden entlang der Peripherien der Anodenschichten 185 und 190, Anodenfahnen 195, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 gebildet. Es ist entdeckt wurden, dass glatte, gratfreie Kanten an den Wänden der Stanzwerkzeuge kritisch für zuverlässiger Leistung eines Kondensators sind. Das Vorhandensein von Graten entlang der Peripherien von Anodenschichten 185 und 190, Anodenfahnen 195, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 kann in elektrischen Kurzschluss und Fehler des Kondensators resultieren. Die Mittel, mit denen die Anodenfolie, die Kathodenfolie und die Separatormaterialien geschnitten oder ausgebildet werden, können eine signifikante Wirkung auf die Abwesenheit oder das Vorhandensein von Graten und anderen Schneidüberresten aufweisen, die um die Peripherien der gebildeten oder geschnittenen Bauteile angeordnet sind. Die Verwendung von Stanzwerkzeugen mit geringen Abständen erzeugt eine Kante, welche hochwertiger zu der Kante ist, die durch andere Schnittverfahren wie Stahlformstanzwerkzeuge erzeugt werden. Es wurde entdeckt, dass die Form, Flexibilität und Geschwindigkeit von Stanzwerkzeugen mit geringen Abständen besser ist als jene, die durch Laser- oder Klingenschneiden erreicht werden. Andere Verfahren des Schneidens oder Formens von Anodenschichten 185 und 190, Anodenfahnen 195, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180 umfassen, sind aber darauf nicht beschränkt, Stahlformstanzschneiden, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und Klingenschneiden.
Trotz dieser Vorkehrungen, die durch vorsichtiges und sauberes Schneiden der peripheren Anoden- und Kathodenkanten vorgenommen werden, kann dennoch eine Menge von Graten, Schneidüberresten, Verformungen der peripheren Kanten (zusammen als Kantendefekte bezeichnet) der Anodenschichten während des Schneidens oder der Weiterbehandlung und Schweißens der Anodenschichten in den Anodenunterbaugruppen auftreten. Die vorliegende Erfindung stellt ein Konfigurations- und Zusammenbau-/Anordnungsverfahren zur Verfü gung, dass vermeidet, dass solche Anodenschichtkantendefekte mit angrenzenden Kathodenschichten kurzschließen.
Der bevorzugte geringe Abstand der Stanzapparatur ist besonders wichtig für das Schneiden dünner duktiler Materialien wie der Kathodenfolie. Darüber hinaus, um Betriebssicherheit bzw. Zuverlässigkeit zu verbessern, erlaubt die Grat- und Überrestreduzierung Reduzierungen in der Dicke der Separatorschicht 180, dabei die Energiedichte des Kondensators verbessernd. Winkelschneiden ist, bei dem die Stempelfläche während des Schneidens nicht parallel zu dem gegenüberliegenden Boden des Stanzwerkzeugs gehalten ist, ist ein weiteres, weniger bevorzugtes Verfahren des Schneidens oder Ausbildens von Anodenschichten 185 und 190, Anodenfahnen 195, Kathodenschichten 175 und Separatorschichten 180.
In einem bevorzugten Verfahren werden Folien und Separatormaterialien zwischen dem Stanzer und den Hohlform-/Matrizenabschnitten eines Stanzwerkzeuges gespannt, die geeignete Abstände auf einer Rolle besitzen. Eine luft- oder hydraulisch betriebene Presse wird dann bevorzugt verwendet, um den Stempel oder den Hohlformabschnitt des Stanzwerkzeuges zu betätigen. Der Stempel-/Stanzabschnitt des Stanzwerkzeugs ist bevorzugt aus gehärtetem Werkzeugstahl gebildet, oder weist andere geeignete verschleißfeste Materialien oder Beschichtungen auf, die an den Schneideflächen davon angeordnet sind. Wenn die Hohlform/Matrize des Stanzwerkzeugs vertikal ausgerichtet ist, kann der Stempel-/Stanzabschnitt des Stanzwerkzeugs während eines Schneidezyklus entweder aufwärts oder abwärts zur Stanzwerkzeughohlform/zu den Stanzwerkzeugschneiden wandern. Im ersten Fall, werden Komponenten geschnitten und fallen abwärts in ein Behältnis zur Verwendung in anschließenden Zusammenbauvorgängen. Im letzten Fall, werden Komponenten geschnitten und können direkt an automatisierte Zusammenbau-/Montageausrüstung, wie Roboter, die mit Vakuum oder anderem Aufnahmewerkzeug ausgestattet sind, zur Weiterverarbeitung gereicht werden. Stanzwerkezeuge mit geringen Abständen des hier beschriebenen Typs können von Top Tool, Inc. of Minneapolis, Minnesota bezogen werden.
Die Anodenunterbaugruppe 170 umfasst bevorzugt eine eingekerbte Anodenschicht 190, welche geeignetes Platzieren und Positionieren der Anodenfahne 195 innerhalb der Anodenunterbaugruppe 170 erleichtert. In einer Anodenanordnung 170 kann auch mehr als eine gekerbte Anodenschicht 190 enthalten sein. Es wird bevorzugt, dass die verbleibenden Anoden schichten der Anodenunterbaugruppe 170 nicht-eingekerbte Anodenschichten 185 sind. Die Anodenfahne 195 ist bevorzugt aus Aluminiumbandmaterial gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Aluminiumbandmaterial eine Reinheit von ungefähr 99,99% Aluminium auf und einen kleineren Anodisationsgrad bzw. -wert als die Anodenfolie. Wenn die Anodenfahne 195 aus einem nicht-anodisiertem Material gebildet ist, kann das Kaltschweißen der Anodenfahne 195 an nicht-eingekerbte Anodenschichten 185 mit weniger Kraft und Verbiegen vollzogen werden, über das wir unten mehr ausführen. Es wird bevorzugt, dass die Dicke der Anodenfahne 195 ungefähr gleich zu der der eingekerbten Anodenschicht 190 ist. Wenn mehr als eine eingekerbte Anodenschicht 190 in der Anodenunterbaugruppe 170 verwendet wird, kann eine dickere Anodenfahne 195 verwendet werden.
Nun Bezug nehmend auf 5(a) bis 5(c), zwei nicht-eingekerbte Anodenschichten 185a und 185b werden an einer Kaltschweiß-Fixzierungs-Basisschicht 207 der Kaltschweißapparatur 202 platziert. Die verschiedenen strukturellen Bauteile der Kaltschweißaparatur 202 sind insbesondere aus präzisions-gearbeitetem Edelstahl oder einer hochfesten Aluminiumlegierung gebildet. Die Schichten 185a und 185b werden als Nächstes an der Kaltschweiß-Fixzierungs-Basisschicht 207 entsprechend ausgerichtet und positioniert, unter Verwendung von gefederten Ausrichtungsstiften 209a bis 209e. Die Stifte 209a bis 209e fahren ein, wenn die Kopfschicht 208 nach unten auf die Schichten 185a und 185b, die innerhalb des Kaltschweißhohlraums 220 angeordnet sind, gedrückt wird. Siehe auch 5(c), wo eine Querschnittsansicht einer Kaltschweißapparatur 202 gezeigt ist.
Die Anodenschicht 190 ist ähnlich innerhalb des Hohlraums 220 angeordnet, gefolgt vom Platzieren der Anodenfahne 195 innerhalb der Anodenfahneneinkerbung 200 in die eingekerbte Anodenschicht 190. Die Anodenfahne 195 ist insbesondere entlang der Peripherie der eingekerbten Anodenschicht 190 positioniert mithilfe der zusätzlichen, mit einer Feder beaufschlagten Ausrichtungsstifte 209f und 209g, die entlang der Peripherie der Anodenfahne 195 angeordnet sind. Die nicht-eingekerbte Anodenschicht 185c wird dann auf der Anodenschicht 190 platziert. Die gestapelte Anodenunterbaugruppe 170 wird dann zwischen der Kopfschicht 208 und der Basisschicht 207 eingespannt/festgeklemmt. Die Anodenschichtkaltschweißstifte 206a und der Anodenfahnenkaltschweißstift 211a sind innerhalb der Basisschicht 207 angeordnet. Der Anodenschichtkaltschweißstift 206b und der Anodenfahnenkaltschweißstift 211b sind innerhalb der Kopfschicht 208 angeordnet. Basisschicht 207 und Kopfschicht 208 sind derart ausgerichtet, dass die Achsen der Kaltschweißstifte 206a und 206b zusammentreffen und sind bezüglich der entsprechenden Kaltschweißstifte 211a und 211b ausgerichtet.
Die obere Betätigungsapparatur 214 der Kaltschweißapparatur 202 versetzt die Kaltschweißstifte 206b und 211b nach unten. Die untere Betätigungsapparatur 215 versetzt die Kaltschweißstifte 206a und 211a nach oben. In einer Ausführungsform der oberen Betätigungsapparatur 214 und der unteren Betätigungsapparatur 215 werden Pneumatikzylinder verwendet, um die Stifte 206a, 206b, 211a und 211b zu bewegen. In einer anderen Ausführungsform der Apparatur 214 und der Apparatur 215 wird ein Paar Rollräder bereitgestellt, die sich gleichzeitig und senkrecht zu den Achsen der Stifte 206a, 206b, 211a und 211b bewegen. Noch andere Ausführungsformen der Apparatur 214 und der Apparatur 215 können hydraulische Stellantriebe, Auslegerarme, Eigengewichte, Federn, elektromechanische Magnet-Stellmotoren und dergleichen zur Bewegung der Stifte 206a, 206b, 211a und 211b verwenden. Die Steuerung der Betätigungsapparatur 214 und der Apparatur 215, welche das Timing und die Kraft-Stärke der Versetzung des Stiftes betrifft, kann erreicht werden durch Verwendung jeder beliebigen oder einer Kombination aus konstanter Belastung, konstanter Versetzung, elektromagnetischer Steuerung, direkten oder indirekten Mitteln.
