DE69931765T2 - Verfahren zur herstellung eines flachen elektrolytkondensators zur verwendung in einem defibrillator - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines flachen elektrolytkondensators zur verwendung in einem defibrillator Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf implantierbare medizinische Vorrichtungen wie etwa Defibrillatoren und AIDs und auf ihre verschiedenen Komponenten einschließlich flacher Elektrolytkondensatoren für diese sowie auf entsprechende Verfahren für deren Herstellung und deren Verwendung.
  • Implantierbare medizinische Vorrichtungen für die therapeutische Stimulation des Herzes sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Zum Beispiel ist im US-Patent Nr. 4.253.466, erteilt an Hartlaub u. a., ein programmierbarer Bedarfsschrittmacher offenbart. Der Bedarfsschrittmacher führt dem Herz Elektroenergie, typisch im Größenbereich zwischen etwa 5 und etwa 25 μJ, zu, um die Depolarisation des Herzgewebes zu beginnen. Dieses Stimulationsregime wird verwendet, um einen Herzblock zu behandeln, indem in Abwesenheit natürlich auftretender spontaner Herzdepolarisationen eine elektrische Stimulation zugeführt wird.
  • Eine weitere Form einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung für die therapeutische Stimulation des Herzes ist ein automatischer implantierbarer Defibrillator (AID) wie etwa jene, die im US-Patent Nr. Re. 27.757 an Mirowski u. a. und im US-Patent Nr. 4.030.509 an Heilman u. a. beschrieben sind. Diese AID-Vorrichtungen liefern an das Herz Energie (etwa 40 J), um das Ventrikelflimmern des Herzes zu unterbrechen. Im Betrieb erfasst die AID-Vorrichtung das Ventrikelflimmern und liefert über weit beabstandete Elektroden, die sich außerhalb des Herzes befinden, einen asynchronen Hochspannungsimpuls an das Herz und imitiert somit die transthorakale Defibrillation. Die Technik von Heilman u. a. erfordert sowohl eine begrenzte Brustkorberöffnung zur Implantation einer Elektrode in der Nähe der Herzspitze als auch ein pervenöses Elektrodensystem, das sich in der oberen Hohlvene des Herzes befindet.
  • Ein weiteres Beispiel eines implantierbaren Kardioverters des Standes der Technik enthält den Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillator (PCD), der im US-Patent Nr. 4.375.817 an Engle u. a. offenbart ist. Diese Vorrichtung erfasst das Einsetzen einer Tachyarrhythmie und enthält Mittel zum Überwachen oder Erfassen des Fortschreitens der Tachyarrhythmie, so dass fortschreitend höhere Energiepegel an das Herz angelegt werden können, um eine ventrikuläre Tachykardie oder ein Ventrikelflimmern zu unterbrechen.
  • Eine weitere Vorrichtung ist ein externer synchronisierter Kardioverter wie etwa der in "Clinical Application of Cardioversion" in Cardiovascular Clinics, 1970, Bd. 2, S. 239-260, von Douglas P. Zipes beschriebene. Dieser Typ einer externen Vorrichtung führt Kardioversionsstöße zu, die mit der Ventrikeldepolarisation synchronisiert sind, um sicherzustellen, dass die Kardioversionsenergie nicht während des verletzlichen T-Wellenabschnitts des Herzzyklus geliefert wird.
  • Ein weiteres Beispiel eines implantierbaren Kardioverters des Standes der Technik enthält die im US-Patent Nr. 4.384.585 an Douglas P. Zipes offenbarte Vorrichtung. Diese Vorrichtung enthält eine Schaltungsanordnung zum Erfassen der intrinsischen Depolarisationen des Herzgewebes sowie eine Impulsgenerator-Schaltungsanordnung, um synchron zu der erfassten Herzaktivität Stimuli mit mäßigem Energiepegel (im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 J) zu dem Herzen zu liefern.
  • Das funktionale Ziel eines solchen Stimulationsregimes ist es, Bereiche der Herzmuskulatur, die an der Entstehung und Erhaltung von Reentry-Tachyarrhythmien oder automatischen Tachyarrhythmien beteiligt sind, bei niedrigeren Energiepegeln mit höherer Sicherheit zu depolarisieren, als es mit der asynchronen Kardioversion möglich war. Die asynchrone Kardioversion birgt immer das Risiko, ein Ventrikelflimmern und den plötzlichen Tod herbeizuführen. Die synchrone Kardioversion liefert den Stoß zu einer Zeit, zu der der Großteil des Herzgewebes bereits depolarisiert und in einem Refraktärzustand ist. Weitere Beispiele automatischer implantierbarer synchroner Kardioverter enthalten jene von Charms im US-Patent Nr. 3.738.370.
  • Es wird erwartet, dass die erhöhte Sicherheit, die sich aus der Verwendung niedrigerer Energiepegel ableitet, und ihre begleitende verringerte Verletzung für die Herzmuskulatur sowie die niedrigere Größe implantierbarer medizinischer Vorrichtungen die Indikationen für die Verwendung über den vorhandene Patientenstamm automatischer implantierbarer Defibrillatoren hinaus erweitern. Da vielen Episoden eines Ventrikelflimmerns ventrikuläre Tachykardien (und in einigen Fällen supraventrikuläre Tachykardien) vorausgehen, kann die unverzügliche Beendigung der Tachykardie ein Ventrikelflimmern verhindern.
  • Folglich enthalten gegenwärtige Vorrichtungen für die Behandlung von Tachyarrhythmien die Möglichkeit der Programmierung abgestufter Therapien von Antitachykardie-Stimulationsregimes zusammen mit Kardioversionsenergiestoß- und Defibrillationsenergiestoßregimes, um die Arrhythmie, wenn möglich, mit den energiegünstigsten und am wenigsten verletzenden Therapien zu beenden. Außerdem können einige gegenwärtig implantierbare Tachykardievorrichtungen Ein- oder Zweikammer-Bradykardie-Stimulationstherapien liefern, wie sie etwa z. B. im US-Patent Nr. 4.800.833 an Winstrom, im US-Patent Nr. 4.830.006 an Haluska u. a. und im US-Patent lfd. Nr. 5.163.427 an Keimel für "Apparatus for Delivering Single and Multiple Cardioversion and Defibrillation Pulses", eingereicht am 14. November 1990, beschrieben sind. Darüber hinaus und wie auch in den vorstehenden '833-er, '006-er und '427-er Patenten beschrieben ist, wurden beträchtliche Untersuchungen vorgenommen, um die effizientesten Elektrodensysteme und Stoßtherapien zu ersinnen.
  • Anfangs wurden implantierbare Kardioverter und Defibrillatoren in der Weise vorgesehen, dass sie mit einem einzelnen Paar von Elektroden arbeiten, die an oder in das Herz angelegt wurden. Beispiele dieser Systeme sind in den oben erwähnten '757-er und '509-er Patenten offenbart, in denen Stöße zwischen einer in oder an dem rechten Ventrikel angeordneten Elektrode und einer zweiten, außerhalb des rechten Ventrikels angeordneten Elektrode geliefert werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass Zweielektroden-Defibrillationssysteme häufig unerwünscht hohe Energiepegel erfordern, um eine Defibrillation zu bewirken.
  • In einem Bemühen, die Menge der zum Bewirken einer Defibrillation erforderlichen Energie zu verringern, wurden zahlreiche Vorschläge hinsichtlich Mehrelektrodensystemen gemacht. Einige dieser Vorschläge sind im US-Patent Nr. 4.291.699 an Geddes u. a., im US-Patent Nr. 4.708.145 an Tacker u. a., im US-Patent Nr. 4.727.877 an Kallock und im US-Patent Nr. 4.932.407, erteilt an Williams, dargelegt, wo Serienimpuls-Mehrelektrodensysteme beschrieben sind. Serienimpulssysteme arbeiten auf der Grundlage der Annahme, dass Seriendefibrillationsimpulse, die zwischen verschiedenen Elektrodenpaaren geliefert werden, eine additive Wirkung haben, so dass die Gesamtenergieanforderungen zum Erzielen der Defibrillation niedriger sind als die Energiepegel, die erforderlich sind, um die Defibrillation unter Verwendung eines einzigen Elektrodenpaars zu erreichen.
  • Ein alternativer Zugang zur Mehrelektroden-Serienimpulsdefibrillation ist im US-Patent Nr. 4.641.656 an Smits und außerdem in dem oben angeführten '407-er Patent offenbart. Dieses Defibrillationsverfahren kann herkömmlich als ein Mehrelektroden-Simultanimpuls-Defibrillationsverfahren bezeichnet werden und umfasst die gleichzeitige Lieferung von Defibrillationsimpulsen zwischen zwei verschiedenen Elektrodenpaaren. Zum Beispiel kann ein Elektrodenpaar eine Elektrode des rechten Ventrikels und eine Koronarsinuselektrode enthalten, während ein zweites Elektrodenpaar eine Elektrode des rechten Ventrikels und eine subkutane Fleckenelektrode enthalten kann, wobei die Elektrode des rechten Ventrikels als eine gemeinsame Elektrode für beide Elektrodenpaare dient. Ein alternatives Mehrelektroden-Einweg-Zweiphasenimpulssystem ist im US-Patent Nr. 4.953.551 an Mehra u. a, offenbart, das eine Elektrode des rechten Ventrikels, eine Elektrode der oberen Hohlvene und eine subkutane Fleckenelektrode nutzt.
  • In den oben erwähnten Simultanimpuls-Mehrelektrodensystemen des Standes der Technik wird die Lieferung gleichzeitiger Defibrillationsimpulse durch einfaches Koppeln zweier Elektroden miteinander ausgeführt. Zum Beispiel sind in dem oben erwähnten '551-er Patent die Elektrode der oberen Hohlvene und die subkutane Fleckenelektrode elektrisch miteinander gekoppelt, wobei ein Impuls zwischen diesen zwei Elektroden und der Elektrode des rechten Ventrikels geliefert wird. Ähnlich sind in dem oben erwähnten '407-er Patent die subkutane Fleckenelektrode und die Koronarsinuselektrode elektrisch miteinander gekoppelt, wobei ein Impuls zwischen diesen zwei Elektroden und einer Elektrode des rechten Ventrikels geliefert wird. Siehe auch die US-Patente Nr. 5.411.539; 5.620.477; 5.6589.321; 5.545.189 und 5.578.062, wo aktive Becherelektroden diskutiert sind.
  • Das oben erwähnte '427-er Patent offenbart einen Impulsgenerator zur Verwendung in Verbindung mit einem implantierbaren Kardioverter/Defibrillator, der mit einem Minimum an Steuer- und Schaltschaltungsanordnung alle drei der oben beschriebenen Defibrillationsimpulsverfahren bereitstellen kann. Die Ausgangsstufe ist mit zwei getrennten Ausgangskondensatoren versehen, die während der Serienimpulsdefibrillation aufeinander folgend entladen werden, während sie während einer Einzel- oder Serienimpulsdefibrillation gleichzeitig entladen werden. Die Komplexität dieser Stimulationstherapieregimes erfordert ein schnelles und effizientes Laden der Hochspannungs-Ausgangskondensatoren von Niederspannungs-Batterieenergiequellen, die in der implantierbaren medizinischen Vorrichtung enthalten sind.
  • Die für die Leistungsversorgung eines implantierbaren Herzschrittmachers erforderliche Elektroenergie wird typisch durch eine langlebige Niederspannungsenergiequelle mit niedriger Stromaufnahme wie etwa durch eine Lithium-Jod-Schrittmacherbatterie des durch Wilson Greatbatch, Ltd., oder durch Medtronic, Inc., hergestellten Typs zugeführt. Obgleich die Energiedichte dieser Energiequellen typisch verhältnismäßig hoch ist, können sie im Allgemeinen nicht schnell und wiederholt mit hohen Stromaufnahmen in der Weise entladen werden, wie es für die direkte Kardioversion des Herzes mit Kardioversionsenergien im Bereich von 0,1 bis 10 J erforderlich ist. Dar über hinaus ist die Nennspannung, bei der diese Batterien arbeiten, für Kardioversionsanwendungen im Allgemeinen zu niedrig. Es sind Batteriesysteme mit höherer Energiedichte, die schneller oder häufiger entladen werden können, wie etwa Lithium-Thionyl-Chlorid-Energiequellen bekannt. Allerdings kann keiner der vorstehenden Batterietypen die Kapazität oder die Spannung haben, die erforderlich sind, um dem Herz nach dem Einsetzen einer Tachyarrhythmie auf wiederholbarer Grundlage einen Impuls der geforderten Größe zuzuführen.
  • Allgemein gesagt ist es notwendig, einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umrichter bzw. -Wandler zu nutzen, um Elektroenergie von einer Niederspannungs-Niederstrom-Leistungsversorgung zu einem Hochspannungsenergiepegel umzusetzen, der in einem Hochenergie-Speicherkondensator gespeichert wird. Eine typische Form eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umrichters wird üblicherweise als ein "Sperr"-Umrichter bezeichnet, der einen Transformator mit einer Primärwicklung in Reihe mit der Primärleistungsversorgung und mit einer Sekundärwicklung in Reihe mit dem Hochenergiekondensator nutzt. In Reihe mit der Primärspule und mit der Batterie ist eine Unterbrechungsschaltung oder ein Unterbrechungsschalter angeordnet. Das Laden des Hochenergiekondensators wird dadurch ausgeführt, dass in der Primärwicklung des Transformators eine Spannung induziert wird, die in der Sekundärwicklung ein Magnetfeld erzeugt. Wenn der Strom in der Primärwicklung unterbrochen wird, entwickelt das zusammenbrechende Feld in der Sekundärwicklung einen Strom, der an den Hochenergiekondensator angelegt wird, um ihn zu laden. Die wiederholte Unterbrechung des Speisestroms lädt den Hochenergiekondensator mit der Zeit auf einen gewünschten Pegel.