Im Anschluss an das Einspannen mit der Kopfschicht 208 werden die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b betätigt. Kaltschweißstellen 205 und 210 in der Anodenunterbaugruppe 170 werden durch Kompressionskräfte gebildet, die erzeugt werden, wenn die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b gegen die Anodenunterbaugruppe 170 gedrückt werden. Siehe 6(a), wo die bevorzugten Bereiche, in welchen Kaltschweißstellen 205 und 210 gebildet werden, dargestellt sind. Die Kaltschweißstellen 205 und 210 können nicht nur als Kaltschweißstellen, sondern Schmiedeschweißstellen beschrieben werden. Dies ist so, da die Grenzflächen zwischen den Anodenschichten 185 in dem Bereich der Schweißstellen 205 und 210 deformiert sind, dadurch die Oxidschichten unterbrechend und die Basismetalle in direkten Kontakt miteinander bringend, wobei Metallbonden auftritt. Das Metallbonden vergrößert die Festigkeit der Schweißstellen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens arbeiten eine Vielzahl von Pneumatikzylindern gleichzeitig in der oberen Betätigungsapparatur 214 und der unteren Betätigungsapparatur 215, um die Stifte 206a, 206b, 211a und 211b gegen die Anodenunterbaugruppe 170 zu be wegen. Das Anodenschichtkaltschweißen 205 und das Anodenfahnenkaltschweißen 210 werden bevorzugter Weise unter direkten konstanten Belastungsbedingungen gebildet, wobei die Pneumatikzylinder mit Druck beaufschlagt werden bis zu einem vorbestimmten festen Druck. Das Anodenschichtkaltschweißen 205 und die Anodenfahnenkaltschweißen 210 können auch unter indirekten Bedingungen konstanter Versetzung ausgebildet werden, wobei die Pneumatikzylinder mit Druck beaufschlagt werden bis ein Versetzungssensor, der über den Kaltschweißstiften 206a, 206b, 211a oder 211b platziert ist, ein Signal erzeugt, das einen vorbestimmten Wert aufweist, woraufhin jene Stifte aus der Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 ausgerückt bzw. außer Eingriff gebracht werden.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist ein Auslegerarmmechanismus in der oberen Betätigungsapparatur 214 und der unteren Betätigungsapparatur 215 inkorporiert. Das Anodenschichtkaltschweißen 205 und das Anodenfahnenkaltschweißen 210 werden unter direkten konstanten Versetzungsbedingungen ausgebildet, wobei die Auslegerarme betätigt werden und bewirken, dass die oberen und unteren Bauteile 208 und 207 in die Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 eingreifen, bis ein fester Anschlagpunkt erreicht wird. Ein indirekt belastungsgesteuertes System kann auch in der Apparatur 214 und der Apparatur 215 verwendet werden, wo der Ausleger oder andere Mittel einen Belastungsmesssensor zur Steuerung des Haltepunktes des Auslegerarms beinhaltet, zum Beispiel, wenn eine vorbestimmte Belastung durch den Sensor gemessen wird.
Die Querschnittsform der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b können rechteckig, kreisförmig, oval oder eine andere beliebige geeignete Form aufweisen. Die Form von den Enden der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b können flach, gerundet, gewölbt oder eine andere beliebige geeignete Form aufweisen, geeignet zur selektiven Steuerung der Eigenschaften der hier produzierten Kaltschweißstellen. Gleichermaßen können mehr oder weniger als vier Kaltschweißstifte verwendet werden. Die Enden der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b sind bevorzugter Weise gerundet oder gewölbt und kreisförmig im Querschnitt. Die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b weisen insbesondere einen Durchmesser von ungefähr 0,060 Zoll (0,174 mm) auf und weisen ferner ein abgeschrägtes bzw. sich verjüngendes oder abgerundetes Ende auf. Die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b sind insbesondere aus einem Hochfestigkeitsmaterial hergestellt, das sich nicht leicht unter den Drücken verformt, die während des Schweißens erzielt werden, wie bei spielsweise Edelstahl, Titanium, Werkzeugstahl oder HSLA Stahl. Die Enden oder Seitenwände der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b können beschichtet, umhüllt oder auf irgendeine andere Art modifiziert werden, um Verschleißfestigkeit, Deformationsbeständigkeit oder andere wünschenswerte tribologische Attribute der Stifte zu steigern.
Die primäre Funktion der Kaltschweißstellen 205 und 210 ist elektrische Schaltverbindungen zwischen den Schichten 185a, 185b, 185c und 190 und der Anodenfahne 195 bereitzustellen, während die Gesamt-Dicke der Anodenunterbaugruppe 170 in den Bereichen der Schweißstellen 205 und 210 minimiert wird. Typische kommerzielle Zylinderkondensatoren des Standes der Technik weisen eine signifikante Zunahme der Dicke der Anodenschicht in den Bereichen der Kaltschweißstellen auf. Diese Zunahme der Dicke ist typischerweise in der Größenordnung von ungefähr zwei Mal der Dicke der Fahne oder ungefähr 0,008 Zoll (0,020 mm). Im Falle von Zylinderkondensatoren, wo nur eine oder zwei nicht zusammenhängende Fahnenverbindungen vorhanden sind, kann der gesamte Effekt an der Anodenschichtdicke minimal werden. In einer gestapelten Schichtkonstruktion, die viel mehr Schaltverbindungen und Schweißstellen aufweist, wurde jedoch gefunden, dass Zunahmen in dem Bereich der Schweißstellendicke die gesamte Dicke der Anodenschicht und des Kondensatorstapels als Ganzes signifikant vergrößern.
In einem Kaltschweißverfahren und entsprechender Apparatur resultiert keine oder eine unmerkliche Nettozunahme der Dicke der Anodenunterbaugruppe 170, wenn Kaltschweißgeometrien und -gestaltungsverfahren entsprechend optimiert werden. Es wurde herausgefunden, dass mehrere Ausführungsformen der Anodenanordnung 170, nicht mehr als eine ungefähr 20%ige Zunahme in der Schichtdicke auf Grund der Anwesenheit von Kaltschweißstellen haben, im Vergleich zu einer ungefähr 200%igen Zunahme. in der Dicke, die sich aus Kaltscheißstellen, die in einigen kommerziellen Zylinderkondensatoren gefunden wurden, ergibt. Zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Anodenschichten 185 und 190 können kaltverschweißt werden, um die Anodenunterbaugruppe 170, wie hier beschrieben, zu bilden.
6(b) zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform von einer kaltverschweißten Anodenanordnung, die gemäß dem bevorzugten Kaltschweißverfahren gebildet wird. Die Anodenschichten 185a, 190, 185b und 185c, welche jeweils Anodenschichtdicken t_a, t_N, t_b und t_c aufweisen, sind an der Schweißstelle 205 miteinander kaltver scheißt durch den Pressvorgang der Stifte 206a und 206b, die jeweils in der Basisschicht 207 und der Kopfschicht 208 befestigt sind. Die Stifte 206a und 206b bilden jeweils zentrale Vertiefungen bzw. Senkungen 293 und 294 in der Anodenunterbaugruppe 170d aus, und resultieren weiter jeweils in der Bildung von Rändern 295 und 296. Die Ränder 295 und 296 kragen nach unten bzw. nach oben aus den Umgebungsflächen der Anodenunterbaugruppe 170d hervor, dabei die gesamte Dicke T der Anodenunterbaugruppe 170d um ΔT vergrößernd (T gemessen in Bezug auf die nicht kaltverschweißten Umgebungsbereiche oder -abschnitte der Anodenunterbaugruppe 170d).
6(c) zeigt eine Querschnittsansicht eines anderen Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltverschweißten Anodenanordnung, wobei die Anodenschichten 185a, 185b und 185c und die Anodenfahne 195, die jeweils Anodenschicht-/Anodenfahnendicken t_a, t_b, t_c und t_tab aufweisen, bei der Schweißstelle 210 durch die Presseinwirkung auf die Stifte 211a und 211b, die jeweils in der Basisschicht 207 und der Kopfschicht 208 befestigt sind, miteinander kaltverschweißt sind. Die Stifte 211a und 211b bilden jeweils zentrale Vertiefungen bzw. Senkungen 297 und 298 in der Anodenunterbaugruppe 170d aus, und resultieren weiter jeweils in der Bildung von Rändern 299 und 301. Die Ränder 299 und 301 kragen nach unten bzw. nach oben aus der Fläche der Anodenunterbaugruppe 170d hervor, dabei die gesamte Dicke T der Anodenunterbaugruppe 170d um ΔT vergrößerend (T gemessen in Bezug auf die nicht kaltverschweißten Umgebungsbereiche oder -abschnitte der Anodenunterbaugruppe 170d).
Die gesamte Dicke T der Anodenunterbaugruppe 170d ist deshalb definiert durch die Gleichung: T = nt
Das Maximum der gesamten Dicke T + ΔT der Anodenunterbaugruppe 170d in dem Bereich der Kaltschweißstellen 205 oder 210 ist dann definiert durch die Gleichung: T + ΔT = nt + ΔT wo T_as die gesamte Dicke der Anodenunterbaugruppe 170d in nicht kaltverschweißten Bereichen ist, n die Anzahl der Anodenschichten 185 und/oder 190 in der Anodenunterbaugruppe 170d ist und t die Dicke der einzelnen Anodenschichten 185 und/oder 190 oder der Anodenfahne 195 ist, wo die gleichen Dicken t_n, t_a, t_b, t_c und t_tab angenommen werden.
Es ist sehr wünschenswert, die Anodenunterbaugruppe derart zu bilden, dass das Verhältnis ΔT/T kleiner als oder gleich ist zu 0.05, 0.1, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45 oder 0.50. Je geringer der Wert des Verhältnisses ΔT/T, desto größer die volumetrische Effizienz des Kondensators 265. Zusätzlich kann die gesamte Dicke des Kondensators 265 reduziert werden, wenn der Wert des Verhältnisses ΔT/T reduziert wird.