  • Im US-Patent Nr. 4.548.209 an Wielders u. a. und in dem oben erwähnten '883-er Patent sind Ladeschaltungen offenbart, die Sperr-Oszillatorspannungs-Umrichter nutzen, die die Energiequellenspannung herauftransformieren und den Ladestrom an Ausgangskondensatoren anlegen, bis die Kondensatorspannung einen programmierten Stoßenergiepegel erreicht.
  • In der Ladeschaltung 34 aus 4 in dem '209-er Patent sind zwei in Serie geschaltete Lithium-Thionyl-Chlorid-Batterien 50 und 52 mit der Primärspule 54 eines Transformators 56 und mit einem Leistungs-FET-Transistorschalter 60 verbunden. Die Sekundärspule 58 ist über eine Diode 62 mit einem Kardioversionsenergie-Speicherkondensator 64 verbunden. In dieser Schaltung arbeitet der Sperrumrichter allgemein wie folgt: Wenn der Schalter 60 geschlossen wird, wächst der durch die Primärwicklung 54 gehende Strom Ip als eine Funktion der Formel Vp = LpdI/dt linear. Wenn der FET 60 geöffnet wird, kann sich der Fluss in dem Kern des Transformators 56 nicht sofort ändern, so dass in der Sekundärwicklung 58 gemäß der Formel Is = (Np/NS)Ip ein Komplementärstrom Is zu fließen beginnt (der proportional zur Anzahl der Windungen in der Primär- und in der Sekundärspule 54 bzw. 58 ist). Gleichzeitig wird gemäß der Funktion VS = LSdIS/dt eine Spannung in der Sekundärwicklung entwickelt, wodurch ein Laden des Kardioversionsenergie-Speicherkondensators 64 auf eine programmierte Spannung veranlasst wird.
  • Der Leistungs-FET 60 wird mit einer konstanten Frequenz von 32 kHz für eine Dauer oder für einen Tastgrad "eingeschaltet", die/der sich in Abhängigkeit von der Spannung des Ausgangskondensators ändert, die in den Stromkreis der Primärspule 54 zurück reflektiert wird. Die Ein-Zeit des Leistungs-FET 60 ist durch das Zeitintervall zwischen dem Setzen und dem Rücksetzen des Flipflops 70 bestimmt, das wiederum entweder durch den durch die Primärwicklung 54 fließenden Strom Ip oder in Abhängigkeit von einer Zeitgrenzenschaltung, die eine weitere Schaltungsanordnung enthält, um die Zeitgrenze mit der (schematisch durch den Widerstand 53 dargestellten) Batterieimpedanz zu ändern, bestimmt ist. In beiden Fällen ändert sich die Ein-Zeit von einem maximalen zu einem minimalen Intervall, während die Ausgangsstromkreisspannung auf ihren Maximalwert zunimmt.
  • Die oben erwähnten '883-er und '006-er Patente offenbaren einen Sperr-Oszillatorspannungs-Umrichter mit veränderlichem Tastgrad, bei dem der Strom in dem Primärspulenstromkreis (im Fall des '883-er Patents) oder die Spannung über eine Sekundärspule (im Fall des '006-er Patents) überwacht wird, um den Tastgrad des Oszillators zu steuern. In der '883-er Schaltung ist die "Ein"-Zeit des Oszillators konstant, während sich die "Aus"-Zeit in Abhängigkeit von dem überwachten Strom durch den Transformator ändert.
  • In dem '006-er Patent ist eine Sekundärspule hinzugefügt worden, um eine Hochspannungsreglerschaltung, die V+ an eine Zeitgeberschaltung liefert, und Komponenten des Hochspannungsoszillators mit Leistung zu versorgen. Diese Hochspannungs-Energiequelle ermöglicht, dass die Oszillatorschaltung unabhängig von der Batteriequellenspannung arbeitet (die sich mit der Zeit erschöpfen kann). Die Aufnahme einer weiteren Sekundärwicklung in einen bereits verhältnismäßig voluminösen Transformator ist vom Größen- und Effizienzstandpunkt her nachteilig. Energie, Volumen, Dicke und Masse sind entscheidende Merkmale bei der Konstruktion implantierbarer Herzdefibrillatoren (ICDs). Eine der Komponenten, die wichtig für die Optimierung dieser Merkmale sind, sind die Hochspannungskondensatoren, die zum Speichern der für die Defibrillation erforderlichen Energie verwendet werden. Diese Kondensatoren liefern typisch Energie im Bereich von etwa 25 bis 40 J, während ICDs typisch ein Volumen von etwa 40 bis etwa 60 cm3, eine Dicke von etwa 13 mm bis etwa 16 mm und eine Masse von etwa 100 g haben.
  • Es ist wünschenswert, das Volumen, die Dicke und die Masse dieser Kondensatoren und Vorrichtungen zu verringern, ohne dass die lieferbare Energie verringert wird. Dies ist nützlich für den Patientenkomfort und minimiert Komplikationen wegen Gewebeerosion um die Vorrichtung. Verringerungen der Größe der Kondensatoren können außerdem die gleichwertige Hinzufügung von Volumen zu der Batterie, wodurch die Langlebigkeit der Vorrichtung erhöht wird, oder die gleichwertige Hinzufügung neuer Komponenten, wodurch Funktionalität zu der Vorrichtung hinzugefügt wird, ermöglichen. Außerdem ist es erwünscht, diese Vorrichtungen bei niedrigen Kosten bereitzustellen, während das höchste Leistungsniveau aufrechterhalten wird. Die meisten ICDs nutzen kommerzielle Blitzlichtkondensatoren ähnlich den von Troup in "Implantable Cardioverters and Defibrillators", Current Problems in Cardiology, Bd. XIV, Nr. 12, Dez. 1989, Year Book Medical Publishers, Chicago, und im US-Pat. Nr. 4.254.775 für "Implantable Defibrillator and Package Therefor" beschriebenen. Die Elektroden in diesen Kondensatoren sind typisch spiralförmig gewickelt, so dass sie eine gewendelte Elektrodenanordnung bilden. Die meisten kommerziellen Blitzlichtkondensatoren enthalten einen Kern aus Separatorpapier, der verhindern soll, dass die spröden Anodenfolien während des Aufwickelns brechen. Die Anode, die Katode und der Separator werden typisch um einen solchen Papierkern gewickelt. Der Kern begrenzt sowohl die Dünnheit als auch das Volumen der ICDs, in denen sie angeordnet werden. Außerdem begrenzt die Zylinderform kommerzieller Blitzlichtkondensatoren die Volumenpackungseffizienz und die Dicke einer unter deren Verwen dung hergestellten ICD.
  • Wie oben angemerkt wurde, werden die bei der Montage von Blitzlichtkondensatoren verwendeten Elektroden und Separatoren typisch aufgewickelt, woraus sich eine zylindrische Kondensatorgeometrie ergibt. Die in Blitzlichtkondensatoren genutzten Anoden umfassen typisch eine oder zwei Schichten einer hochreinen (99,99 %), porösen, in hohem Maße geätzten eloxierten Aluminiumfolie. Die Katodenschichten in diesen Kondensatoren sind aus einer nicht porösen, in hohem Maße geätzten Aluminiumfolie gebildet, die in Bezug auf den Aluminiumgehalt etwas weniger rein (99,7 %) als die Anodenschichten sein kann. Die Dicke dieser Folien liegt für die Anodenfolien und für die Katodenfolien in der Größenordnung von 100 μm bzw. 20 μm. Die Kapazität der Katode ist bezüglich der der Anode gleichwertig, um eine zuverlässige Leistungsfähigkeit über die Lebensdauer der Vorrichtung sicherzustellen. Die Anode und die Katode trennt ein Separatormaterial, das typisch zwei Schichten Kraft®-Papier umfasst.
  • Elektrolytkondensatoren des Standes der Technik enthalten allgemeinen einen Schichtstoff, der eine Anode aus geätzter Aluminiumfolie, eine Aluminiumfolie einer Dünnschichtkatode und ein dazwischen liegendes Kraft®-Papier oder einen dazwischen liegenden Stoffgaze-Abstandshalter, das/der mit einem flüssigen Elektrolyten auf Lösungsmittelgrundlage imprägniert ist, umfasst. Auf der Aluminiumanode wird vorzugsweise während des Durchgangs von elektrischem Strom durch die Anode eine Oxidschicht gebildet. Die Oxidschicht wirkt als eine dielektrische Schicht. Der gesamte Schichtstoff wird in Form eines im Wesentlichen zylindrischen Körpers aufgerollt und mit Hilfe einer geeigneten Isolation in einem Aluminiumrohr oder in einem Aluminiumbecher, das/der nachfolgend mit einem Gummimaterial abgedichtet wird, ummantelt.
  • Die Energie des Kondensators wird in dem elektromagnetischen Feld gespeichert, das durch die entgegengesetzten elektrischen Ladungen erzeugt wird, die durch eine auf der Oberfläche der Anode angeordnete Aluminiumoxidschicht getrennt sind. Die so gespeicherte Energie ist proportional zur Oberflächenfläche der Aluminiumanode. Um das Gesamtvolumen des Kondensators zu minimieren, muss somit die Anodenoberflächenfläche pro Volumeneinheit maximiert werden, ohne die Gesamtdimensionen (d. h. die Außendimensionen) des Kondensators zu erhöhen. Das Separatormaterial, der Anoden- und der Katodenanschluss, die innere Packung und die Ausrichtungsmerkmale sowie das Katodenmaterial erhöhen die Dicke und das Volumen eines Kondensators weiter. Folglich begrenzen diese und weitere Komponenten in einem Kondensator das Ausmaß, in dem seine physikalischen Dimensionen verringert werden können. Kürzlich entwickelte flache Aluminiumelektrolytkondensatoren haben einige der in kommerziellen Zylinderkondensatoren inhärenten Nachteile überwunden. Zum Beispiel offenbart das US-Pat. Nr. 5.131.388 an Pless u. a. einen verhältnismäßig volumeneffizienten flachen Kondensator mit einer Mehrzahl planarer Schichten, die in einem Stapel angeordnet sind. Jede Schicht enthält eine Anodenschicht, eine Katodenschicht und Mittel zum Trennen der Anodenschichten und der Katodenschichten (wie etwa Papier). Die Anodenschichten und die Katodenschichten sind elektrisch parallel geschaltet. In einer jüngsten Abhandlung "High Energy Density Capacitors for Implantable Defibrillators", vorgestellt auf der CARTS 96: 16th Capacitor and Resistor Technology Symposium, 11.-15. März 1996, sind mehrere Verbesserungen in Bezug auf die Konstruktion flacher Aluminiumelektrolytkondensatoren beschrieben. Es ist die Verwendung eines festen Kleber-Elektrolyten zum Verstärken des Separators und um die Verwendung eines dünneren Separators zu ermöglichen beschrieben. Außerdem ist eine aus einer nicht porösen Folie gebildete Dreifachanode beschrieben, die zwischen zwei porösen Folien angeordnet ist. Durch Erhöhen der Anzahl der Anodenfolien pro Anodenschicht werden die Gesamtzahl der Separator- und Katodenschichten in einer gegebenen Stapelanordnung verringert, wodurch die Dicke und das Volumen verringert werden. Nachfolgend wird ein eingebetteter Anodenschichtlappen beschrieben, wobei in die Anode eine Kerbe geschnitten wird und ein Lappen mit derselben Dicke als die Mittelanode in der Kerbe angeordnet wird. Drei Anodenschichten werden durch einen Kaltschweißprozess miteinander und mit den Lappen verschweißt. Siehe auch die US-Patente Nr. 5.562.801; 5.153.820; 5.146.391; 5.086.374; 4.942.501; 5.628.801 und 5.584.890 an MacFarlane u. a. Im US-Patent Nr. 5.522.851 an Fayram sind Herstellungsverbesserungen bei flachen Kondensatoren offenbart, die sich auf die Verwendung innerer Ausrichtelemente beziehen. Die inneren Ausrichtelemente werden als ein Mittel zum Steuern des relativen Kantenabstands der Elektrodenschichten und des Gehäuses genutzt. In Abwesenheit dieser Ausrichtelemente kann eine Präzisionsmontage von Hand erforderlich sein, was die Herstellungskosten erhöht. Außerdem muss die Gehäusegröße erhöht werden, um eine Toleranz für Ausrichtfehler bereitzustellen, was zu einer voluminöseren Vorrichtung führt. Außerdem beschreibt das '851-er Patent die Verwendung eines elektrisch leitenden Gehäuses zum Erden einiger Kondensatorelemente wie etwa des Katodenanschlusses.
  • Ein Segment des heutigen ICD-Markts nutzt flache Kondensatoren, um einige der Packungs- und Volumennachteile, die zylindrischen Blitzlichtkondensatoren zugeordnet sind, zu überwinden. Beispiele dieser flachen Kondensatoren sind in dem '388-er Patent an Pless u. a. für "Implantable Cardiac Defibrillator with Improved Capacitors" und in dem '851-er Patent an Fayram für "Capacitor for an Implantable Cardiac Defibrillators" beschrieben. Außerdem sind flache Kondensatoren in einer Abhandlung mit dem Titel "High Energy Density Capacitors for Implantable Defibrillators" von P. Lunsmann und D. MacFarlane, vorgestellt auf dem 16th Capacitor and Resistor Technology Symposium, beschrieben.
  • Die Anoden und die Katoden von Aluminiumelektrolytkondensatoren weisen im Allgemeinen Lappen auf, die über ihre Durchmesser hinausgehen, um das elektrische Parallelschalten zu erleichtern. Im US-Pat. Nr. 4.663.824 an Kenmochi sind Lappenanschlussverbindungen für einen gewickelten Kondensator in der Weise beschrieben, dass sie mit Durchleitungsanschlüssen lasergeschweißt sind. Gewickelte Kondensatoren enthalten üblicherweise zwei oder keine durch Quetschen oder Nieten miteinander verbundene Lappen. Der Abschluss einer größeren Anzahl von Anodenlappen ist in dem '851-er Patent in der Weise beschrieben, dass er durch Laserschweißen der freien Enden der Lappen ausgeführt wird, worauf das Schweißen der Lappen an einen Innenanschluss folgt. In dem '851-er Patent werden die Katodenlappen durch Ultraschallschweißen an eine Stufe in dem Kondensatorgehäuse verbunden.
  • Bei der Montage eines Kondensators ist es notwendig, dass die Anode und die Katode elektrisch getrennt bleiben, um einen Kurzschluss zu verhindern. Außerdem ist es wichtig, dass zwischen der Anode und der Katode ein minimaler Abstand aufrechterhalten wird, um einen Überschlag zwischen der Anode und der Katode oder zwischen der Anode und dem Gehäuse zu verhindern. In zylindrischen Kondensatoren wird dieser Abstand typisch an den Elektrodenkanten oder -umfängen aufrechterhalten, indem oben und unten an der Anoden- und an der Katodenwicklung ein Separatorüberhang vorgesehen wird. Außerdem werden die Anode und die Katode genau ausgerichtet und eng aufgewickelt, um eine Bewegung der Anode, der Katode und des Separators während der nachfolgenden Verarbeitung und Verwendung zu verhindern. In flachen Kondensatoren wird die Anoden-Katoden-Ausrichtung typisch unter Verwendung innerer Ausrichtsäulen (wie z. B. in dem '851-er Patent an Pless u. a. beschrieben), durch Schrauben (siehe das '851-er Patent an Pless u. a.) oder unter Verwendung eines klebenden Elektrolyten (siehe die Patente an MacFarlane, oben) aufrechterhalten.
  • Das Abdichten der Kondensatorgehäuse wird typisch auf eine Vielzahl von Arten ausgeführt. Aultman u. a. beschreiben im US-Pat. Nr. 4.521.830 eine typische Aluminium-Elektrolytkondensatorkonstruktion, die von etwa 1960 bis etwa 1985 genutzt wurde. Diese typischen Konstruktionen nutzten einen Kunststoffkopf mit zwei umgossenen Aluminiumgewindeanschlüssen des Typs, der in Collins u. a. im US-Pat. Nr. 3.789.502 gezeigt ist, wobei der Kunststoff um die Anschlüsse gegossen wird. Zeppieri lehrt im US-Pat. Nr. 3.398.333 und Schroeder lehrt im US-Pat. Nr. 4.183.600 Kondensatoren des Standes der Technik, in denen ein gezahnter Aluminiumschaftanschluss um einen Thermoplastkopf verläuft. In beiden Patenten wird der Aluminiumanschluss auf eine solche Temperatur widerstandsbeheizt, dass die Länge des Anschlusses zusammenfällt und der Mitteldurchmesser erhöht wird, um die Verzahnungen in den geschmolzenen Kunststoff zu drücken. Aultman lehrt eine Kopfkonstruktion, die eine Druckpassverformung der in einem Polymerkopf angeordneten Anschlüsse nutzt.
  • Hutchins u. a. beschreiben im US-Pat. Nr. 4.987.519 eine Glas/Metall-Dichtungsanschlussverbindung mit einem Tantalaußenring, der in ein Aluminiumgehäuse lasergeschweißt ist. Kenmochi beschreibt im US-Pat. Nr. 4.663.824 die Verwendung eines Harzgehäuses, das zuvor aus Epoxidharz, Silikonharz, Polyoxybenzylen, Polyetheretherketon oder Polyethersulfon gebildet wurde und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist. Die Anschlüsse durchlochen die Wände, indem sie in das Gehäuse geformt werden.
  • Pless u. a. beschreiben im US-Pat. Nr. 5.131.388 die Verwendung einer Polymerhülle für das Gehäuse des Stapels und der Durchleitungen. Zum Abdichten der Hülle an den Nähten wird ein Siliciumkleber verwendet. Daraufhin wird der mit Polymer umhüllte flache Stapel in einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl oder Titan angeordnet. Die Aluminiumkondensatoranschlüsse sind in der Weise beschrieben, dass sie an die Durchleitungen gequetscht oder geschweißt werden. Fayram behandelt im US-Pat. Nr. 5.522.851 nicht spezifisch das Problem der Durchleitungskonstruktion. Eine Anodensäule ist in der Weise beschrieben, dass sie elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist.
  • Das US-Patent Nr. 4.041.956 an Purdy u. a. für "Pacemakers of Low Weight and Method of Making Such Pacemakers"; das US-Patent Nr. 4.692.147 an Duggan für "Drug Administration Device"; und das US-Patent Nr. 5.456.698 an Byland u. a. für "Pacemaker" offenbaren verschiedene Mittel zum hermetischen Abdichten von Gehäusen für implantierbare medizinische Vorrichtungen einschließlich Laserschweißmitteln.
  • Im Gebiet sind verschiedene Arten flacher und spiralförmig gewickelter Kondensatoren bekannt, für die einige Beispiele in den im Folgenden in Tabelle 1 aufgeführten erteilten US-Patenten zu finden sind. Tabelle 1: Patente des Standes der Technik
    US-Patent- nummer Titel
    3.398.333 Electrical Component End Seal
    3.789.502 Fused Cathode Electrolytic Capacitors and Method of Making the Same
    4.183.600 Electrolytic Capacitor Cover-Terminal Assembly
    4.385.342 Flat Electrolytic Capacitor
    4.521.830 Low Leakage Capacitor Header and Manufacturing Method Therefor
    4.546.415 Heat Dissipation Aluminum Electrolytic Capacitor
    4.663.824 Aluminum Electrolytic Capacitor and a Manufacturing Method Therefor
    4.942.501 Solid Electrolyte Capacitors and Methods of Making the Same
    4.987.519 Hermetically Sealed Aluminum Electrolytic Capacitor
    5.086.374 Aprotic Electrolyte Capacitors and Methods of Making the Same
    5.131.388 Implantable Cardiac Defibrillator with Improved Capacitors
    5.146.391 Crosslinked Electrolyte Capacitors and Methods of Making the Same
    5.153.820 Crosslinked Electrolyte Capacitors and Methods of Making the Same
    5.324.910 Welding Method of Aluminum Foil
    5.370.663 Implantable Cardio-Stimulator With Flat Capacitor
    5.380.341 Solid State Electrochemical Capacitors and Their Preparation
    5.545.184 Cardiac Defibrillator with High Energy Storage Antiferroelectric Capacitor
    5.522.851 Capacitor for an Implantable Cardiac Defibrillator
    5.584.890 Methods of Making Multiple Anode Capacitors
    5.628.801 Electrolyte Capacitor and Method of Making the Same
    5.660.737 Process for Making a Capacitor Foil with Enhanced Surface Area
  • Wie für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet beim Lesen der Zusammenfassung der Erfindung, der im Folgenden dargelegten ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der Ansprüche klar ist, können wenigstens einige der in den Patenten aus Tabelle 1 und an anderer Stelle hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft geändert werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat bestimmte Aufgaben. Das heißt, die vorliegende Erfindung schafft Lösungen für viele Probleme, die im Stand der Technik bezüglich flacher Elektrolytkondensatoren für implantierbare medizini sche Vorrichtungen vorhanden sind. Diese Probleme enthalten allgemein eines oder mehrere der Folgenden: (a) Ausgasen oder Fluidleckverlust aus Kondensatorgehäusen, die zur Beschädigung der in implantierbaren medizinischen Vorrichtungen enthaltenden elektronischen Schaltungsanordnung führen; (b) schlechte oder unzureichende Nachladezeiten in entladenen Kondensatoren; (c) unzureichende oder gerade noch ausreichende Gesamtkondensatorkapazitäten; (d) verringerte Spannung oder Kapazität der Kondensatoren mit dem Alter; (e) volumenineffiziente Elektrodenpackung in den Kondensatoren; (f) hohe Kondensatorgewichte; (g) hohe physikalische Größen und Volumina der Kondensatoren; (h) teure Herstellungsprozesse; (i) Schwierigkeit beim Registrieren der Kondensatorelektrodenanordnungs-Elemente und (j) teure und unzuverlässige Kondensatorabdichtverfahren und -strukturen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Konstruktion eines im wesentlichen flachen Aluminiumelektrolytkondensators geschaffen, der geeignet ist zur Verwendung in einer hermetisch abgedichteten implantierbaren medizinischen Vorrichtung und gestapelte Anoden-, Katoden- und Separatorschichten aufweist, die angeordnet sind innerhalb eines Gehäuses mit einer vorbestimmten Umfangsform, die durch Seitenwände definiert ist, mit folgenden Schritten:
    • a) Bildung einer Anodenschicht, umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Anodenfolienmaterial mit einer Dicke zwischen 10 μm und 500 μm und einer spezifischen Kapazität von wenigstens 0,3 μF/cm2; und (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht;
    • b) Bildung einer Katodenschicht, umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Katodenfolienmaterial mit einer Dicke zwischen 10 μm und 200 μm mit einer spezifischen Kapazität von wenigstens 100 μF/cm2 und (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht;
    • c) Bildung einer Separatorschicht, umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Separatormaterial mit einer Dicke von 0,0125 mm (0,0005 Inch), einer Dichte von 1,06 g/cm3, einer dielektrischen Durchschlagsfestigkeit von 1400 V Wechselspannung pro 0,025 mm (0,001 Inch) Dicke; (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht, und so dimensioniert ist, dass sie innerhalb von 0,225 mm (0,009 Inch) der Seitenwände des Gehäuses liegt;
    • d) Bereitstellung eines Anodenlappens, der mit der Anodenschicht durch Kaltschweißen verbunden ist, und eines Katodenlappens, der mit der Katode durch Kaltschweißen verbunden ist;
    • e) Stapeln der Anoden-, Katoden- und Separatorschichten;
    • f) Anordnen des Stapels aus Anoden-, Katoden- und Separatorschichten innerhalb des Gehäuses;
    • g) Bereitstellung elektrischer Durchführungen in dem Gehäuse zur Befestigung bzw. Anbringung an den Anoden- und den Katodenlappen;
    • h) Anbringung einer Gehäuseabdeckung über den gestapelten Anoden-, Katoden- und Separatorschichten;
    • i) Bereitstellung von Elektrolyt und Füllen des Gehäuses durch eine Öffnung in dem Gehäuse unter Verwendung einer Unterdruck- bzw. Vakuumimprägnierung.
  • Einige Ausführungsformen der Erfindung weisen allgemein bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden umfassen: (a) ein implantierbarer Herzdefibrillator, der eine Energiequelle, einen flachen Elektrolytkondensator und Mittel, die mit der Energiequelle gekoppelt sind, um den Kondensator zu laden, umfasst; (b) einen Kondensator, der eine planare Schichtstruktur von Anodenschichten, Katodenschichten und Separatorschichten, die die Anodenschichten von den Katodenschichten trennen, umfasst; (c) eine Anzahl von Anodenunteranordnungen, die elektrisch parallel geschaltet sind, und eine Anzahl von Katodenschichten, die elektrisch parallel geschaltet sind; (d) eine Anzahl von Anodenunteranordnungen und die Anzahl der Katodenschichten, die verschachtelt sind, wobei sie durch dazwischen liegende Separatorschichten getrennt sind und mit einem festen oder flüssigen Elektrolyten imprägniert oder bedeckt sind, um eine Elektrodenanordnung zu bilden; (e) eine Anodenunteranordnung, die wenigstens zwei Anodenschichten umfasst; (f) wenigstens eine Anodenschicht in einer Anodenunteranordnung, die einen Registrierungslappen aufweist, der von einem Umfang davon ausgeht; (g) wenigstens eine Katodenschicht, die einen Registrierungslappen aufweist, der von einem Umfang davon ausgeht; (h) Registrierungslappen zum elektrischen Parallelschalten der Anodenunteranordnungen oder der Katodenschichten; (i) Registrierungslappen zum Verbinden der Anodenunteranordnungen oder der Katodenschichten mit Durchleitungen; (j) Anoden- und Katodenschichten, die Aluminiumfolie umfassen; (k) Separatorschichten, die Papier umfassen; (1) ein Aluminiumgehäuse, das ein offenes Ende aufweist, um eine Elektrodenanordnung darin aufzunehmen; und (m) ein Gehäuse, das durch Bördeln oder Schweißen mit einer Abdeckung abgedichtet ist.
  • Besondere Aspekte der verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen wenigstens einige der im Folgenden beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile auf.