Nun Bezug nehmend auf 6(a), die gesamte Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 kann ferner reduziert werden durch horizontales Staffeln/Versetzen oder Verschieben der jeweiligen vertikalen Positionen der Fahnen 195a bis 195h (und entsprechenden Kaltscheißstellen 210). In dieser Ausführungsform werden zum Beispiel die Fahnen 195a, 195b nicht vertikal in Bezug aufeinander ausgerichtet bzw. angeordnet. Solches Staffeln oder Versetzen der Fahnen 195 ermöglicht die Zunahmen in der Dicke ΔT entsprechend zu jeder der Anodenunterbaugruppen 170a bis 170d, um horizontal über den Umfang oder andere Abschnitte der Elektrodenstapelanordnung 225 derart ausgebreitet zu werden, dass Zunahmen in der Dicke ΔT nicht kumulieren oder konstruktiv hinzukommen, dabei die gesamte Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 abnehmend. Die Kaltschweißstellen 205 können auf ähnliche Weise in Bezug aufeinander oder die Kaltschweißstelle 210 horizontal gestaffelt/versetzt oder verschoben werden, um eine Verringerung in der gesamten Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 zu erreichen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anodenunterbaugruppe 170 jeder Kondensatorschicht oder Elektrodenunterbaugruppe eine Vielzahl von drei, vier, fünf oder mehr Anodenlagen oder -schichten 185 und 190, wobei jede Unterbaugruppe insbesondere zumindest eine Anodenschicht aufweist, die eine entsprechende Anodenfahne 195 aufweist, die daran befestigt ist oder einen Teil davon bildet, wobei die Schichten zusammen kaltverschweißt sind, um Anodenunterbaugruppe 170 zu bilden. Zum Beispiel kann eine Anodenunterbaugruppe 170 sechs Anodenschichten 185 umfassen, die mittels Kaltschweißen von zwei separaten Dreifachanodenschichten 185, die vorher und getrennt kaltverschweißt oder auf andere Weise zusammengefügt wurden, konstruiert werden. Alternativ kann die Anodenunterbaugruppenschicht 170 sieben Anodenschichten umfassen, die mittels Zusammen-Kaltscheißen einer Dreifachanodenschicht 185 und einer Vierfachanodenschicht 185, die zuvor und getrennt kaltverschweißt oder auf andere Weise zusammengefügt wurden, konstruiert werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können mehrfach eingekerbte Anodenschichten 190 in einer Anodenunterbaugruppe 170 verwendet werden, dabei die Verwendung eines dickeren Anodenfahnenmaterials erlaubend.
Es wurde entdeckt, dass die Geometrie der Basisschicht 207 und Kopfschicht 208 in den Bereichen um die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b herum die Eigenschaften von Kaltschweißstellen 205 und 210 beeinflusst. In einem bevorzugten Verfahren besitzen die einander entsprechenden Flächen der Plattenflächen 207 und 208 keine radiale Bruchstelle, die in den Umfängen der Stiftlöcher gebildet ist. Die Präsenz von radialen Brüchen oder Anschnitten in diesen Bereichen kann unerwünschte Deformation von Kaltschweißstellen 205 und 210 darin verursachen. Solche Deformation kann in einer Zunahme der Dicke der Anodenunterbaugruppe 170 resultieren, welche sich direkt in einer Zunahme in der Dicke des Kondensators 265 auswirken kann. Ferner ist zu beachten, dass die derartige Zunahme in der Dicke ein Vielfaches der Anzahl von Anodenunterbaugruppen 170 ist, die in der Elektrodenstapelanordnung 225 vorhanden sind, ist. Alternativ können radiale Brüche oder Anschnitte in dem Bereich der Stiftlöcher in der Basisschicht 207 und der Kopfschicht 208 verwendet werden, doch werden bevorzugt geeignete Kondensatorkonstruktions-Akkommodationen vorgenommen, wie Staffelung der Positionen von angrenzend gestapelten Kaltschweißstellen.
Sobald die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b einmal gegen Anodenunterbaugruppe 170 in betätigt worden sind, wird die Kopfschicht 208 entfernt und die kaltverschweißte Anodenunterbaugruppe 170 wird bereitgestellt zum weiteren Stapeln von Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227. Wie in den 4 und 6(a) illustriert, umfasst diese illustrierte Ausführungsform von Elektrodenstapelanordnung 225 insbesondere eine Vielzahl von kaltverschweißten Anodenunterbaugruppen 175a bis 175h, eine Vielzahl von Kathodenschichten 175a bis 175i, eine Vielzahl von Separatorschichten 180a und 180b, äußere Separatorschichten 165a und 165b, äußere Hülle bzw. Umhüllung 115 und Wickelband 245.
Die äußere Hülle 115 ist insbesondere aus oben beschriebenem Separatormaterial gestanzt/stanz-geschnitten, doch kann sie aus einer breiten Auswahl von anderen geeigneten Materialien wie Polymer-Materialien, Aluminium, geeignete Wärmeschrumpfmaterialien, geeignete gummierte Materialien und synthetische Äquivalente oder Derivate davon, und dergleichen gebildet werden. Das Wickelband 245 ist bevorzugt aus einem Polypropylen verstärkten Acrylklebeband geschnitten, kann aber auch durch eine Klammer, ein Ultraschallpapierverbindung oder -schweißen, andere geeignete Klebemittel als Acrylklebemittel, anderes geeignetes Band als Polypropylen verstärktes Band, ein Haken und entsprechende Schnalle und so weiter ersetzt werden.
Die äußere Hülle 115 und das Wickelband 245 zusammen umfassen eine Elektrodenstapelanordnungsumhüllung, wobei entdeckt worden ist, dass sie dazu beisteuert, unerwünschtes Bewegen oder Verlagern der Elektrodenstapelanordnung 225 während der Weiterverarbeitung zu verhindern. Es wird nun für Fachleute offensichtlich werden, dass viele andere als die hierin explizit offenbarten Mittel zum Feststellen und Sichern der Elektrodenstapelanordnung 225 während der Weiterverarbeitung bestehen, welche im Wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen wie die Elektrodenstapelanordnungshülle, welche die äußere Hülle 115 und das Wickelband 245 umfasst. Andere als die hierin oben beschriebenen Mittel zum Immobilisiern und Sichern der Elektrodenstapelanordnung 225 bestehen. Solche alternativen Mittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Roboter- oder andersartige mechanische Klemm- und Sicherungsmittel, die nicht notwendigerweise einen Abschnitt der Elektrodenstapelanordnung 225 bilden, klebende Elektrolyten zum Bilden von Separatorschichten 180, und so weiter.
Der Stapelprozess, mit welchem die Elektrodenstapelanordnung 225 bevorzugt hergestellt wird, beginnt mittels Platzieren der äußeren Hülle 115 in einer Stapelfixierung gefolgt von dem Platzieren von äußerem Papier oder Separatorschicht 165a daran. Als Nächstes wird die Kathodenschicht 175a über die Separatorschicht 165a platziert, gefolgt von Separatorschichten 180a und 180b, die daran angeordnet werden. Die kaltverschweißte Anodenunterbaugruppe 170a wird dann über Separatorschicht 180b platziert, gefolgt von dem Platzieren der Separatorschichten 180a und 180b daran, und so weiter. Das Platzieren von alternierenden Kathodenschichten 175 und Anodenunterbaugruppen 170 mit dazwischen eingefügten Separatorschichten 180a und 180b dauert in der Stapelfixierung an bis die letzte Kathodenschicht 175h darauf platziert wurde.
In der Ausführungsform der Elektrodenstapelanordnung 225, die in 6(a) dargestellt ist, sind acht Anodenunterbaugruppen (Anodenunterbaugruppen 170a bis 170h) und neun Kathodenschichten (Kathodenschichten 175a bis 175i) illustriert. Die über jeder kombinierten Anodenunterbaugruppe/Separatorschicht/Kathodenschichtanordnung, die innerhalb der Elektrodenstapelanordnung 225 angeordnet ist, entwickelte Spannung bewegt sich insbesondere in einem Bereich zwischen ungefähr 360 und ungefähr 390 Volt Gleichspannung. Wie unten beschrieben, sind die verschiedenen Anodenunterbaugruppen der Elektrodenstapelanordnung 225 typischerweise parallel elektrisch verbunden, wie es die verschiedenen Kathodenschichten der Elektrodenstapelanordnung 225 sind.
Entsprechend der hierin oben stehenden Diskussion bezüglich 4, wird es für Fachleute selbstverständlich sein, dass die Elektrodenstapelanordnung 225, die in 6(a) dargestellt ist, lediglich illustrativ ist und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anzahl oder Kombination von Anodenunterbaugruppen 170, Kathodenschichten 175, Separatorschichten 180, Anodenfahnen 195, Kathodenfahnen 176, und so weiter, in keinster Weise begrenzt. Die Anzahl der Elektrodenkomponenten wird statt dessen gemäß der gesamten benötigten Kapazität, des gesamten Bereichs jeder Schicht, der spezifischen Kapazität der eingesetzten Folie und anderen Faktoren bestimmt.
In einer anderen Ausführungsform der Elektrodenstapelanordnung 225 wird die Anzahl von Anodenschichten 185, die in jeder Anodenunterbaugruppe 170 verwendet wird, in dem Stapel variieren. Solch eine Konstruktion erlaubt die Fabrikation von Kondensatoren, die den selben Schichtbereich aufweisen aber nahezu stetig verschiedene und auswählbare Gesamtkapazitäten variierend, die ein Verwender bestimmen kann mittels Erhöhen oder Verringern der Anzahl von Anodenschichten 185/190, die in ausgewählten Anodenunterbaugruppen 170 enthalten sind (im Gegensatz zum Hinzufügen oder Entnehmen von vollen Anoden-/Kathodenunterbaugruppen 227 aus der Elektrodenstapelanordnung 225, um dabei die Gesamtkapazität zu verändern). Nach dem Platzieren der Kathodenschicht 175i in dem Stapel wird die äußere Papierschicht 165b daran platziert, und die äußere Hülle 115 wird über dem obersten Teil der Elektrodenstapelanordnung 225 gefaltet. Wickelband 245 hält dann die äußere Hülle 115 fest und sichert die verschiedenen Komponenten der Elektrodenstapelanordnung 225 zusammen.