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren des Standes der Technik umfassen, die: (a) wegen der Anwesenheit von Graten entlang der Kanten der geschnittenen Elektrodenschichten anfällig für elektrischen Kurzschluss zwischen angrenzenden Anoden- und Katodenschichten sind; (b) wegen der Erzeugung von Metallpartikeln während des Elektrodenschicht-Schneideprozesses anfällig für elektrischen Kurzschluss zwischen angrenzenden Anoden- und Katodenschichten sind; und (c) wegen der großen Anzahl von Komponenten, die sie enthalten, und den verhältnismäßig langsamen Herstellungstechniken, die zu ihrer Konstruktion genutzt werden, kostspielig herzustellen sind.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) Stempel mit sehr geringem Spiel zum Schneiden der Kondensatorelektroden-Folienmaterialien zum Bilden der Elektrodenschichten; (b) Stanzstempel mit Flächen, die nicht parallel zu dem entsprechenden Boden des Schneidstempels sind, zum Schneiden der Kondensatorelektroden-Folienmaterialien zum Bilden der Elektrodenschichten; (c) nach oben gerichtete Stanzstempelbewegungen zum Schneiden der Kondensatorfolienmaterialien zum Bilden der Elektrodenschichten; und (d) die Verwendung von Luft-, Gas- oder Unterdrucksystemen zum Beseitigen von Ablagerungen von den geschnittenen Elektrodenschich ten.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) mit einer Minimalzahl und Größe von Kantengraten gebildete Elektrodenschichten; (b) Elektrodenfolienmaterial-Schneidverfahren und Elektrodenschicht-Bildungsverfahren, die gut für schnelle Herstellungsverfahren geeignet sind; (c) Elektrodenfolienmaterial-Schneidverfahren und Elektrodenschicht-Bildungsverfahren, die zu verringerten Schnittablagerungen führen; und (d) Elektrodenfolienmaterial- und Elektrodenschicht-Bildungsverfahren, die auf den Oberflächen der Elektrodenschichten verringerte Mengen von Schnittablagerungen erzeugen.
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) ein zusätzliches, inertes Volumen in Form von Ausrichtelementen, die zum Registrieren der Elektrodenschichten und -anordnungen innerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnet sind, hinzufügen; (b) Mittel zum Ausrichten von Elektrodenschichten bereitstellen, die zu ungenau sind, um zu ermöglichen, dass die Menge des Papierüberhangs in den Elektrodenschichten verringert wird; (c) nicht unter Verwendung schneller Herstellungstechniken hergestellt werden können; (d) viele Einzelteile enthalten und somit die Herstellungskosten erhöhen.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) Werkzeuge und entsprechende Verfahren zum Erfassen und Ausrichten der Elektrodenlappen und zum Ausrichten der Elektrodenschichten; (b) Robotermon tageverfahren zum Konstruieren der Elektrodenanordnungen; (c) eine Kondensatorkonstruktion, die nicht die Verwendung inaktiver oder inerter Ausrichtelemente erfordert, die in dem Kondensatorgehäuse angeordnet sind.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) eine volumeneffizientere mechanische Konstruktion, die niedrigeres Volumen und höhere Energiedichte schafft; (b) eine mechanische Konstruktion und ein Verfahren zur Konstruktion von Elektrodenanordnungen, die die Verwendung schneller Herstellungstechniken ermöglichen; (c) preiswertere Kondensatoren wegen erhöhter Herstellungseffizienzen; (d) einfache Elektrodenschicht- und Montageplattengeometrien, die zu weniger Einzelteilen und niedrigeren Kosten führen; und (e) ein Gehäuse mit weniger Punkten, von denen Elektrolyt auslaufen kann.
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren für AIDs des Standes der Technik vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) Elektrodenanordnungen mit einer Elektrode und mit einer Separatorschicht aufweisen, die durch inerte mechanische Mittel mit verhältnismäßig großem Volumen aneinander gesichert werden müssen; (b) Elektrodenanordnungen aufweisen, die anfällig für die Bewegung innerhalb des Gehäuses des Kondensators sind; (c) Durchleitungsverbindungen aufweisen, die durch die Bewegung der Elektrodenanordnung innerhalb des Gehäuses beeinflusst werden können.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) eine Elektrodenanordnung, die durch einen Elektrodenanordnungsumgriff mit niedrigem Volumen und durch einen entsprechenden Klebestreifen aneinander gesichert ist; (b) eine Elektrodenanordnung, die durch Elektrodenanordnungsklammern, -bänder oder -umgriffe mit niedrigem Volumen, die um den Umfang der Anordnung angeordnet sind, aneinander gesichert ist; (c) eine Elektrodenanordnung, die sich ausdehnt und die gegen die Innenabschnitte eines Kondensatorbechers durch durch den Elektrolyten angeschwollene Separatorschichten gesichert ist; und (d) Separatorschichten, die die Elektrodenschichten einhüllen oder zwischen den Elektrodenschichten angeordnet sind, wobei die Separatorschichten Umfänge und Oberflächenflächen aufweisen, die jene der Elektrolytschichten übersteigen.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) einen Kondensator mit höherer Energiedichte, da dazwischen mehr Elektrodenmaterial mit höherer Oberflächenfläche angeordnet ist; (b) Elektrodenschichten, durch die keine Löcher zur Registrierung angeordnet sind und die somit eine erhöhte Oberflächenfläche aufweisen; (c) einen Kondensator, der keine komplizierten, volumenverbrauchenden Mechanismen zum Halten oder Sichern der darin angeordneten Elektrodenanordnung aufweist, und (d) hochzuverlässige Durchleitungsverbindungen, da die Elektrodenanordnung in dem Gehäuse des Kondensators fest gesichert und gehalten ist.
  • Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) Anoden- oder Katodenlappen-Anschlussverbindungen enthalten, die schwierig zu laserschweißen oder auf andere Weise zu verbinden sind oder mit denen schwierig zu verbinden ist; (b) Lappenanschlüsse aufweisen, die anfällig dafür sind, während der Herstellung zu brechen; (c) ein Zweischrittverfahren und somit ein kostspieligeres Verfahren zum Verbinden der Elektrodenlappen und zum Verbinden der Durchleitungen damit erfordern; und (d) eine übermäßige Anzahl von Komponenten zum Verbinden von Elektrodenlappenbündeln mit Durchleitungen erfordern und dadurch die Kosten und das Volumen erhöhen und die Volumeneffizienz verringern.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) direkter Zusammenschluss und direkte Verbindung mehrerer Elektrodenschichtlappen mit einer einzelnen Durchleitung oder mit einem einzelnen Durchleitungsbefestigungsmittel; (b) direkter Zusammenschluss und direkte Verbindung mehrerer Elektrodenschichtlappen mit einem gewendelten distalen Ende einer einzelnen Durchleitung oder eines einzelnen Durchleitungsbefestigungsmittels; (c) geschweißte Durchleitungs- und Elektrodenlappenverbindungen, z. B. unter Verwendung von Laserpunktschweißstellen, Nahtschweißstellen, Ultraschallschweißstellen oder Widerstandsschweißstellen; (d) eine Zwischenkomponente, die zwischen Elektrodenlappen und einer Durchleitung angeordnet ist, um eine Zugentlastung zu schaffen.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) ein Einschrittverfahren zum Verbinden von Elektrodenlappen und Durchleitungen; (b) eine minimale Anzahl von Komponenten zum Verbinden von Elektrodenlappen mit Durchleitungen; (c) hochzuverlässige Durchleitungsverbindungen; und (d) niedrigere Komponenten- und Herstellungskosten.
  • Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) anfällig für eine Beschädigung innerer Kondensatorkomponenten sind, die sich aus Laserstrahlen ergibt, die ins Innere des Kondensatorgehäuses eintreten, wenn die Abdeckung mit dem Gehäuse des Kondensators verschweißt wird; (b) Erfordern, dass in den Kondensator Mittel zum Ausrichten der Abdeckung mit dem Gehäuse während Dichtungsoperationen integriert werden, die inertes, unbrauchbares Volumen zu dem Kondensator hinzufügen; (c) getrennte Mittel erfordern, um das Gehäuse und die Abdeckung während des Schweißens des Gehäuses und der Abdeckung zu klemmen, wodurch die Herstellungszykluszeit und die Herstellungskosten erhöht werden; (d) Aluminiumgehäuse und -abdeckungen aufweisen, die schwierig auf kostengünstige Weise miteinander zu laserschweißen sind und dennoch eine hermetische Abdichtung erzeugen; und (e) in den Kondensator keine Mittel zum Ausführen von Leckdichtetests integrieren.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden umfassen: (a) Selbstjustierungselemente und Selbsteingriffselemente oder -strukturen, die entlang der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet sind und die in den Kondensator integriert sind, um das Zusammenhalten des Gehäuses und der Abdeckung während des Schweißens und Abdichtens zu erleichtern; (b) eine Schweißverbindungsstelle und eine Bördelkonfiguration des Gehäuses und der entsprechenden Abdeckung, die Laserstrahlenschäden an Elektrodenanordnungen während des Schweißens beseitigen oder verringern; (c) eine optimierte Menge von Schweißparametern zum Verbinden und Abdichten des Gehäuses und der Abdeckung eines Kon densators; (d) eine Elektrolytfüllöffnung, die Norm-Heliumleckdichtetests der Unversehrtheit der Kondensatorabdichtung ermöglicht.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) dass diese nicht durch Laserstrahlen, die zum Schweißen des Gehäuses an die Abdeckung genutzt werden, innen beschädigt werden; (b) das Vorhandensein von Mitteln zum Ausrichten und zum Aufrechterhalten der Positionen des Gehäuses und der Abdeckung während des Schweißens und Abdichtens, die kein Volumen zu dem Kondensator hinzufügen und die keine Zusatzschritte während des Schweißprozesses erfordern; (c) die Bereitstellung eines verhältnismäßig weiten Fensters kostengünstiger Laserschweißparameter für das hermetishe Abdichten des Gehäuses an der Abdeckung; (d) ein flacher Kondensator, der unter Verwendung kostengünstiger Norm-Heliumleckratentestverfahren auf Leckdichte geprüft werden kann.
  • Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) keine Mittel aufweisen, um einfache Klemmverbindungen mit der Vorrichtung herzustellen; (b) keine hermetischen Abdichtungen für die Durchleitungen aufweisen; (c) Außenanschlüsse oder Durchleitungsverbindungen aufweisen, die anfällig für Brechen oder Zerbrechen sind, wenn der Kondensator fallengelassen wird oder während der Handhabung oder des Versands übermäßigen Schwingungen ausgesetzt wird; (d) keine oder beschränkte Mittel zur Schaffung kostengünstiger elektrisch isolierter Durchleitungen besitzen; (e) keine kostengünstigen Mittel zum Verbinden externer Vorrichtungen oder Schaltungen mit den Anschlüssen des Kondensators aufweisen; (f) keine flexiblen Zugentlastungsmittel zum Verbinden von Elektroden mit Durchleitungen oder von Durchleitungen mit externen Vorrichtungen oder Schaltungen aufweisen; (g) anfällig für Elektrolytverlust sind; und (h) empfindlich für eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften mit der Zeit sind.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) eine Drahtbündelanordnung bzw. -halterungsanordnung mit einem distalen Ende, die eine weite Vielfalt von Verbindungskonfigurationen zulässt; (b) Quetsch- oder Reibungskontakte für Verbindungen auf der Vorrichtungsebene; (c) ein Verbindungsmodul, das an der Außenoberfläche eines Kondensatorbechers oder einer Kondensatorabdeckung angebracht ist, befestigt ist oder mit ihr in Eingriff ist; (d) eine mittels Epoxidharz oder Kleber abgedichtete Durchleitung; (e) Durchleitungsklemmhülsen und entsprechende Drahtführungen; (f) ein Kondensatorgehäuse, eine Kondensatorabdeckung, Kondensatorklemmhülsen und Kondensatordurchleitungen und eine Kondensatorfüllöffnung, die einen hohen Grad an Hermetizität schaffen; und (g) Mittel zum Verbinden der Kondensatordurchleitungen mit externen Vorrichtungen oder Schaltungen, die sich vom Gehäuse des Kondensators entfernt befinden.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) weniger Herstellungsschritte und dazugehörende niedrigere Montagekosten beim Anordnen des Kondensators in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung; (b) Quetschkontakt oder Reibungsdurchleitungskontakte, die auf der Vorrichtungsebene leicht zu verbinden sind; (c) keinen oder wenig Elektrolytverlust von dem Kondensator wegen seiner hochgradigen Hermetizität; (d) einen Kondensator mit elektrischen Eigenschaften, die sich über die Lebensdauer der implantierbaren medizinischen Vorrichtung, in der der Kondensator angeordnet ist, nicht verschlechtern; und
    (e) hochflexible Mittel zum Ausführen der Verbindung auf der Vorrichtungsebene ohne wesentliche Neugestaltung der Kondensatoranschlussstruktur.
  • Eine siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die bei Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) Mittel zum Kaltschweißen von Elektrodenschichten und Lappen an Elektrodenschichten enthalten, die wesentliche Dicke zu einer Elektrodenanordnung hinzufügen und dadurch die Gesamtdichte des Kondensators und seiner entsprechenden implantierbaren medizinischen Vorrichtung erhöhen; und (b) Mittel zum Kaltschweißen von Elektrodenschichten, die nicht an schnelle Herstellungstechniken anpassbar sind.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale auf, die wenigstens eines der Folgenden enthalten: (a) Mittel zum Beschränken des Materialflusses aus der Ebene in flachen Elektrodenschichten während der Kaltschweißschritte; (b) Mittel zum Kaltschweißen von Elektrodenschichten aneinander und zum Kaltschweißen von Separatorschichten an Elektrodenschichten, die an schnelle Herstellungsverfahren anpassbar sind; und
    (c) Mittel zum Überwachen einzelner Kaltschweiß-Verarbeitungsparameter.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) Kaltschweißstellen mit geringem Spiel in Elektroden- und Separatorschichten und dadurch Verringern der Dicke des Kondensators und der entsprechenden implantierbaren medizinischen Vorrichtung; und (b) Anpassbarkeit an schnelle Herstellungstechniken.
  • Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft wenigstens einige Lösungen für Probleme, die in Kondensatoren des Standes der Technik für AIDs vorhanden sind, die Kondensatoren umfassen, die: (a) hohe effektive Reihenverlustwiderstände aufweisen; und (b) verhältnismäßig niedrige Gesamtkapazitäten aufweisen.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen bestimmte Merkmale, die eines oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) einen Kondensator mit verhältnismäßig niedrigem effektivem Reihenverlustwiderstand; (b) einen Kondensator mit verhältnismäßig hoher Gesamtkapazität; und (c) einen Kondensator, der einen flüssigen Elektrolyt enthält, der mehreren aufeinander folgenden Zyklen ausgesetzt war, in denen er einem Unterdruck und keinem Unterdruck ausgesetzt war, während der Elektrolyt an das Zelleninnere übergeben wurde, um dadurch die Elektrolytschichten des Kondensators effizient und verhältnismäßig vollständig zu sättigen.
  • In Bezug auf bekannte flache Elektrolytkondensatoren schafft die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Vorteile, die einen oder mehrere der Folgenden umfassen: (a) einen Kondensator, der hohe Ladungsmengen und Energie liefern kann; (b) einen Kondensator, der schnell und effizient nachgeladen wird; und (c) einen Kondensator mit einer Ladungs- und Entladungsleistungsfähigkeit, die sich über die Lebensdauer seiner entsprechenden implantierbaren medizinischen Vorrichtung nicht merklich verschlechtert.
  • Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet versteht unter Bezug auf die Zeichnung, auf die ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und auf ihre Ansprüche sofort, dass viele Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Kondensatoren und Verfahren der vorliegenden Erfindung Anwendung auf anderen Gebieten als dem Gebiet implantierbarer medizinischer Vorrichtungen finden.
  • Es wird nun Bezug genommen auf die beigefügte ausführliche Zeichnung der bevorzugten Ausführungsformen, die lediglich beispielhaft gegeben ist und in der gleiche Bezugszeichen überall gleiche oder ähnliche Teile repräsentieren, wobei:
  • 1 die physikalischen bzw. physischen Komponenten einer Ausführungsform eines Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillator-Systems (PCD-Systems) und eines Leitungssystems einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 2 einen Funktionsblockschaltplan zeigt, der die Verbindung der Spannungsumrichtschaltungsanordnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den Hauptfunktionskomponenten eines Typs einer implantierbaren PCD veranschaulicht;
  • 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der verschiedenen Komponenten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie sie in dem Gehäuse der implantierbaren PCD angeordnet sind;
  • 4 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Einelektroden-Unteranordnung eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5(a) eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Kaltschweißvorrichtung zeigt, in der die Anodenschichten der Elektrodenunteranordnung aus 4 kaltgeschweißt werden;
  • 5(b) eine Nicht-Explosionsdarstellung der Kaltschweißvorrichtung aus 5(a) zeigt;
  • 5(c) eine Querschnittsansicht der Kaltschweißvorrichtung der 5(a) und 5(b) zeigt, in der die Anodenschichten der Elektrodenunteranordnung aus 4 kaltgeschweißt werden;
  • 6(a) eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6(b) eine Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6(c) eine Querschnittsansicht eines weiteren Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 eine perspektivische Draufsicht einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der in 7 gezeigten Elektrodenanordnung zeigt;
  • 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben einer Ausführungsform eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt, der darin die Elektrodenanordnung der 6, 7 und 8 nutzt;
  • 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben des teilweise montierten Kondensators aus 9 zeigt;
  • 11 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines vollständig montierten Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt, auf dem keine Abdeckung 110 angeordnet ist;
  • 12 eine perspektivische Draufsicht des Kondensators aus 11 mit der darauf angeordneten Abdeckung 110 zeigt;
  • 13 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Anodenschicht der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 15 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 16 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Lappenverbindungen und Durchleitungsanschlussverbindungen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 17 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Lappenverbindungen und Durchleitungsanschlussverbindungen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 18 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Gehäuseunteranordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 19 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Abdichten eines Gehäuses und einer Abdeckung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 20 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Abdichten einer Durchleitung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 21(a) bis 21(e) eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht, eine Querschnittsansicht, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verbinderblocks der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 22 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung für die Unterdruckbehandlung eines gealterten Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 23 einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Nachfüllen eines gealterten Kondensators der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 24 Vergleichskapazitätsdaten für Kondensatoren des Standes der Technik und für Kondensatoren, die gemäß den Verfahren der 22 und 23 hergestellt worden sind zeigt;
  • 25 effektive Vergleichs-Reihenverlustwiderstandsdaten (Vergleichs-ESR-Daten) für Kondensatoren des Standes der Technik und für Kondensatoren, die gemäß den Verfahren der 22 und 23 hergestellt worden sind zeigt;
  • 26(a) bis 26(p) verschiedene Ausführungsformen der Klemmverbindung und der Verbindungsstelle des Gehäuses und der Abdeckung der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 27(a) eine Draufsicht eines Kondensators der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Abschnitt seiner Abdeckung entfernt ist zeigt;
  • 27(b) eine Seitenansicht des Kondensators aus 27(a) zeigt und
  • 28(a) bis 28(c) verschiedene Ansichten eines Flüssigelektrolyt-Füllöffnungs-Klemmhülsenrohrs und einer Füllöffnungs-Klemmhülse der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer implantierbaren PCD 10 der vorliegenden Erfindung, ihrer zugeordneten Elektroleitungen 14, 16 und 18 und ihrer Beziehung zu einem menschlichen Herz 12. Die Leitungen sind mittels eines Mehröffnungs-Verbinderblocks 20, der für jede der drei veranschaulichten Leitungen getrennte Verbinderöffnungen enthält, mit der PCD 10 gekoppelt. Die Leitung 14 ist mit der subkutanen Elektrode 30 gekoppelt, die subkutan im Gebiet der linken Brust angebracht werden soll. Die Leitung 16 ist eine Koronarsinusleitung, die eine lang gestreckte Wendelelektrode nutzt, die sich im Gebiet des Koronarsinus und der großen Vene des Herzens befindet. Der Ort der Elektrode ist bei 32 in Strichlinien veranschaulicht und verläuft von einem Punkt in der Öffnung des Koronarsinus zu einem Punkt in der Nähe des linken Aurikels um das Herz.
  • Die Leitung 18 ist mit einer lang gestreckten Elektrodenwendel 28 versehen, die sich im rechten Ventrikel des Herzens befindet. Die Leitung 18 enthält außerdem eine Stimulationselektrode 34, die die Form einer vorschiebbaren Schraubenwendel annimmt, die in das Herzmuskulaturge webe des rechten Ventrikels geschraubt ist. Die Leitung 18 kann außerdem eine oder mehrere zusätzliche Elektroden für die Nahfeld- und Fernfeld-Elektrogrammabtastung enthalten. Eine ausführliche Beschreibung der veranschaulichten Leitungen ist in dem oben erwähnten '407-er Patent zu finden. Allerdings wird davon ausgegangen, dass die Erfindung auch im Kontext von Mehrelektrodensystemen nutzbar ist, die verschiedene Elektrodensätze einschließlich Elektroden der oberen Hohlvene und Epikard-Fleckenelektroden enthalten.
  • In dem veranschaulichten System werden die Herzstimulationsimpulse zwischen der Schraubenelektrode 34 und der lang gestreckten Elektrode 28 geliefert. Die Elektroden 28 und 34 werden außerdem zum Abtasten elektrischer Signale genutzt, die die Ventrikelkontraktionen angeben. Wie veranschaulicht ist, wird erwartet, dass die Elektrode 28 des rechten Ventrikels während der Mehrelektroden-Defibrillationsregimes mit Serienimpulsen und gleichzeitigen Impulsen als die gemeinsame Elektrode dient. Zum Beispiel werden die Impulse während eines Defibrillationsregimes mit gleichzeitigen Impulsen gleichzeitig zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 30 und zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 32 geliefert. Während der Serienimpulsdefibrillation ist vorgesehen, dass Impulse aufeinander folgend zwischen der subkutanen Elektrode 30 und der Elektrode 28 sowie zwischen der Koronarsinuselektrode 32 und der Elektrode 28 des rechen Ventrikels geliefert werden. Außerdem können, typisch zwischen der Elektrode 28 und der Koronarsinuselektrode 32, Einzelimpuls-Zweielektroden-Defibrillationsimpulsregimes bereitgestellt werden. Alternativ können Einzelimpulse zwischen den Elektroden 28 und 30 geliefert werden. Die besondere Verbindung der Elektroden mit einer implantierbaren PCD hängt etwas von der Annahme ab, welches spezifische Einelektrodenpaar-Defibrillationsimpulsregime wahrscheinlicher genutzt wird.
  • 2 ist ein Blockschaltplan, der die Verbindung der Hochspannungs-Ausgangsschaltung 40, der Hochspannungs-Ladeschaltung 64 und der Kondensatoren 265 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer implantierbaren PCD des Standes der Technik veranschaulicht. Wie veranschaulicht ist, wird die Vorrichtung mittels eines gespeicherten Programms im Mikroprozessor 42 gesteuert, das alle notwendigen Rechenfunktionen in der Vorrichtung ausführt. Der Mikroprozessor 42 ist mittels eines doppeltgerichteten Daten/Steuer-Busses 46 mit der Steuerschaltungsanordnung 44 verknüpft und steuert dadurch den Betrieb der Ausgangsschaltungsanordnung 40 und der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung 64. Beim Neuprogrammieren der Vorrichtung oder beim Auftreten von Signalen, die die Lieferung von Herzstimulationsimpulsen oder das Auftreten von Herzkontraktionen angeben, weckt die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 den Mikroprozessor 42 auf, um irgendwelche notwendigen mathematischen Berechnungen auszuführen, Tachykardie- und Flimmern-Erfassungsprozeduren auszuführen und die durch die Zeitgeber in der Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 gesteuerten Zeitintervalle zu aktualisieren.
  • Der Grundbetrieb eines solchen Systems im Kontext einer implantierbaren PCD kann irgendeinem der im Gebiet bekannten Systeme entsprechen. Insbesondere kann der flache Aluminiumelektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung allgemein in Verbindung mit den verschiedenen Systemen, die in den oben erwähnten '209-er, '585-er, '006-er, '883-er und '817-er Patenten veranschaulicht sind, oder in Verbindung mit den verschiedenen Systemen oder Komponenten, die in den US-Patenten Nr. 4.693.253 an Adams, 5.188.104 an Keimel, 5.591.212 an Keimel, 5.383.909 an Keimel, 5.354.316 an Keimel, 5.336.255 an Gordon u. a., 4.384.585 an Zipes, 4.949.719 an Pless u. a., 4.374.817 an Engle u. a., 4.577.633 an Berkowitz, 4.880.005 an Pless u. a., 4.726.380 an Vollmann u. a., 4.587.970 an Holley u. a., 5.447.519 an Peterson, 4.476.868 an Thompson, 4.556.063 an Thompson, 4.379.459 an Stein, 5.312.453 an Wyborny, 5.545.186 an Olson, 5.345.316 an Keimel, 5.314.430 an Bardy, 5.131.388 an Pless, 3.888.260 an Fischell, 5.411.537 an Munshi u. a. und 4.821.723 an Baker u. a. offenbart sind, genutzt werden.
  • Die Steuerschaltungsanordnung 44 stellt für die Ausgangsschaltung 40 der vorliegenden Erfindung drei Signale mit primärer Bedeutung bereit. Diese Signale enthalten das oben diskutierte erste und zweite Steuersignal, die hier als ENAB, Leitung 48, und als ENBA, Leitung 50, bezeichnet sind. Außerdem ist die DUMP-Leitung 52, die die Entladung des Ausgangskondensators beginnt, und die VCAP-Leitung 54, die ein Signal bereitstellt, das für die Steuerschaltungsanordnung 44 die in den Ausgangskondensatoren C1, C2 gespeicherte Spannung angibt, von Bedeutung. Die oben in 1 veranschaulichten Defibrillationselektroden 28, 30 und 32 sind mittels Leitern 22, 24 und 26 mit der Ausgangsschaltungsanordnung 40 gekoppelt gezeigt. Zur Erleichterung des Verständnisses sind diese Leiter außerdem als "COMMON", "HVA" und "HVB" bezeichnet. Allerdings sind andere Konfigurationen ebenfalls möglich. Zum Beispiel kann die subkutane Elektrode 30 mit dem HVB-Leiter 26 gekoppelt werden, um zu ermöglichen, dass zwischen den Elektroden 28 und 30 ein Einzelimpulsregime geliefert wird. Während eines Logiksignals an ENAB, Leitung 48, wird zwischen der Elektrode 30 und der Elektrode 28 ein Kardioversions/Defibrillations-Impuls geliefert. Während eines Logiksignals auf ENBA, Leitung 50, wird zwischen der Elektrode 32 und der Elektrode 28 ein Kardioversions/Defibrillations-Impuls geliefert.
  • Die Ausgangsschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung enthält eine Kondensatorbank, die die Kondensatoren C1 und C2 und die Dioden 121 und 123 enthält, die zum Liefern von Defibrillationsimpulsen an die Elektroden verwendet werden. Wie in dem oben erwähnten '427-er Patent gezeigt ist, kann die Kondensatorbank alternativ eine weitere Menge von Kondensatoren enthalten. In 2 sind die Kondensatoren 265 in Verbindung mit der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung 64 veranschaulicht, die mittels der CHDR-Leitung 66 durch die Steuer/Zeitgebungs-Schaltungsanordnung 44 gesteuert wird. Wie veranschaulicht ist, werden die Kondensatoren 265 mittels eines Hochfrequenz-Hochspannungs-Transformators 110 geladen. Mittels der Dioden 121 und 123 werden die richtigen Ladepolaritäten aufrechterhalten. Die VCAP-Leitung 54 stellt ein Signal bereit, das die Spannung an der Kondensatorbank angibt, und ermöglicht die Steuerung der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung und den Abschluss der Ladefunktion, wenn die gemessene Spannung gleich dem programmierten Spannungspegel ist.