Die physikalischen Dimensionen der Separatorschichten 165 und 180 sind insbesondere etwas größer als jene der Anodenunterbaugruppen 170 und Kathodenschichten 175, um Kontakt der Elektroden mit der Behälterwand oder elektrisches Kurzschließen zwischen Elektrodenschichten mit entgegen gesetzter Polarität aufgrund von Graten, Streu- oder Partikelmaterialien, Trümmern oder darin auftretende Imperfektionen zu verhindern. Die Betriebssicherheit und Funktionalität des Kondensators 265 kann beeinträchtigt werden, wenn ein Abschnitt der Anodenunterbaugruppe 170 mit einer leitenden Behälterwand in Kontakt kommt, wenn ein Grat an der Peripherie der Anodenunterbaugruppe 170 oder Kathodenschicht 175 mit einer angrenzenden Schicht von entgegen gesetzter Polarität in Kontakt kommt, oder wenn Separatorschicht 180a oder 180b keine ausreichende Isolation zwischen angrenzenden Elektrodenschichten mit entgegen gesetzter Polarität bereitstellt und leitende Partikel Brücken über die Abstände dazwischen bedeuten.
Das zusätzliche Separatormaterial, das insbesondere um die Peripherie der Elektrodenstapelanordnung 225 angeordnet ist, wird hier als Separatorauskragung bezeichnet. Verringern der Höhe der Separatorauskragung erhöht die Energiedichte des Kondensators 265. Es ist daher aus einer Energiedichtenoptimierungsperspektive von Vorteil, die Höhe oder den Grad der Separatorauskragung zu verringern. Die Höhe der benötigten Separatorauskragung ist entdeckt worden, um primär eine Funktion der Aufstapel-Toleranzcharakteristik des verwendeten Stapelverfahrens zu sein.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Sicherstellen konsistenter Anordnung bzw. Schichtung von Separatorschichten 165 und 180, Anodenunterbaugruppen 170 und Kathodenschichten 175 in Elektrodenstapelanordnung 225 umfasst das Stapeln von verschiedenen Elementen der Elektrodenstapelanordnung 225, wobei Roboteranordnungstechniken bzw. -verfahren angewandt werden. Insbesondere werden die verschiedenen Elektroden- und Separatorschichten der Elektrodenstapelanordnung 225 gestapelt und ausgerichtet, unter Verwendung einer Montage-Arbeitszelle, umfassend vier Seiko 4-Achsen SCARA Modell Nr. TT8800 und TT8500 oder ein Äquivalent, um die verschiedenen Elektroden- und Separatorelemente in einer geeigneten Stapelfixierung aufzunehmen und zu platzieren. Andere geeignete Verfahren zum Stapeln und Ausrichten von Elektroden- und Separatorschichten umfassen nockenbetriebene Schwingbal ken-Montagegerät-Techniken, Rotationsrtischmaschinen-Techniken, Mehrstationen-Einzelstapelmaschinen-Techniken und dergleichen.
In einem bevorzugten Verfahren ist eine vorgeformte und geschnittene Separator-, Elektrodenschicht oder Unterbaugruppe einem Roboterarm präsentier, der dann das Teil mit Werkzeugen, die am Ende des Arms bereitgestellt sind, aufnimmt. Ein Venturisystem erzeugt ein Vakuum in den Werkzeugen am Ende des Armes. Das System erzeugt ein Vakuum bei einer geeigneten Zeit, so dass das Teil auf die Werkzeuge am Ende des Arms angesaugt wird. Das Vakuum wird danach aufgehoben, wenn das Teil in der Stapelfixierung platziert ist. Ein direktes Vakuumsystem, wie Gummisaugnäpfe, oder andere Kontakt- oder Nicht-Kontakt-Aufnahme-Roboter- oder Handmontageverfahren können auch verwendet werden. Die Position des Teils wird per Roboter übersetzt vom Aufnahmepunkt in der Stapelfixierung durch den Roboterarm mit einer Genauigkeit von 0,005 Zoll (0,013 mm) oder weniger. Nach dem Platzieren des Teils in der Stapelfixierung wird bevorzugterweise die Ausrichtung der Teile mit einem SEIKO COGNEX 5400 VISION System oder ein Äquivalent zusammen mit einer SONY XC-75 Kamera oder ein Äquivalent elektrisch überprüft. Die Kamera ist an dem Roboterarm montiert, um zu ermöglichen, dass die Genauigkeit des Platzierens des Teils überprüft wird. Das System kann genau die Position von jedem Teil oder Element in der Elektrodenstapelanordnung 225 bis auf 0,01 Millimeter bestimmen. Sobald alle Schichten in der Stapelfixierung durch den Roboterarm platziert wurden, ist der Stapel zur Umhüllung vorhanden.
Die vorhergehenden Verfahren ermöglichen genaue Ausrichtung und Stapelung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunterbaugruppen 170 und der Kathodenschichten 175 in der Elektrodenstapelanordnung 225 während der Minimierung der Addition von unerwünschten, unbenutzten Volumen im Kondensator 265.
Ein anderes Verfahren zum Sicherstellen der Anordnung bzw. Schichtung von Separatorschichten 165 und 180, Anodenunterbaugruppe 170 und Kathodenschicht 175 in der Elektrodenstapelanordnung 225 schließt Ausrichtungselemente ein, die innerhalb der Stapelfixierung angeordnet sind, und in einem manuellen Verfahren unter Verwendung von Fixierungsausrichtungspunkten. In solch einem Verfahren weist die Stapelfixierung mehrere Ausrichtungselemente auf, wie Ständer oder Seitenwände, die um ihre Peripherie herum zur Positionierung der Separatorschichten 165 und 180 angeordnet sind. Da die Kathodenschichten 175 und die Anodenunterbaugruppen 170 sich nicht zur Peripherie von dem Separator erstrecken, wird ein alternatives Mittel zur genauen Positionierung jener Elektroden erforderlich.
Die Positionierung von alternierenden Kathodenschichten 175 und Anodenunterbaugruppen 170 wird insbesondere erreicht durch Verwendung von Ausrichtungselementen wie Ständer oder Seitenwände, die um die Peripherie der Kathodenfahne 176 und der Anodenfahne 195 herum angeordnet sind. Es ist entdeckt worden, dass die Genauigkeit der Platzierung und Positionierung der Schicht primär eine Funktion von der Länge der Elektrodenfahnen ist. Je länger die Fahne, desto weniger signifikant wird der Ausrichtungsfehler. Die Elektrodenfahnenlänge muss typischerweise gegen den Elektrodenmaterialverlust ausgeglichen werden, der während des Ausstanzens auftritt, der wiederum primär auf Grund der längeren Länge der Kathodenfahne 176 in Bezug auf die Länge der Anodenfahne 195 resultiert. Die Fahnen 176 und 195 können darin Ausrichtungs- bzw. Anordnungsmerkmale umfassen oder enthalten, die eine beliebige geeignete Geometrie zur Erleichterung der Anordnung und Positionierung bezüglich der Ausrichtungselemente aufweisen. Eine beliebige zusätzliche Fahnenlänge, die zur Anordnung bzw. Schichtung der Elektrodenschichten verwendet wird, wird insbesondere von der Elektrodenstapelanordnung 225 während des Verfahrens der Elektrodenfahnenschaltverbindung ge- bzw. beschnitten (über das wir unten mehr ausführen).
Ein anderes Verfahren zum Sichern der Anordnung bzw. Schichtung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunterbaugruppe 170 und der Kathodenschicht 175 in der Elektrodenstapelanordnung 225 erfordern nicht die Verwendung von internen Ausrichtungselementen innerhalb des Kondensators 265, welcher die Anodenunterbaugruppe 170 und die Kathodenschicht 175 mit dem Separatormaterial umhüllt bzw. ummantelt oder bedeckt. In diesem Verfahren werden die Separatorschichten 180a und 180b in einem einzigen Stanzgeschnitten Teil/Stück kombiniert, das entweder um die Unterbaugruppe 170 oder die Kathodenschicht 175 gefaltet wird. Die freien Kanten des Separators sind dann durch doppelseitiges Transfer-Klebeband, ein anderes Klebemittel, Heften oder Ultraschall-Papierschweißen gesichert. Die Konstruktion einer Elektrodenunterbaugruppe auf diese Art und Weise sichert und registriert die Anodenunterbaugruppe 170 und die Kathodenschicht 175 in Bezug auf die Peripherie der so gebildeten Separatorhülle. Die resultierende Anoden-/Kathodenunterbaugruppe 227 ist dann zum Stapeln in der Elektrodenstapelanordnung 225 vorhanden.
7 zeigt eine perspektivische Draufsicht einer Ausführungsform einer Elektrodenstapelanordnung 225 von dem Elektrolytkondensator 265. 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Elektrodenstapelanordnung 225 von 7. Nach der Umhüllung der Elektrodenstapelanordnung 225 mit der äußerern Hülle 115 und Wickelband 245 wird insbesondere die Schaltverbindung der zusammengefügten Anodenfahnen 232 und der zusammengefügten Kathodenfahnen 233 mit ihren jeweiligen externen Anschlussklemmen hergestellt.
9 zeigt eine perspektivische Explosionsdraufsicht einer Ausführungsform des Kondensators 265, der die Elektrodenstapelanordnung der 6, 7 und 8 darin verwendet und keine Behälterzwischenlage verwendet. Diese Ausführungsform umfasst eine Anodendurchführung 120 und eine Kathodendurchführung 125, die insbesondere jeweils gewickelte Basisabschnitte 121 und 126 aufweisen. Die Durchführungen 120 und 125 stellen elektrische Durchführungsanschlussklemmen für den Kondensator 265 zur Verfügung und sammeln die zusammengeführten Anodenfahnen 232 und die zusammengeführten Kathodenfahnen 233 innerhalb der Basisabschnitte 121 und 126 für elektrische und mechanische Schaltverbindung.
In einem Verfahren zur Herstellung von Fahnenschaltverbindungen und Durchführungsanschlussklemmenverbindungen wird zuerst ein Durchführungsdraht zur Konstruktion der Durchführungen 120 und 125 bereitgestellt, wie in den 9 und 10 dargestellt. In einer Ausführungsform ist ein bevorzugter Durchführungsdraht Aluminium, der eine Reinheit größer als oder gleich zu 99.99% und einen Durchmesser von 0,020 Zoll (0,510 mm) aufweist. Der Draht wird auf vorbestimmte Längen ge- bzw. beschnitten zur Verwendung in der Anodendurchführung 120 oder Kathodendurchführung 125. Ein Ende des beschnittenen Drahtes wird derart gewickelt, dass sein Innendurchmesser oder Innenmaß etwas kleiner als der Durchmesser oder das Maß ist, der/das zum Umgeben bzw. Umschlingen zusammengeführter Anodenfahnen 232 oder zusammengeführter Kathodenfahnen 233 erforderlich ist.
Die zusammengeführten Anodenfahnen 232 werden als nächstes zusammengeführt oder in ein Bündel durch Bördeln zusammen gebracht und der Innendurchmesser 131 der Anodendurchführungswicklungsanordnung 120 wird über die zusammengeführten Anodenfahnen 232 derart platziert, dass sich der Anodendurchführungsstift 130 auswärts weg von der Basisschicht von zusammengeführten Anodenfahnen 232 erstreckt. Gleichermaßen werden die zusammengeführten Kathodenfahnen 233 zusammengeführt und der Innendurchmesser 136 der Kathodendurchführungswicklungsanordnung 125 ist über die zusammengeführten Kathodenfahnen derart platziert, dass sich der Kathodendurchführungsstift 135 auswärts weg von der Basisschicht von Kathodenfahnen 233 erstreckt. Die gewickelten Basisabschnitte 121 und 126 der Anoden- und Kathodendurchführungen 120 und 125 werden dann insbesondere auf die Anoden- und Kathodenfahnen 232 und 233 gebördelt, gefolgt von dem Beschneiden der distalen Enden davon, insbesondere derart, dass die so gebildeten Bördel im Wesentlichen senkrecht zu imaginären Achsen 234 und 235 der Fahnen 232 und 233 orientiert werden. Das Schneiden der distalen Enden kann auch bei anderen nicht senkrechten Winkeln bezüglich der imaginären Achsen 234 und 235 durchgeführt werden, was aber weniger bevorzugt ist.
Eine Bördelkraft wird an die Durchführungswicklungen 121 und 126 und die Fahnen 232 und 233 während eines nachfolgenden bevorzugten Schweißschrittes angewandt. In einem Verfahren ist es bevorzugt, dass die gebördelten Anoden- und Kathodendurchführungen entlang des Kopfabschnitts der beschnittenen Kante von den distalen Enden an die Anoden- und Kathodenfahnen 232 und 233 lasergeschweißt oder ultraschallgeschweißt werden. Anschließend an das Schweißen der Durchführungen 120 und 125 jeweils an die zusammengeführten Anodenfahnen 232 und die zusammengeführten Kathodenfahnen 233 werden die Stifte 130 und 135 zum Einführen durch die Durchführungslöcher 142 und 143 des Behälters 90 gebogen.
Viele verschiedene Ausführungsformen von den Durchführungen und Mittel zum Verbinden der Durchführungen an Anoden- und Kathodenfahnen existieren neben jenen, die explizit in den Figuren dargestellt sind. Zum Beispiel enthalten die Durchführungen Ausführungsformen, die Basisabschnitte mit offenen Seiten umfassen, die im Querschnitt „U"- oder „T"-Formen bilden, die eine Spule mit einer Drhatwicklung bilden, der eine Spule mit drei oder mehrere Drahtwicklungen aufweist, die von einem Flachdraht gebildet sind, oder die Basisabschnitte, die von Falzhülsen aus Metall gebildet sind zum Verbinden von Durchführungsstiften 130 und 135 an die Anoden- und Kathodenfahnen 232 und 233. Verschiedene Herstellungsverfahren von Fahnenschaltverbindungen und Durchführungsverbindungen, die für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend sind, werden in dem '133 Patent offenbart, welchem zum Fertigstellen der Fertigung des Kondensators 265 gefolgt werden kann.
10 zeigt eine perspektivische Explosionsdraufsicht des Kondensators 265 von 9 in einem teilweise montierten Zustand. Der Behälter 90 enthält darin Mittel zur Aufnahme einer Anodenendhülse bzw. -metallkappe 95, dargestellt in den 9 und 10 als Anodendurchführungsloch oder -öffnung 142. Der Behälter 90 enthält ferner Mittel zur Aufnahme einer Kathodenendhülse bzw. -metallkappe 100, dargestellt in den 9 und 10 als Kathodendurchgangsloch oder -öffnung 143. Der Behälter 90 umfasst ferner Mittel zur Aufnahme einer Füllöffnungsendhülse – bzw. metallkappe 105, dargestellt in den 9 und 10 als Füllöffnungsloch 139. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter 90 und die Abdeckung 110 aus Aluminium gebildet und elektrisch mit den Kathodenschichten verbunden, und wo der Behälter 90 und die Abdeckung 110 bei demselben elektrischen Potential wie die Kathodenschichten sind, zum Beispiel bei negativen Potential.
Die Endhülsen bzw. Endkappen 95, 100 und 105 werden insbesondere an den Behälter 90 geschweißt (oder auf andere Weise dazu befestigt wie beispielsweise durch einen geeigneten Epoxydharzkleber, Klebstoff, Lötmittel, Leim oder dergleichen), und umfassen zusammen eine Behälterunterbaugruppe 108. Radiale Flansche in der Anodenendhülse 95 und der Kathodenendhülse 100 stellen einen Bereich zur Herstellung einer Überlappung zwischen der Seitenwand des Behälters 90 und um die Umfänge der Durchführungsendhülsenlöcher 142 und 143 bereit. In bevorzugten Verfahren wird eine Umfangsschweißstelle in der Umfangsverbindungsstelle zwischen den Endhülsen und der Behälterseitenwand 92 hergestellt und das Schweißen wird in zwei primären Schritten durchgeführt. Zuerst wird eine Reihe von Haftschweißstellen um den Umfang der Verbindungsstelle herum gemacht. Die Haftschweißstellen sind insbesondere entweder durch Herstellung von angrenzenden, aufeinander folgenden Haftschweißstellen um den Umfang oder durch Herstellung einer ersten Haftschweißstelle bei einer ersten Stelle bzw. Position entlang des Umfangs, Herstellung einer zweiten Schweißstelle diametral entgegengesetzt von der ersten Schweißstelle entlang des Umfangs, Herstellung einer dritten Schweißstelle, angrenzend an die erste Schweißstelle, Herstellung einer vierten Schweißstelle, angrenzend an die zweite Schweißstelle, und so weiter. Schließlich wird eine letzte Abschlussschweißstelle um den gesamten Umfang herum gemacht, um die Haftschweißverbindung 93 hermetisch abzudichten.
Die Drahtführungen 140 und 141 zentrieren Stifte innerhalb des Innendurchmessers der Endhülsen, um den Anoden- und Kathodenstiften 130 und 135 zu ermöglichen, von der inneren Behälterfläche 90, Anodenendhülse 95 und Kathodenendhülse 100 elektrisch isoliert zu sein. Die Drahtführungen 140 und 141 können selbst elektrisch isoliert sein und die elektrische Isolierung der Stifte 130 und 135 des Behälters 90 und der anderen Komponenten ist insbesondere mittels Potting- bzw. Vergusskleber 160 verbessert.
Die Drahtführungen 140 und 141 enthalten insbesondere ringförmige, rampenartige bzw. geneigte oder („snap-in") Einrastmerkmale, die darin integral gebildet sind. Jene Merkmale verhindern die Drahtführungen 140 und 141 daran aus ihren entsprechenden Endhülsen während der Verarbeitung herausgedrückt zu werden, aber sind insbesondere derart gebildet, dass das Einführen der Drahtführungen 140 und 141 in ihre entsprechenden Endhülsen stattfinden kann, wobei Kräfte angewandt werden, die ausreichend gering sind, um den Behälter oder die Endhülse 95 oder 100 während des Einführungsschrittes nicht zu beschädigen.
Die Drahtführungen 140 und 141 können aus einer beliebigen breiten Vielfalt. von elektrisch isolierenden Materialien gebildet werden, die stabil in der Umgebung eines Elektrolytkondensators sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material, aus dem die Drahtführungen 140 und 141 hergestellt sind, ein Spritzguss-Polysulfon, das als AMOCO UDEL bekannt ist, geliefert von Amoco Performance Products of Atlanta, Georgia. In anderen Ausführungsformen können die Drahtführungen 140 und 141 aus anderen chemisch resistenten Polymeren gebildet werden wie fluorhaltige Kunststoffe (zum Beispiel ETFE, PTFE, ECTFE, PCTFE, FEP, PFA oder PVDF), Fluorelastomeren, Polyester, Polyamide, Polyethylene, Polypropylene, Polyacetale, Polyetherketone, Polyacrylketone, Polyethersulfone, Polyphenylsulfone, Polysulfone, Polyacrylsulfone, Polyetherimide, Polyimide, Poly(amide-imide), PVC, PVDC-PVC Copolymere, CPVC, Polyfurane, Poly(phenylensulfide), Epoxydharze, Silikonelastomere, Nitrilkautschuke, Chloropren-Polymere, chlorsulfonierte Kautschuke, Polysulfid-Kautschuke, Ethylen-Propylen-Elastomere, Butylkautschuke, Polyacryl-Kautschuke, faserverstärkte Kunststoffe, Glas, Keramik und andere geeignete elektrisch isolierende, chemisch kompatible Materialien.