  • Die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 enthält einen R-Wellen-Verstärker gemäß dem Stand der Technik oder vorteilhafter wie er im gleichzeitig anhängigen gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.117.824 an Keimel u. a. für "Apparatus for Monitoring Electrical Physiological Signals", eingereicht am 14. November 1990, offenbart ist. Allerdings wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung im Kontext irgendeines bekannten R-Wellen-Verstärkungssystems arbeitsfähig ist. Die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 enthält außerdem einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Herzstimulationsimpulsen, der ebenfalls irgendeiner bekannten Herzschrittmacher-Ausgangsschaltungsanordnung entsprechen kann und eine Zeitgebungsschaltungsanordnung enthält, um gemäß der Steuerung des Mikroprozessors 42 über den Steuer/Daten- Bus 80 Ventrikelstimulationsintervalle, Refraktärintervalle und Austastintervalle zu definieren.
  • Die Steuersignale, die die Erzeugung von Herzstimulationsimpulsen durch die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 auslösen, und die Signale, die das Auftreten von R-Wellen angeben, von der Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 werden mittels eines doppeltgerichteten Datenbusses 81 an die Steuerschaltungsanordnung 44 übermittelt. Die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 ist mittels eines Leiters 36 mit der in 1 veranschaulichten Schraubenelektrode 34 gekoppelt. Außerdem ist die Stimulations/Abtast-Schaltungsanordnung 78 wie oben diskutiert mittels eines Leiters 82 mit der in 1 veranschaulichten Ventrikelelektrode 28 gekoppelt, was die bipolare Abtastung von R-Wellen zwischen den Elektroden 34 und 28 und die Lieferung bipolarer Stimulationsimpulse zwischen den Elektroden 34 und 28 ermöglicht.
  • Die 3(a) bis 3(g) zeigen perspektivische Ansichten verschiedener Komponenten der implantierbaren PCD 10 der vorliegenden Erfindung, die eine Ausführungsform des Kondensators der vorliegenden Erfindung enthält, während diese Komponenten aufeinander folgend in dem Gehäuse der PCD 10 angeordnet werden. In 3(a) wird das Elektronikmodul 360 in der rechten Abschirmung 340 der PCD 10 angeordnet. 3(b) zeigt die PCD 10, wenn das Elektronikmodul 360 in die rechte Abschirmung 340 gesetzt worden ist.
  • 3(c) zeigt ein Paar Kondensatoren 265 der vorliegenden Erfindung, bevor sie in der rechten Abschirmung 340 angeordnet werden, wobei die Kondensatoren durch Verbindungen im Elektronikmodul 340 elektrisch in Reihe geschaltet sind. 3(d) zeigt die PCD 10, wenn das Paar der Kondensatoren 265 in der rechten Abschirmung 340 angeordnet worden ist.
  • 3(e) zeigt den Isolatornapf 370 vor seinem Anordnen auf den Kondensatoren 265 in der rechten Abschirmung 340. 3(f) zeigt die elektrochemische Zelle oder Batterie 380 mit einem Isolator 382, der vor dem Anordnen der Batterie 380 in der Abschirmung 340 darum angeordnet wird. Die Batterie 380 stellt die Elektroenergie bereit, die zum Laden und Nachladen der Kondensatoren 265 erforderlich ist, und versorgt außerdem das Elektronikmodul 360 mit Leistung.
  • Die Batterie 380 ist am meisten bevorzugt eine spiralförmig gewickelte Batterie mit hoher Kapazität und hoher Rate des Typs, der im US-Patent Nr. 5.439.760 an Howard u. a. für "High Reliability Electrochemical Cell and Electrode Assembly Therefor" und im US-Patent Nr. 5.434.017 an Berkowitz u. a. für "High Reliability Electrochemical Cell and Electrode Assembly Therefor" offenbart ist.
  • Weniger bevorzugt kann die Batterie 380 eine Batterie mit spiralförmig gewickelten gestapelten Plattenelektroden oder Serpentinenelektroden des Typs sein, der z. B. in den US-Patenten Nr. 5.312.458 und 5.250.373 an Muffoletto u. a. für "Internal Electrode and Assembly Method for Electrochemical Cells"; im US-Patent Nr. 5.549.717 an Takeuchi u. a. für "Method of making Prismatic Cell"; im US-Patent Nr. 4.964.877 an Kiester u. a. für "Non-Aqueous Lithium Battery"; im US-Patent Nr. 5.147.737 an Post u. a. für "Electrochemical Cell with Improved Efficiency Serpentine Electrode" und im US-Patent Nr. 5.468.569 an Pyszczek u. a. für "Use of Standard Uniform Electrode Components in Cells of Either High or Low Surface Area Design" offenbart ist.
  • Hybridkatodenzellen mit hoher Rate sind zur Verwendung in Verbindung mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung besonders geeignet. Beispiele für Hybridkatodenbatterien und -zellen mit Katoden, die Lithiumanoden und -katoden aufweisen, die Gemische verschiedener Arten von Silbervanadiumoxid und (CFx)n enthalten, sind in den US-Patenten Nr. 5.114.810 an Frysz u. a.; 5.180.642 an Weiss u. a.; 5.624.767 an Muffoletto u. a.; 5.639.577 an Takeuchi u. a. und 5.667.916 an Ebel u. a. offenbart.
  • Es ist festgestellt worden, dass der Elektrolyt in bevorzugten Ausführungsformen von Batterien, die zur Verwendung in Verbindung mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung geeignet sind, am meisten bevorzugt etwa 1,0 M LiBF4 enthält, wobei die Anode am meisten bevorzugt Lithiummetall umfasst, die Katode am meisten bevorzugt etwa 90 Gew.-% aktiver Materialien (d. h. 90 Gew.-% eines Gemischs aus (CFx)n und SVO), etwa 7 Gew.-% Polymerbindemittel und etwa 3 % leitfähigen Kohlenstoff umfasst.
  • Das SVO, das in Zellen und Batterien genutzt wird, die zum Laden und Nachladen des Kondensators der vorliegenden Erfindung genutzt werden, ist am meisten bevorzugt von dem Typ, der als "Kombinations-Silbervanadiumoxid" oder "CSVO" bekannt ist, wie er in den US-Patenten Nr. 5.221.453; 5.439.760 und 5.306.581 und im US-Patent Nr. 5.895.733, eingereicht am 3. Februar 1997, an Crespi u. a. offenbart ist.
  • Selbstverständlich kann aber in den Katoden und Zellen, die zum Laden und Nachladen der Kondensatoren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, irgendein Typ eines geeigneten Silbervanadiumoxids (oder SVO), einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Ersatz-SVO, wie es von Takeuchi u. a. im US-Patent Nr. 5.472.810 offenbart ist und wie es durch Leising u. a. im US-Patent Nr. 5.695.892 offenbart ist, SVO, wie es durch das von Liang u. a. in den US-Patenten 4.310.609 und 4.391.729 offenbarte Zersetzungsverfahren hergestellt wird, amorphes SVO, wie es von Takeuchi u. a. im US-Patent Nr. 5.498.494 offenbart ist, SVO, das durch das wie von Takeuchi u. a. im US-Patent Nr. 5.558.680 offenbarte Sol-Gel-Verfahren zubereitet wird, und SVO, das durch den Hydrothermalprozess zubereitet worden ist, genutzt werden.
  • Außerdem sind die in Verbindung mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung verwendeten Batterien vorzugsweise katodenbegrenzt, um auf der Grundlage der Beobachtung von Spannungsentladungskurven eine genaue, zuverlässige Vorhersage des Batterielebensendes zu ermöglichen, da die Entladungscharakteristiken katodenbegrenzter Zellen verhältnismäßig gleichförmig sind.
  • In seinen allgemeineren Aspekten kann der Kondensator der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit elektrochemischen Zellen genutzt werden, in denen die Anode irgendein aktives Metall über Wasserstoff in der EMF-Serie wie etwa ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall oder Aluminium umfasst. Lithium ist ein bevorzugtes Anodenmaterial.
  • Die Katodenmaterialien in elektrochemischen Zellen, die zur Verwendung in Verbindung mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind am meisten bevorzugt fest und umfassen als ihre aktiven Komponenten Metalloxide wie etwa Vanadiumoxid (V6O13), Silbervanadiumoxid (Ag2V4O11) oder Mangandioxid. Von diesen Katodenmaterialien ist wärmebehandeltes Elektrolytmangandioxid am meisten bevorzugt. Wie oben erwähnt wurde, kann die Katode der elektrochemischen Zelle ebenfalls Kohlenmonofluorid (CFx) und Hybride davon, z. B. CFx + MnO2 oder irgendwelche anderen bekannten aktiven Elektrolytkompo nenten, gemeinsam enthalten. Mit "festen" Katoden sind hier gepresste poröse feste Katoden gemeint, wie sie im Gebiet bekannt sind. Diese Katoden werden typisch durch Mischen einer oder mehrerer aktiver Komponenten mit Kohlenstoff und Poly(tetrafluorethylen) und Pressen dieser Komponenten zum Bilden einer porösen festen Struktur hergestellt.
  • Allerdings können in Verbindung mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung selbstverständlich andere chemische Batteriesysteme als die oben explizit dargelegten genutzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Katoden/Anoden-Systeme wie etwa: nachladbare Silberoxid/Lithium-; MnO2/Lithium-; V2O5/Lithium-; Kupfersilbervanadiumoxid/Lithium-; Kupferoxid/Lithium-; Bleioxid/Lithium-; CFx/Lithium-; Chromoxid/Lithium-; Wismuthaltige-Oxide/Lithium- und Lithiumionenbatterien.
  • 3(h) zeigt die PCD 10 mit der linken Abschirmung 350, die mit der rechten Abschirmung 340 und mit der Durchleitung 390, die von beiden Abschirmungshälften nach oben vorsteht, verbunden ist. Der Aktivitätssensor 400 und die Patientenwarnvorrichtung 410 sind im unteren Seitenabschnitt der linken Abschirmung 350 angeordnet gezeigt. Die linke Abschirmung 350 und die rechte Abschirmung 340 werden aufeinander folgend geschlossen und hermetisch abgedichtet (in den Figuren nicht gezeigt).
  • 4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines Kondensators 265 der vorliegenden Erfindung mit einer Ein-Anoden/Katoden-Unteranordnung 227. Die hier beschriebene Kondensatorkonstruktion nutzt eine gestapelte Konfiguration, bei der die Anoden/Katoden-Unteranordnung 227 abwechselnd im Wesentlichen rechteckig gebildete Anodenschichten 185 und Katodenschichten 175 umfasst, zwischen denen im Wesentlichen rechteckig gebil dete Separatorschichten 180 liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwischen der Anodenunteranordnung 170 und der Katodenschicht 175 zwei einzelne Separatorschichten 180 angeordnet. An einer Anodenschicht 185a ist ein Anodenlappen 195d befestigt, der im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Die Katodenschicht 175d weist am meisten bevorzugt einen Katodenlappen 176 auf, der einteilig damit gebildet ist und von ihrem Umfang vorsteht.
  • Die Formen der Anodenschichten 185, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180 sind hauptsächlich eine Frage der Konstruktionswahl und werden zum größten Teil durch die Form oder Konfiguration des Gehäuses 90 bestimmt, in dem diese Schichten schließlich angeordnet werden. In einer Stempelvorrichtung gemäß einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung sollen der Stanzstempel und der Hohlraum der vorliegenden Erfindung, die beim Bilden dieser Schichten genutzt werden, so konfiguriert sein, dass Schichten mit einer gewünschten vorbestimmten Form wie etwa die in 4 gezeigten erzeugt werden. Ein Hauptvorteil der Kondensatorkonstruktion der vorliegenden Erfindung ist, dass die Anodenschichten 185, die Katodenschichten 175 und die Separatorschichten 180 irgendeine beliebige Form annehmen können, um die Packungseffizienz zu optimieren.
  • Am meisten bevorzugt werden die Anodenschichten 185, die Katodenschichten 175 und die Separatorschichten 180 aus Materialien gebildet, die typisch bei hochwertigen Aluminiumelektrolytkondensatoren verwendet werden. Die einzelnen Anodenschichten 185 werden typisch etwas steif und aus hochreinem Aluminium gebildet, das durch Ätzen verarbeitet worden ist, um eine hohe Kapazität pro Flächeneinheit zu erzielen. Die Katodenschichten 175 sind vorzugsweise hochrein und vergleichsweise flexibel. Um sicherzu stellen, dass zwischen den Anoden und den Katoden des fertigen Kondensators eine physikalische Sperre angeordnet ist, werden die Papierseparatoren 180 am meisten bevorzugt etwas größer als die Katodenschichten 175 und die Anodenschichten 185 hergestellt.