Wie hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, die vorhergehenden Akronyme weisen die folgenden Bedeutungen auf: Das Akronym „ETFE" bedeutet Polyethylen-co-tetrafluorethylen); das Akronym „PTFE" bedeutet Polytetrafluorethylen; das Akronym „CTFE" bedeutet Poly(ehylen-co-chlortrifluorethylen); das Akronym „PCTFE" bedeutet Polychlortrifluorethylen; das Akronym „FEP" bedeutet fluoridiertes Ethylen-Propylen-Copolymer; das Akronym „PFA" bedeutet Perfluoralkoxy-Fluorpolymer; das Akronym „PVDF" bedeutet Polyvinylidenfluorid; das Akronym „PVC" bedeutet Potyvinylchlorid; das Akronym „PVDC-PVC" bedeutet Polyvinylidenchlorid-Polyvinylchlorid-Copolymer und das Akronym „CPVC" bedeutet chloriertes Polyvinylchlorid.
Ein bevorzugtes Material zum Formen bzw. Bilden einer Klemmenleiste 145 ist ein Spritzguss-Polysulfon, das als AMOCO UDEL bekannt ist, geliefert von Amoco Performance Products of Atlanta, Georgia. Klemmenleiste 140 kann auch aus beliebigen geeigneten chemisch resistenten thermoplastischen Polymeren gebildet werden wie einen fluorhaltigen Kunststoff (zum Beispiel ETFE, PTFE, ECTFE oder PCTFE, FEP, PFA, PVDF), Polyester, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyacetal, Polyacrylketon, Polyethersulfon, Polyphenylsulfon, Polysulfon, Polyacrylsulfon, Polyetherimide, Polyimid, Polyamid-imid), PVC, PVDC-PVC Copolymer, CPVC, Polyfuran, Poly(phenylensulfid), Epoxydharz oder fiberverstärkten Kunststoff.
In einer Ausführungsform wird die Klemmenleiste 145 an der Anodenendhülse 95 und der Kathodenendhülse 100 platziert durch Führen des Anodendurchführungsstifts 130 durch das Anodendurchführungsloch 300 der Klemmenleiste und dann Führen des Kathodendurchführungsstifts 135 durch das Kathodendurchführungsloch 305 der Klemmenleiste. Die Klemmenleiste 145 wird als nächstes bündig gegen die Außenfläche des Behälters 90 gesetzt. Der Anodendurchführungsstift 130 wird dann in einen Anodenbördelschlauch 150b eines Kabel- bzw. Drahtbündels 155 eingeführt. Der Kathodendurchführungsstift 135 wird dann in einen Kathodenbördelschlauch 150a des Drahtbündels 155 eingeführt. Die Bördelschläuche 150a und 150b werden dann an die Durchführungsstifte 130 und 135 gebördelt.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen können elektrische Verbindungen in der Klemmenleiste 145 eingeführt werden durch Verwendung von Techniken wie Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und Laserschweißen. In solchen Verbindungstechniken kann die Verbindungsgeometrie auch eine Draht-Draht-Schweißverbindung zwischen dem Durchführungsdraht 130 oder 135 und eines Bündeldrahts 151 oder 152 sein.
Die distalen oder Basisabschnitte der Bördelschläuche 150a und 150b werden jeweils an die isolierte Anodenleitung 151 und die isolierte Kathodenleitung 152 gebördelt. Die isolierten Leitungen 151 und 152 werden gleichermaßen an eine Anschlussklemme bzw. einen End verbinder 153 verbunden. Die Anschlussklemme 153 kann insbesondere mit dem Elektronikmodul 360 verbunden werden. Standardverfahren zur Herstellung des Aluminium-Elektrolytkondensators bieten sich nicht offensichtlich zu kleinen Bördelverbindungen an, insbesondere in miniaturisierten ICD-Konstruktionen. Ein bevorzugtes Verfahren ermöglicht, dass kleine Bördelverbindungs- und Bördelschaltverbindungsmittel gebildet werden und ermöglicht ferner eine hohe Verpackungseffizienz in ICD-IPG 10.
In dem oben beschriebenen bevorzugten Verfahren stellen die Klemmenleiste 145 und das Epoxydklebemittel Zugentlastung an den Durchführungsstiften 130 und 135 und an den Durchführungsdraht-Bördelverbindungen bereit und stellen ferner eine Epoxyddichtung zwischen den Drahtführungen 140 und 141, dem Behälter 90 und den Endhülsen 95 und 100 bereit. Die Bördelschläuche können auch als ein Verbindungspunkt für Vorrichtungspegelanordnung dienen. Alternativ können die Bördelschläuche innerhalb des Drahtbündels 155 vor der Kondensatoranordnung integriert werden. Das Drahtbündel kann dann als ein Mittel zum Routen von elektrischen Verbindungen des Kondensators dienen wie es zum Beispiel in Vorrichtungspegelanordnungsschritten gewünscht ist. In der Ausführungsform, die in den 10 und 11 dargestellt sind, bildet die Anschlussklemme 153 das Buchsenende eines Schiebekontakts. In einer anderen Ausführungsform wird die Anschlussklemme 153 mit anderen Modulen durch Widerstandsspotschweißen, Ultraschalldrahtbonden, Weichlöten, Bördeln oder anderen Befestigungsmitteln verbunden.
Die besondere Konfiguration und Fabrikation von den Durchführungen, den Verbindungen dazu, der Anschlussklemme, des Drahtbündels, etc. sind für die vorliegende Erfindung nicht wichtig. Weitere Details in Bezug auf die Fabrikation der dargestellten exemplarischen Form der Durchführungen, internen und externen Verbindungen dazu, der Anschlussklemme, des Drahtbündels, etc. werden im Detail in dem '133 Patent dargelegt.
11 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform des montierten Kondensators 265 mit der nicht vorhandenen Abdeckung 110 und ohne eine Behälterzwischenlage, welche die Elektrodenstapelanordnung 225 von dem Behälter 90 und der Abdeckung 110 trennt. In einer Ausführungsform wird der Leerraumabschnitt der Elektrodenanordnung 225 (hier als Leerraum 230 bezeichnet) von dem Behälter 90 und der Abdeckung 110 isoliert. Die Mittel, durch welche die Leerraumisolation zur Verfügung gestellt werden kann, umfassen in Form herge stellte, thermisch geformte ausgestanzte oder mechanisch geformte isolierende Materialien oder Mittel, wo die Materialien oder Mittel in der Umgebung eines Elektrolytkondensators stabil sind. Geeignete Materialien, aus denen Leerraumisolatoren gebildet werden können, umfassen all jene aufgelisteten, hier oben in Bezug genommenen Materialien zum Bilden der Drahtführungen 140 und 141. Ein anderes Mittel zum Bereitstellen von Leerraumisolation ist, ein elektrisches Isolationsband, ähnlich zum Wickelband 245, um den Leerraum 230 herum zu wickeln, um die Anoden- oder Kathodenanschlussklemmen vor der Kontaktierung des Behälters 90 oder der Abdeckung 110 oder voneinander zu bewahren. Verschiedene Bördel- und Verbindungskonfigurationen zum Verbinden der Abdeckung 110 mit dem Behälter 90 werden im Detail in dem '133 Patent beschrieben. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Leerraumisolation durch eine Behälterzwischenlage 300, die weiter unten beschrieben wird, zur Verfügung gestellt werden. 11 kann auch ein tieferes Halbteilstück der unten beschriebenen Behälterzwischenlage 300 umfassen (in 11 nicht sichtbar), in die die Elektrodenstapelanordnung 225 hinein verschachtelt ist. Ein oberes Halbteilstück würde über die Elektrodenstapelanordnung nach der Fertigstellung der oben beschriebenen elektrischen Verbindungen befestigt werden zum Verbinden der Durchführungsstifte 130 und 135 an die Anoden- und Kathodenfahnen 232 und 233.
Nachdem alle Schweißschritte abgeschlossen sind, wird die innere Behälterkammer des Kondensators 265 mit einem Elektrolyt durch eine Füllöffnung 107 gefüllt, die in ein Loch 139 in der Seitenwand des Kondensatorbehälters 90 geschweißt ist, der Kondensator ausgehärtet, das Füllöffnungslumen geschlossen und der Kondensator getestet. Die Kondensatoraushärtung, die Füllöffnungskonstruktion, die Einfüllanwendung des Kondensatorinnenbehälters mit einem Elektrolyt und das Schließen des Füllöffnungslumen sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend und Beispiele von demselben werden im Detail in dem '133 Patent offenbart. Anwendungen in implantierbaren Defibrillatoren können erfordern, dass zwei Kondensatoren 265 in Reihe geschaltet werden. In dieser Ausführungsform wird ein Isolator durch ein doppelseitiges Klebemittel zur Verfügung gestellt, das zwischen den Kondensatoren 265 angeordnet ist, so dass sie entlang der gegenüberliegender Flächen mit dem Isolator/Klebemittelstreifen verbunden werden, der dazwischen angeordnet ist. Das Paar Kondensatoren 265 wird dann zur Anordnung in dem ICD-IPG 10 bereitgestellt, wie oben dargestellt und beschrieben mit Bezug auf die 3(a) bis 3(g).
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung definieren die Kondensatorbehälterunterbaugruppe 108 und die Behälterabdeckung 110 von 9 eine innere Behälterkammer 93, wenn sie, wie oben beschrieben, bei der oberen Kante der Behälterseitenwand hermetisch zusammenverschweißt werden. Der Behälter 90 weist eine Basis 96 auf die durch eine periphere Basiskante bei der Verbindungs- bzw. Kontaktstelle der Basis 96 und der Seitenwand 91 begrenzt wird, die sich aufwärts bei einem rechten Winkel davon zu einer Behälteröffnungskante 94 zum Empfangen der Abdeckung 110 erstreckt, wobei die innere Behälterkammer eine Behälterkammerperipherie 97 aufweist, die in der Form der peripheren Basiskante entspricht und durch die innere Behälterseitenwandfläche 92 begrenzt wird.