  • In einer wie auch in den 6 und 9 gezeigten Ausführungsform des Kondensators 265 der vorliegenden Erfindung ist die in 4 gezeigte Unteranordnung 227d nur eine einer Anzahl von Anoden/Katoden-Unteranordnungen 227a bis 227h, die im Kondensator 265 angeordnet sind. Gleichfalls sind am meisten bevorzugt in jeder Unteranordnung eine Anzahl von Anodenschichten 185 und Separatorschichten 180 angeordnet, während in jeder Unteranordnung 227 eine einzelne Katodenschicht 175 angeordnet ist. 4 zeigt die Anodenunteranordnung 170d, eine einer Anzahl von Anodenunteranordnungen, die im Kondensator 265 angeordnet sind. Die Anodenunteranordnung 170d in 4 ist nur eine Ausführungsform der Anodenunteranordnung 170 der vorliegenden Erfindung, die darin in der Weise gezeigt ist, dass sie am meisten bevorzugt drei ungekerbte Anodenschichten 185, eine gekerbte Anodenschicht 190 und einen Anodenlappen 195 umfasst.
  • Allerdings ist für den Fachmann auf dem Gebiet selbstverständlich, dass die genaue Anzahl der zur Verwendung in einer gegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgewählten Unteranordnungen 227 von der Energiedichte, vom Volumen, von der Spannung, vom Strom, von der Energieabgabe und von anderen an den Kondensator 265 gestellten Anforderungen abhängt. Im Umfang der vorliegenden Erfindung sind so wenig wie zwei Anoden/Katoden-Unteranordnungen 227 und so viel wie 50 Anoden/Katoden-Unteranordnungen 227 enthalten.
  • Ähnlich ist für den Fachmann auf dem Gebiet selbstver ständlich, dass die genaue Anzahl der gekerbten und der ungekerbten Anodenschichten 185, der Anodenlappen 195, der Anodenunteranordnungen 170, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180, die zur Verwendung in einer gegebenen Ausführungsform der Anoden/Katoden-Unteranordnung 227 der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden, von der Energiedichte, vom Volumen, von der Spannung, vom Strom, von der Energieabgabe und von anderen an den Kondensator 265 gestellten Anforderungen abhängen.
  • Es ist nun offensichtlich, dass bezüglich der Anzahl der Anoden/Katoden-Unteranordnungen 227 und der Anzahl der ungekerbten und gekerbten Anodenschichten 185, die die Anodenunteranordnung 170 bilden, der Anodenunteranordnungen 170, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180, die innerhalb jeder Anoden/Katoden-Unteranordnung 227 angeordnet sind, gemäß den besonderen Anforderungen des Kondensators 265 eine praktisch unbeschränkte Anzahl von Kombinationen und Permutationen ausgewählt werden können und dass diese Kombinationen und Permutationen weiter im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
  • Wie wieder in 4 gezeigt ist, umfasst die Anodenunteranordnung 170 am meisten bevorzugt eine Anzahl ungekerbter Anodenschichten 185, eine gekerbte Anodenschicht 190, einen Anodenlappen 195 und eine Anodenlappenkerbe 200. Die Anodenschichten 185 und 190 sind aus Anodenfolie 65 gebildet (in den Figuren nicht gezeigt). Es ist festgestellt worden, dass die Anodenfolie der vorliegenden Erfindung am meisten bevorzugt durchgeätzt ist, eine hohe spezifische Kapazität (wenigstens etwa 0,3, wenigstens etwa 0,5 oder am meisten bevorzugt wenigstens etwa 0,8 μF/cm2) aufweist, einen dielektrischen Durchschlagfestigkeitsparameter von wenigstens 425 V Gleichstrom, eine Dicke im Bereich zwischen etwa 50 und etwa 200 μm, bevorzugter zwischen etwa 75 und 150 μm, noch bevorzugter zwischen etwa 90 und etwa 125 μm, aufweist und am meisten bevorzugt etwa 100 μm dick ist und eine Reinheit von etwa 1,0 mg/m2 maximale Chlorverunreinigung bezüglich der geplanten Fläche aufweist.
  • In der vorliegenden Erfindung sind dünne Anodenfolien bevorzugt, insbesondere dann, wenn sie die spezifische Kapazität im Wesentlichen aufrechterhalten oder erhöhen, während sie die Dicke der Elektrodenanordnung 225 verringern, oder wenn sie die Dicke der Elektrodenanordnung 225 aufrechterhalten, während sie die Gesamtkapazität erhöhen. Zum Beispiel wird in der vorliegenden Erfindung betrachtet, dass die einzelnen Anodenschichten 185 eine Dicke von etwa 10 μm, etwa 20 μm, etwa 30 μm, etwa 40 μm, etwa 50 μm, etwa 60 μm, etwa 70 μm, etwa 80 μm, etwa 90 μm, etwa 100 μm, etwa 110 μm, etwa 120 μm, etwa 130 μm, etwa 140 μm und etwa 150 μm aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Anodenfolie 65 eine Nennstoßspannung von 390 V, eine Anfangsreinheit von etwa 99,99 % Aluminium, eine Enddicke von etwa 104 μm plus oder minus etwa 5 μm und eine spezifische Kapazität von etwa 0,8 μF/cm2 auf. Geeignete Anodenfolien zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung sind auf weit verbreiteter Grundlage kommerziell verfügbar.
  • Die Katodenschichten 175 sind am meisten bevorzugt aus Katodenfolie 70 (in den Figuren nicht gezeigt) gebildet. Es ist festgestellt worden, dass einige bevorzugte Ausführungsformen der Katodenfolie eine hohe Oberflächenfläche (d. h. eine in hohem Maße geätzte Katodenfolie), eine hohe spezifische Kapazität (vorzugsweise wenigstens 200 μF/cm2 und wenigstens 250 μF/cm2, wenn frisch), eine Dicke von etwa 30 μm, eine Reinheit von etwa 1,0 mg/m2 maximaler Chlorverunreinigung bezüglich der geplanten Fläche und eine Reinheit, die niedriger sein kann als die entsprechende für das Ausgangsfolienmaterial, aus dem die Anodenfolie 65 hergestellt ist, aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Katodenfolie 70 eine Anfangsreinheit von wenigstens 99 % Aluminium und noch bevorzugter von etwa 99,4 % Aluminium, eine Enddicke von etwa 30 μm und eine spezifische Anfangskapazität von etwa 250 μF/cm2 auf.
  • In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Katodenfolie 70 eine spezifische Kapazität im Bereich zwischen etwa 100 und etwa 500 μF/cm2, zwischen etwa 200 und etwa 400 μF/cm2 oder zwischen etwa 250 und etwa 350 μF/cm2, eine Dicke im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 150 μm, zwischen etwa 15 und etwa 100 μm, zwischen etwa 20 und etwa 50 μm oder zwischen etwa 25 und etwa 40 μm auf.
  • Allgemein bevorzugt ist die spezifische Kapazität der Katodenfolie 70 so hoch wie möglich und die Katodenschicht 175 so dünn wie möglich. Zum Beispiel wird in der vorliegenden Erfindung betrachtet, dass die einzelnen Katodenschichten 175 spezifische Kapazitäten von etwa 100 μF/cm2, etwa 200 μF/cm2, etwa 300 μF/cm2, etwa 400 μF/cm2, etwa 500 μF/cm2, etwa 600 μF/cm2, etwa 700 μF/cm2, etwa 800 μF/cm2, etwa 900 μF/cm2 oder etwa 1000 μF/cm2 aufweisen. Geeignete Katodenfolien zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung sind auf umfassender Grundlage kommerziell verfügbar.
  • In nochmals weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Katodenfolie 70 aus zusätzlichen Mate rialien oder Metallen zu Aluminium, Aluminiumlegierungen und "reinem" Aluminium gebildet.
  • Die Separatorschichten 180 werden am meisten bevorzugt aus einer Rolle oder aus einer Lage Separatormaterial 75 hergestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Separatormaterial 75 reine Zellulose, Kraft®-Papier mit sehr niedrigem Halogenid- oder Chloridgehalt mit einer Dicke von etwa 0,0125 μm (0,0005 Inch), mit einer Dichte von etwa 1,06 g/cm3, mit einer Durchschlagfestigkeit von 1400 V Wechselstrom pro 0,025 mm (0,001 Inch) Dicke und mit einer niedrigen Anzahl von Leiterbahnen (etwa 3,6/m2 (0,4/Fuß2) oder weniger). Um eine Fehlausrichtung während des Stapelns der Schichten auszugleichen und einen nachfolgenden Kurzschluss zwischen Elektroden entgegengesetzter Polarität zu verhindern, werden die Separatorschichten 180 vorzugsweise etwas größer als die Anodenschichten 170 und die Katodenschichten 175 geschnitten.
  • Vorzugsweise werden die Separatorschichten 180 aus einem Material gebildet, das: (a) chemisch inert ist; (b) chemisch verträglich mit dem ausgewählten Elektrolyten ist; (c) mit den Elektrolyten imprägniert werden kann, um einen Weg mit niedrigem Widerstand zwischen angrenzenden Anoden- und Katodenschichten herzustellen, und (d) angrenzende Anoden- und Katodenschichten physikalisch trennt. Die Separatorschichten 180 können auch aus anderen Materialien als Kraft-Papier wie etwa Manila-Papier, porösen Polymermaterialien oder Stoffgazematerialien gebildet werden. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwischen den Anoden- und Katodenschichten poröse Polymermaterialien angeordnet sein wie jene, die in den US-Patenten Nr. 3.555.369 und 3.883.784 offenbart sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sättigt oder durchfeuchtet ein flüssiger Elektrolyt die Separatorschichten 180, wobei er im Gehäuse 90 angeordnet ist. Allerdings weisen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in ihrem Umfang selbstverständlich einen festen oder klebenden Elektrolyten auf wie etwa jene, die in den US-Patenten Nr. 5.628.801; 5.584.890; 4.942.501 und in ihren Fortsetzungen, in den US-Pat. Nr. 5.146.391 und 5.153.820, offenbart sind. Es wird angemerkt, dass zum Bilden der Separatorschicht 180 in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anstelle des Papiers, der Gaze- oder der porösen Polymermaterialien eine geeignete Kleber-/Elektrolytschicht zwischen den Elektroden genutzt werden kann.
  • Außerdem ist für den Fachmann auf dem Gebiet selbstverständlich, dass es viele verschiedene Typen und Verfahren zur Herstellung der Anode 65, der Katodenfolie 70 und des Separatormaterials 75 gibt. Somit sind hier nur bevorzugte Materialien, Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Kondensators 265 der vorliegenden Erfindung und seiner verschiedenen Komponenten und nicht alle Materialien, Verfahren und Vorrichtungen, die zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung geeignet sind und in deren Umfang liegen, offenbart.
  • Weiter anhand von 4 ist ein erster bevorzugter Schritt bei der Montage eines flachen Aluminiumelektrolytkondensators das Schneiden der Anodenschichten 185 und 190, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180. Diese Komponenten werden am meisten bevorzugt unter Verwendung von Stempeln, die einen geringen Spielraum von Wand zu Wand haben, wobei der Wandabstand zwischen den im Wesentlichen vertikal orientierten entsprechenden Wänden des Stanzstempels und des Stempels am meisten bevorzugt in der Größenordnung von etwa 0,00015 mm (6 Millionstel Inch) pro Seite liegt, zu der Form geschnitten. Größere oder kleinere Abstände zwischen den Wänden zwischen den im Wesentlichen vertikal orientierten entsprechenden Wänden des Stanzstempels und des Hohlraums wie etwa 0,00005 mm, etwa 0,0001 mm, etwa 0,000125 mm, etwa 0,000175 mm, etwa 0,0002 mm, etwa 0,00025 mm und etwa 0,0003 mm (etwa 2, etwa 4, etwa 5, etwa 7, etwa 8, etwa 10 und etwa 12 Millionstel Inch) können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden, sind aber weniger bevorzugt.
  • Dieser geringe Spielraum führt dazu, dass entlang der Umfänge der Anodenschichten 185 und 190, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180 glatte, gratfreie Kanten gebildet werden. Es ist festgestellt worden, dass glatte, gratfreie Kanten an den Wänden der Stempel entscheidend bezüglich der zuverlässigen Funktion eines Kondensators sind.
  • Die Anwesenheit von Graten entlang der Umfänge der Anodenschichten 185 und 190, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180 kann zum Kurzschluss und zum Ausfall des Kondensators führen. Die Mittel, durch die die Anodenfolie, die Katodenfolie und die Separatormaterialien in der vorliegenden Erfindung geschnitten oder gebildet werden, kann eine erhebliche Auswirkung auf das Fehlen oder auf die Anwesenheiten von Graten und anderen Schnittablagerungen haben, die um die Umfänge der gebildeten oder geschnittenen Elemente abgelagert werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verwendung von Stempeln mit geringem Spiel eine Kante herstellt, die der anderer Schneidverfahren wie etwa Bandstahlstempeln überlegen ist. Es ist festgestellt worden, dass die Form, die Flexibilität und die Geschwindigkeit eines Stempels mit geringem Spiel denen des Laser- oder Klingenschneidens überlegen sind.
  • Weitere Verfahren zum Schneiden oder Bilden der Anodenschichten 185 und 190, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, Bandstahl-Stempelschneiden, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und Klingenschneiden.
  • Das bevorzugte geringe Spiel der Stempelvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist besonders wichtig zum Schneiden dünner, dehnbarer Materialien wie etwa der Katodenfolie 70. Außer der Verbesserung der Zuverlässigkeit ermöglicht die Verringerung von Graten und Ablagerungen Verringerungen der Dicke der Separatorschicht 180 und verbessert dadurch die Energiedichte des Kondensators. Winkelschneiden, bei dem die Fläche des Stanzstempels während des Schneidschritts nicht parallel zu dem gegenüberliegenden Boden des Stempels gehalten wird, ist ein weiteres weniger bevorzugtes Verfahren zum Schneiden oder Bilden der Anodenschichten 185 und 190, der Anodenlappen 195, der Katodenschichten 175 und der Separatorschichten 180 der vorliegenden Erfindung.