Die Elektrodenstapelanordnung 225, die innerhalb der inneren Behälterkammer 93 positioniert ist, ist dimensioniert, um eine Stapelperipherie 226 aufzuweisen, die in Anschlussrelation mit der Behälterkammerperipherie konfiguriert ist, definiert durch die innere Behälterseitenwandfläche 92, wie in den 10, 11, 13(a) und 13(b) dargestellt. Wie oben beschrieben, umfasst die Elektrodenstapelanordnung 225 eine Vielzahl von Kondensatorschichten 227a–227h und untere und obere Separatorschichten 165a und 165b. Die Kondensatorschichten 227a–227h und die Separatorschichten 165a und 165b werden in der Registrierung auf einander und zwischen der Behälterbasis 96 und der Abdeckung 110 bis auf eine Stapelhöhe 223 gestapelt. Die Kantenbereiche der zwei Kondensatorschichten 227b und 227c sind in 13(a) ohne eine Zwischenlage und in 13(b) mit einer Behälterzwischenlage 300 dargestellt.
Wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben und wie in den 13(a) und 13(b) dargestellt, umfasst jede Kondensatorschicht 227a–227h eine Kathodenschicht 175a–175h, die ein periphere Kathodenkante 175a'–175h' aufweist, die sich zur inneren Behälterseitenwand 92 ganz durch einen Hauptabschnitt 229 der Behälterkammerperipherie 97 (11) erstreckt und eine Kathodenfahne 176a–176h aufweist, die sich in dem Leerraum 230 zur Behälterseitenwand 92 in einem Unterabschnitt 231 der Behälterkammerperipherie 97 erstreckt. Daher besteht die Stapelperipherie 226 aus einer ähnlichen Hauptperipherielänge 229, die dem Hauptabschnitt 229 und einer kleinen Peripherielänge 241 entspricht, die dem Unterabschnitt 231 bei dem Leerraum 230 entspricht, wie in den 7 und 8 dargestellt. Die Stapelperipherie 226 ist in der Form durch die Hauptperipherielänge 228 zu der Form des Hauptabschnitts 229 der Behälterkammerperipherie 97 eng beabstandet und konfiguriert.
Jede Kondensatorschicht 227a–227h umfasst auch eine Anodenunterbaugruppe 170a–170h, die zumindest eine Anodenschicht 185 und/oder 190 umfasst, die eine periphere Anodenunterbaugruppenkante 170a'–170h' aufweist, die sich zur Behälterseitenwand 92 durch den Hauptabschnitt 229 erstreckt und eine Anodenfahne 195a–195h aufweist, die sich in dem Leerraum 230 zur inneren Behälterseitenwandfläche 92 in dem Unterabschnitt 231 der Behälterkammerperipherie 97 erstreckt.
Jede Kondensatorschicht 227a–227h umfasst auch die elektrolyttragende innere Separatorschicht 180, die von zwei Separatorschichtlagen 180a und 180b gebildet werden, wie in den 4, 13(a) und 13(b) dargestellt. Jede Separatorschicht 180 weist eine periphere Separatorkante 180' auf, die sich zur inneren Behälterseitenwand 92 erstreckt. Die Separatorschichten 180, die zwischen jeder angrenzenden Anodenunterbaugruppe und Kathodenschicht angeordnet sind, trennen elektrisch jede Anodenunterbaugruppe von jeder angrenzenden Kathodenschicht der gestapelten Kondensatorschichten.
In Bezug auf die Ausführungsform von 13(a), es ist bevorzugt, die Separatorschicht 180 derart zu schneiden oder anderweitig zu bilden, dass ihre äußere periphere Kante 180' die äußerste Fläche der Stapelperipherie 226 ist und eng mit der von der Behälterkammerperipherie 97 übereinstimmt, so dass die äußeren peripheren Kanten 180' die angrenzende innere Seitenwandfläche 92 kontaktieren. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Peripherie der Separatorschicht innerhalb ± 0,009 Zoll von der angrenzenden Seitenwandfläche 92 angeordnet. Solch genaue Konformität zwischen der peripheren Kante 180' und den entsprechenden internen Seitenwänden des Behälters 90 ist entdeckt worden, um den Vorteil der Ermöglichung, die Separatorschichten 180 fest an der Stelle der Elektrodenstapelanordnung 225 in dem Behälter 90 zu immobilisieren oder zu sichern, bereitzustellen. Diese Immobilisierung tritt auf, da das Separatorpapier, das Separatorschichten 180 bildet, anschwillt, nachdem der Elektrolyt durch das Lumen der Füllöffnung 107 in die innere Behälterkammer 93 von dem anderweitig montierten und abgedichteten Kondensator 265 hinzugefügt wird.
Weiter in Bezug auf 13(a), in jede Kondensatorschicht 227b, 227c usw. werden die peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe 170b', 170c' usw. bei einem ersten Abstand D1 von den peripheren Kanten der Separatorschicht 180' und der inneren Behälterseitenwandflä che 92 ganz durch den Hauptabschnitt 229 von der Behälterkammerperipherie 97 angeordnet. Die peripheren Kathodenkanten 175a', 175b', 175c', usw. werden bei einem zweiten Abstand D2 von der inneren Behälterseitenwandfläche 92 und den peripheren Kanten der Separatorschicht 180' ganz durch den Hauptabschnitt 229 von der Behälterkammerperipherie 97 angeordnet. In diesem Beispiel ist der zweite Abstand D2 größer als der erste Abstand D1 und eine Trennungsdifferenzdistanz D3 = D2 – D1. Die Distanz D1 ist insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 0,015 bis 0,040 Zoll (0,381 bis 1,016 mm). Die Distanz D2 ist insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 0,030 bis 0,040 Zoll (0,762 bis 1,016 mm). Die Distanz D3 ist insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 0,000 bis 0,015 Zoll (0,000 bis 0,381 mm).
In der Ausführungsform von 13(a) bildet die Distanz D1 die „Separatorauskragung". Die Abnahme des Betrages der Separatorauskragung vergrößert den Gesamtbetrag von „aktivem" verfügbarem Elektrodenmaterial und die resultierende Energiedichte von einer gegebenen Kondensatorkonstruktion. Es ist daher aus der Optimierungsperspektive der Energiedichte nützlich, den Betrag oder Grad der Separatorauskragung zu verkleinern. Der Betrag der notwendigen Separatorauskragung ist entwickelt worden, um primär eine Funktion der aufgestapelten Toleranzcharakteristik des verwendeten Stapelverfahrens zu sein. In bekannten Zylinderkondensatoren entdeckten wir, dass der Betrag der Separatorauskragung typischerweise in der Größenordnung von 0,100 Zoll (2,5 mm) liegt.
In der Ausführungsform, die in 13(b) dargestellt ist, wird eine Seitenwand einer elektrisch isolierenden Behälterzwischenlage 300 zwischen die innere Seitenwandfläche 92 und den peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe 170b', 170c' usw., den peripheren Kanten der Separatorschicht 180' und den peripheren Kanten der Kathodenschicht 175a', 175b', 175c' usw. zwischengeschaltet bzw. eingefügt. In dieser Ausführungsform besetzt die Seitenwand der Behälterzwischenlage die Distanz D1 und die peripheren Kanten der Separatorschicht 180' und die peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe 170b', 170c', usw. sind alle ungefähr bei der Distanz D1 von der Seitenwandinnenfläche 92. Bevorzugter Weise reicht der Abstand D3 von 0,050 bis 0,100 Zoll (0,125 bis 0,250 mm), insbesondere von 0,005 bis 0,050 Zoll (0,013 bis 0,125 mm) unter Berücksichtigung der Maximierung der Größe von den Anoden- und Kathodenschichten der Elektrodenstapelanordnung 225. Die Trennungsdifferenzdistanz D3 bleibt bei D3 = D2 – D1. Aber in dieser Ausführungsform kann D1 viel dünner hergestellt werden, in dem Bereich von ungefähr 0,001 bis 0,100 Zoll (0,025 bis 0,254 mm) und insbesondere in dem Bereich von ungefähr 0,003 bis 0,005 Zoll (0,075 bis 0,127 mm). Daher können die Anodenschichten größer hergestellt werden, wobei die Energiespeicherkapazität um ungefähr 4% erhöht wird.
Auf diese Weisen erstrecken sich die peripheren Kanten der Anodenschicht von den Anodenunterbaugruppen 170a–170h von den gestapelten Kondensatorschichten 227a–227h enger an die innere Behälterseitenwandfläche 92 als die peripheren Kanten der Kathodenschicht 175a'–175h' ganz durch den Hauptabschnitt 229 von der Behälterkammerperipherie 97. Die Tendenz von irgendeiner einzelnen peripheren Kante von den äußersten Anodenschichten von den peripheren Kanten der Anodenunterbaugruppe 170a'–170h' sich zu einer angrenzenden peripheren Kante der Kathodenschicht 175a'–175h' in der Stapelhöhenrichtung erstrecken, veranlasst die Anodenschichtkanten, die eine solche Tendenz aufweisen, eine angrenzende Anodenschicht, nicht eine dazwischen liegende Kathodenschicht, zu kontaktieren. Daher, irgendeine solche Kantenverformung, die vorhanden ist, oder irgendwelche an den Anodenschichtkanten vorhandenen Kantengrate oder -überreste verursachen, dass die Anodenschichten sich gegenseitig berühren und elektrisches Kurzschließen der Anoden- und Kathodenschichten wird vermieden.
14 zeigt eine Draufsicht von solch einer Ausführungsform des montierten Kondensators 265 mit der nicht vorhandenen Abdeckung 110 und mit der Behälterzwischenlage 300, die die Elektrodenstapelanordnung 225 von dem Behälter 90 und der Abdeckung 110 trennt. Die Behälterzwischenlage 300 stellt eine isolierende Sperrschicht bzw. Barriere bereit, die um die Elektrodenstapelanordnung 225 positioniert ist, um die Stapelperipherie 226 ganz durch den Hauptabschnitt 229, der in 9 illustriert ist, zu bedecken und um auch einen Kantenbereich der äußeren Separatorschichten 165a und 165b zu bedecken. Die Anschlussklemme des Drahtbündels 145 wird mit dem Elektrodenstapel 108 durch den Behälter 90, wie oben beschrieben, gekoppelt.
15 illustriert eine Behälterzwischenlage 300, wie in 14 verwendet, um die Elektrodenstapelanordnung 225 zu umschließen. In dieser illustrierten Ausführungsform wird die Behälterzwischenlage 300 in einem oberen Halbteilstück 308 und einem unteren Halbteilstück 310 konstruiert. Die Elektrodenstapelanordnung 225 ist innerhalb der oberen und unte ren Halbteilstücke 308 und 310 in der Anordnung, wie in 15 dargestellt, positioniert. Eine Seitenwand der Behälterzwischenlage 306, die sich ganz durch den Hauptabschnitt 229, der in 9 illustriert ist, erstreckt, wird gebildet, wenn die Anordnung, wie in 15 dargestellt, abgeschlossen bzw. vollendet ist. Ein Ausschnittsabschnitt 312 ist in der Seitenwand der Behälterzwischenlage 306 in dem Unterabschnitt 231 von der Behälterkammerperipherie 97 hergestellt, dargestellt in 11, um elektrische Verbindungen von den Durchführungsstiften 130 und 135 jeweils mit den Anoden- und Kathodenfahnen 232 und 233 zu vereinfachen. Die elektrischen Verbindungen werden hergestellt nachdem das untere Zwischenlagenhalbteilstück 310 in die innere Behälterkammer 93 platziert ist und die Elektrodenstapelanordnung in das untere Halbteilstück, wie in 11, eingesetzt ist. Die elektrischen Verbindungen, die in den 9–11 illustriert sind, werden abgeschlossen und das obere Halbteilstück der Behälterzwischenlage 308 wird über die obere Fläche der Elektrodenstapelanordnung platziert. Ein weiteres ausgeschnittenes Loch ist in den oberen und unteren Halbteilstücken 308 und 310 ausgerichtet mit der Füllöffnung 107 bereitgestellt, um Dichtigkeitsprüfung und Einleitungen von dem Elektrolyt zu erlauben, wie zum Beispiel in dem '133 Patent beschrieben.
Die Behälterzwischenlage 300 ist aus einer geeigneten Dicke von elektrisch isolierenden Material hergestellt, das von der mechanischen Konstruktion der Elektrodenstapelanordnung 225, dem Betrag der Separatorschichtauskragung, der gewünschten Trennungsdistanz D1 zwischen der Elektrodenstapelperipherie 226 und der Behälterseitenwandfläche 92, etc. abhängig ist. In einer Ausführungsform ist die Wanddicke der Zwischenlage in dem Bereich von 0,001 bis 0,100 Zoll (0,025 bis 0,254 mm) und insbesondere in dem Bereich von 0,003 bis 0,005 Zoll (0,075 bis 0,127 mm). Die Wanddicke der Zwischenlage ist auch eine Funktion von der Art des Isolatormaterials, aus welchem die Zwischenlage 300 hergestellt ist.
In einer Ausführungsform ist die Zwischenlage 300 aus einem Polymermaterial oder einem Polymergemischmaterial hergestellt, und in einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polymermaterial Polysulfon. Andere geeignete Polymermaterialien umfassen Polypropylen, Polyethylen und ETFE. Optional kann die Zwischenlage 300 aus anderen isolierenden Materialien gebildet werden wie jene Materialien, die hier vorher zur Konstruktion von Drahtführungen 140 und 141 offenbart wurden. Die Zwischenlage 300 wirkt als ein Separator zwischen der Elektrodenstapelperipherie 226 und der Behälterseitenwandfläche 92 und könnte daher aus porösen Materialien hergestellt oder porös gemacht werden, zum Beispiel durch das aufweisen von Löchern dadurch. Andere geeignete elektrisch nicht leitende Materialien für die Zwischenlage 300 werden für Fachleute offensichtlich werden nach dem Lesen der vorliegenden Anmeldung.
Die mechanische Konstruktion von der Zwischenlage 300 kann mehrere verschiedene Konfigurationen einnehmen, die von der Konfiguration der Elektrodenstapelanordnung 225 abhängig sind. In Anwendungen, bei denen die gewünschte Form der Kondensatoranordnung 64 eine niedrige Dicke zum Seitenverhältnis aufweist, wird eine gestapelte Plattenelektrodenkonstruktion 108 bevorzugt, um eine optimale Energiedichte zu erzielen. Die Zwischenlage 300 kann von einer Einzelteil-, einer Zweiteilanordnung oder optional mit einer Mehrfachkomponentenkonstruktion konstruiert werden. Verschiedene Ausführungsformen von mechanischen Konstruktionen von der Zwischenlage 300 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verwendung von der Zwischenlage 300 erstreckt sich zu zylindrischen oder anderen Anordnungsformen 64. Obwohl die Zwischenlage 300 insbesondere thermogeformt oder in einer Form hergestellt ist, kann die Zwischenlage 300 in einer anderen bevorzugten Ausführungsform an der Innenseite des Behälters 100 oder auf der Elektrodenstapelanordnung 225 beschichtet oder aufgebracht bzw. abgelagert werden. In dieser Ausführungsform ist die Zwischenlage 300 insbesondere weniger als 0,050 Zoll (0,127 mm) und insbesondere weniger als 0,001 Zoll (0,025 mm) und insbesondere weniger als 0,0005 Zoll (0,0013 mm) dick.
Obwohl nur einige exemplarische Ausführungsformen eines Kondensators 265, in welchen die vorliegende Erfindung vorteilhafter Weise implementiert ist, oben im Detail beschrieben worden sind, wird es für Fachleute leicht offensichtlich sein, dass mehrere Modifikationen in den exemplarischen Ausführungsformen möglich sind ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind alle solche Modifikationen beabsichtigt, um innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung enthalten zu sein, wie in den folgenden Ansprüchen definiert.
Die vorhergehenden spezifischen Ausführungsformen sind illustrativ von einer Kondensatorstruktur und einem Herstellungsverfahren davon und seine Einfügung in eine IMD gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich daher, dass andere Zweckmäßigkeiten, die für Fachleute bekannt oder hier offenbart sind und vor dem Anmeldetag von dieser Anmeldung existieren oder zu einem späteren Zeitpunkt entstehen, verwendet werden können ohne von der Erfindung oder dem Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche abzuweichen. In den Ansprüchen sind Klauseln beabsichtigt, die „funktionale Merkmale" umfassen, um die Strukturen abzudecken, die hier verwendet werden, wie das Aufführen der rezitierten Funktionen und nicht nur strukturelle Äquivalente, aber auch äquivalente Strukturen.

Claims

Implantierbare medizinische Vorrichtung, welche ein Gehäuse (340/350); ein elektronisches Modul (360), welches innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; eine Energiequelle (380), welche innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit dem Elektronikmodul gekoppelt ist; und einen elektrolytischen Kondensator (265) besitzt, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit dem Elektronikmodul gekoppelt ist, wobei der Kondensator einen Behälter (90) mit einer Basis (96) und eine Abdeckung (110) umfasst, welche dicht gegen die Basis ist, um eine Behälterseitenwand (91) zu definieren, sowie eine Elektrodenstapelanordnung (225), welche sich innerhalb des Inneren eines Behälters befindet und eine Vielzahl an Kondensatorschichten (227) beinhaltet, welche zueinander ausgerichtet lagegenau und zwischen der Behälterbasis und der Abdeckung aufgestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: jede Kondensatorschicht eine Anoden-/Kathodenunterbaugruppe umfasst, welche zumindest eine Anodenschicht (185) beinhaltet, welche eine periphere Anodenkante beinhaltet, die in einem ersten Abstand (D1) von der Behälterseitenwand angeordnet ist und eine Kathodenschicht (175), welche eine periphere Kathodenkante beinhaltet, die in einem zweiten Abstand von der Behälterwand angeordnet ist, wobei der zweite Abstand (D2) größer ist als der erste Abstand, wodurch sich die Anodenschichten der Anodenunterbaugruppen der gestapelten Kondensatorschichten näher zur Behälterseitenwand erstrecken als die Kathodenschichten der Kondensatorschichten, derartig, dass jede Anodenschichtkante, welche sich in der Stapelhöhenrichtung zu einer angrenzenden Kathodenschicht erstreckt, bewirkt, dass die Anodenschichtkante eine angrenzende Anodenschicht berührt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Abstand im Bereich von 0.375 bis 1.0mm (0.015 bis 0.040 in) liegt, und der zweite Abstand im Bereich von 0.75 bis 1.0mm (0.030 bis 0.040 in) liegt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche im Weiteren dadurch gekennzeichnet ist, dass: eine Vielzahl von elektrolyttragenden Separatorschichten (180) zwischen jeder angrenzenden Anodenunterbaugruppe und Kathodenschicht von jeder Kondensatorschicht angeordnet sind, wobei jede Separatorschicht eine periphere Kante aufweist, welche sich zur Behälterseitenwand hin erstreckt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die peripheren Kanten der Separatorschicht gegen die Behälterzwischenlagenseitenwand, den Hauptabschnitt der Behälterkammerperipherie durchgehend, drücken.
Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, im Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass eine Behälterzwischenlage (300) eine Zwischenlagenseitenwand umfasst, welche um die Peripherie des Stapels der Kondensatorschichten angeordnet ist, wobei die Behälterzwischenlage aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, um die periphere Kante der Anodenschicht der Anodenunterbaugruppe von der Behälterseitenwandinnenfläche elektrisch zu isolieren.