  • Vorzugsweise wird die Separatorschicht 180 in der vorliegenden Erfindung in der Weise geschnitten oder auf andere Weise gebildet, dass ihr Außenumfang eng mit dem der entsprechenden Seitenwände des Inneren des Gehäuses 90 in Übereinstimmung steht. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Umfang der Separatorschicht innerhalb plus oder minus 0,225 mm (0,009 Inch) der entsprechenden Seitenwände des Gehäuses 90 angeordnet. Es ist festgestellt worden, dass diese enge Übereinstimmung zwischen dem Umfang der Separatorschicht 180 und den entsprechenden inneren Seitenwänden des Gehäuses 90 den Vorteil bietet, dass sie ermöglicht, dass die Separatorschichten 180 an der Stelle der Elektrodenanordnung 225 im Gehäuse 90 festgesetzt oder fest gesichert werden. Diese Festsetzung geschieht, da das Separatorpapier, das die Separatorschichten 180 bildet, anschwillt, nachdem der Elektrolyt durch die Füllöffnungs-Klemmhülse 105 im ansonsten montierten und abgedichteten Kondensator 265 zugegeben worden ist.
  • In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Folien- oder Separatormaterialien zwischen den Stanzstempel und den Hohlraumabschnitt eines Stempels mit geeigneten Abständen auf einer Rolle gezogen. Daraufhin wird am meisten bevorzugt eine mittels Luft oder hydraulisch betätigte Presse genutzt, um den Stanzstempel- oder Hohlraumabschnitt des Stempels zu betätigen. Der Stanzstempelabschnitt des Stempels ist am meisten bevorzugt aus gehärtetem Werkstoffstahl gebildet oder auf seinen Schnittoberflächen sind andere geeignete verschleißfeste Materialien oder Beschichtungen angeordnet. Wenn der Hohlraum des Stempels vertikal ausgerichtet wird, kann der Stanzstempelabschnitt des Stempels während eines Schnittzyklus entweder nach oben oder nach unten zu dem Hohlraum laufen. Im ersteren Fall werden die Komponenten geschnitten und zur Verwendung in nachfolgenden Montageoperationen in einen Behälter heruntergefallen lassen. Im letzteren Fall werden die Komponenten geschnitten und können direkt zur nachfolgenden Verarbeitung an eine automatische Montageausrüstung wie etwa an Roboter, die mit Unterdruckwerkzeugen oder anderen Greifwerkzeugen ausgestattet sind, übergeben werden. Stempel mit geringem Spiel des hier beschriebenen Typs können von der Top Tool, Inc., aus Minneapolis, Minnesota, geliefert werden.
  • Die Anodenunteranordnung 170 enthält am meisten bevorzugt eine gekerbte Anodenschicht 190, die die richtige Anord nung und Positionierung des Anodenlappens 195 in der Anodenunteranordnung 170 erleichtert. In der Anodenunteranordnung 170 kann auch mehr als eine gekerbte Anodenschicht 190 enthalten sein. Vorzugsweise sind die verbleibenden Anodenschichten der Anodenunteranordnung 170 ungekerbte Anodenschichten 185. Der Anodenlappen 195 wird am meisten bevorzugt aus einem Aluminiumstreifenmaterial gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Aluminiumstreifen 80 eine Reinheit von etwa 99,99 % Aluminium und einen niedrigeren Grad an Eloxierung als die Anodenfolie 65. Wenn der Anodenlappen 195 aus einem nicht eloxierten Material gebildet wird, kann das Kaltschweißen des Anodenlappens 195 mit den ungekerbten Anodenschichten 185 mit weniger Kraft und Durchbiegung ausgeführt werden, worüber Weiteres weiter unten ausgeführt wird. Vorzugsweise ist die Dicke des Anodenlappens 195 etwa gleich der der gekerbten Anodenschicht 190. Falls in der Anodenunteranordnung 170 mehr als eine gekerbte Anodenschicht 190 genutzt wird, kann ein dickerer Anodenlappen 195 genutzt werden.
  • 13 zeigt einen Ablaufplan, der allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines flachen Aluminiumelektrolytkondensators 265 der vorliegenden Erfindung von Anfang bis Ende beschreibt. Andererseits zeigen die 14 bis 20 spezifische Abschnitte des allgemein in 13 beschriebenen Verfahrens oder Prozesses.
  • 14 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der Anodenschicht 170 der vorliegenden Erfindung. In 14 werden ungekerbte Anodenschichten 185, eine gekerbte Anodenschicht 190 und ein Anodenlappen 195 bereitgestellt und im Kaltschweißgerät 202 zusammengesetzt, um die Anodenunteranordnung 170 zu bilden.
  • Wie nunmehr in den 5(a) bis 5(c) gezeigt ist, werden zwei ungekerbte Anodenschichten 185a und 185b auf der Kaltschweißeinrichtungs-Grundschicht 207 der Kaltschweißvorrichtung 202 angeordnet. Die verschiedenen Strukturelemente der Kaltschweißvorrichtung 202 werden am meisten bevorzugt aus präzisionsbearbeitetem rostfreiem Stahl oder aus einer hochfesten Aluminiumlegierung gebildet. Nachfolgend werden die Schichten 185a und 185b unter Verwendung von federbelasteten Ausrichtstiften 209a bis 209e ausgerichtet und geeignet auf der Kaltschweißeinrichtung-Grundschicht 207 positioniert. Die Stifte 209a bis 209e ziehen sich zurück, wenn die Deckschicht 208 auf die in dem Kaltschweißhohlraum 220 angeordneten Schichten 185a und 185b nach unten gepresst wird. Siehe auch 5(c), wo eine Querschnittsansicht der Kaltschweißvorrichtung 202 gezeigt ist.
  • Die Anodenschicht 190 wird ähnlich im Hohlraum 220 angeordnet, worauf das Anordnen des Anodenlappens 195 in der Anodenlappenkerbe 200 in der gekerbten Anodenschicht 190 folgt. Der Anodenlappen 195 wird am meisten bevorzugt mit Hilfe zusätzlicher federbelasteter Ausrichtstifte 209f und 209g, die entlang des Umfangs des Anodenlappens 195 angeordnet sind, entlang des Umfangs der gekerbten Anodenschicht 190 positioniert. Daraufhin wird die ungekerbte Anodenschicht 185c auf der Anodenschicht 190 angeordnet. Daraufhin wird die gestapelte Anodenunteranordnung 170 zwischen die Deckplatte 208 und die Grundplatte 207 geklemmt. In der Grundplatte 207 sind die Anodenschicht-Kaltschweißstifte 206a und der Anodenlappen-Kaltschweißstift 211a angeordnet. In der Deckplatte 208 sind der Anodenschicht-Kaltschweißstift 206b und der Anodenlappen-Kaltschweißstift 211b angeordnet. Die Grundplatte 207 und die Deckplatte 208 werden so ausgerichtet, dass die Achsen der Kaltschweißstifte 206a und 206b mit den entsprechenden Kaltschweißstiften 211a und 211b zusammen fallen und bezüglich diesen ausgerichtet sind.
  • Die obere Betätigungsvorrichtung 214 der Kaltschweißvorrichtung 202 verlagert die Kaltschweißstifte 206b und 211b nach unten. Die untere Betätigungsvorrichtung 215 verlagert die Kaltschweißstifte 206a und 211a nach oben. In einer Ausführungsform der oberen Betätigungsvorrichtung 214 und der untere Betätigungsvorrichtung 215 der vorliegenden Ausführungsform werden Pneumatikzylinder genutzt, um die Stifte 206a, 206b, 211a und 211b zu bewegen. In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 214 und der Vorrichtung 215 der vorliegenden Erfindung sind ein Paar Rollräder vorgesehen, die sich gleichzeitig und senkrecht zu den Achsen der Stifte 206a, 206b, 211a und 211b bewegen. Nochmals weitere Ausführungsformen der Vorrichtung 214 und der Vorrichtung 215 der vorliegenden Erfindung können Hydraulikstellglieder, Auslegerbalken, Eigengewichte, Federn, elektromechanische Elektromagnete von Servomotoren und dergleichen nutzen, um die Stifte 206a, 206b, 211a und 211b zu bewegen. Die Steuerung der Betätigungsvorrichtung 214 und der Vorrichtung 215 bezüglich des Kraftbetrags und der Zeitgebung der Stiftverlagerung kann unter Verwendung irgendeines oder einer Kombination einer konstanten Last, einer konstanten Verlagerung, einer Elektromagnetsteuereinheit, direkter oder indirekter Mittel ausgeführt werden.
  • Nach dem Klemmen mit der Deckplatte 208 werden die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b betätigt. Die Kaltschweißstellen 205 und 210 in der Anodenunteranordnung 170 werden durch die Druckkräfte gebildet, die erzeugt werden, wenn die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b gegeneinander gedrückt werden. Siehe 6(a), wo die bevorzugten Gebiete gezeigt sind, in denen die Kaltschweißstellen 205 und 210 gebildet werden. Die Kaltschweißstellen 205 und 210 können nicht nur als Kalt schweißstellen, sondern auch als Schmiedeschweißstellen beschrieben werden. Dies ist so, da die Grenzen der Grenzflächen zwischen den Anodenschichten 185 im Gebiet der Schweißstellen 205 und 210 verformt werden, wodurch die Oxidschichten unterbrochen werden und die Grundmetalle in direkten Kontakt miteinander gebracht werden, wobei eine Metallbindung auftritt. Die Metallbindung erhöht die Festigkeit der Schweißstellen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung funktionieren eine Anzahl von Pneumatikzylindern in der oberen Betätigungsvorrichtung 214 und in der unteren Betätigungsvorrichtung 215 gleichzeitig, um die Stifte 206a, 206b, 211a und 211b gegen die Anodenunteranordnung 170 anzutreiben. Die Anodenschicht-Schweißstelle 205 und die Anodenlappen-Kaltschweißstelle 210 werden am meisten bevorzugt unter den Bedingungen direkter konstanter Last gebildet, bei denen Pneumatikzylinder auf einen vorbestimmten festen Druck mit Druck beaufschlagt werden. Außerdem können die Anodenschicht-Kaltschweißstelle 205 und die Anodenlappen-Kaltschweißstelle 210 unter den Bedingungen indirekter konstanter Verlagerung gebildet werden, unter denen die Pneumatikzylinder mit Druck beaufschlagt werden, bis ein über die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a oder 211b angeordneter Verlagerungssensor ein Signal mit einem vorbestimmten Wert erzeugt, woraufhin diese Stifte von der Unteranordnung 227 gelöst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in die obere Betätigungsvorrichtung 214 und in die untere Betätigungsvorrichtung 215 ein Auslegerbalkenmechanismus integriert. Die Anodenschicht-Kaltschweißstelle 205 und die Anodenlappen-Kaltschweißstelle 210 werden unter den Bedingungen direkter konstanter Verlagerung gebildet, wobei die Auslegerbalken betätigt werden und veranlassen, dass das obere und das untere Element 208 und 207 mit der Unteranordnung 227 in Eingriff gelangen, bis ein harter Anschlagpunkt erreicht ist. Außerdem kann in der Vorrichtung 214 und in der Vorrichtung 215 ein indirektes lastgesteuertes System genutzt werden, bei dem die Auslegermittel oder anderen Mittel einen Lastenmesssensor enthalten, um den Anschlagpunkt des Auslegerbalkens z. B. zu steuern, wenn durch den Sensor eine vorbestimmte Last gemessen wird.
  • Die Querschnittsform der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b kann quadratisch, kreisförmig, oval oder irgendeine andere Form sein. Die Form der Enden der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b kann flach, abgerundet, gewölbt oder irgendeine andere geeignete Form sein, die zum wahlweisen Steuern der Eigenschaften der darin erzeugten Kaltschweißstellen geeignet ist. Gleichfalls können in der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger als vier Kaltschweißstifte genutzt werden. Am meisten bevorzugt sind die Enden der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b abgerundet oder gewölbt und besitzen sie einen kreisförmigen Querschnitt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b einen Durchmesser von etwa 0,060'' und ferner ein abgeschrägtes oder gerundetes Ende. Die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b sind vorzugsweise aus einem hochfesten Material, das sich unter den während des Schweißens erhaltenen Drücken nicht leicht verformt, wie etwa aus rostfreiem Stahl, Titan, Werkzeugstahl oder HSLA-Stahl hergestellt. Die Enden oder Seitenwände der Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b können beschichtet, plattiert oder auf andere Weise geändert sein, um die Verschleißbeständigkeit, die Verformungsbeständigkeit oder andere erwünschte tribologische Eigenschaften der Stifte zu erhöhen.
  • Die Hauptfunktion der Kaltschweißstellen 205 und 210 ist es, elektrische Verbindungen zwischen den Schichten 185a, 185b, 185c und 190 und dem Anodenlappen 195 herzustellen, während die Gesamtdicke der Anodenunteranordnung 170 in den Gebieten der Schweißstellen 205 und 210 minimiert wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass typische kommerzielle Zylinderkondensatoren des Standes der Technik eine erhebliche Zunahme der Dicke der Anodenschicht in den Gebieten der Kaltschweißstellen zeigen. Diese Zunahme der Dicke liegt typisch in der Größenordnung etwa des Zweifachen der Dicke des Lappens oder etwa 0,2 mm (0,008 Inch). Im Fall von Zylinderkondensatoren, bei denen nur eine oder zwei nicht zusammenfallende Lappenverbindungen vorhanden sind, kann die Gesamtwirkung auf die Anodenschicht minimal sein. Dagegen ist in einer gestapelten Schichtkonstruktion mit viel mehr Verbindungen und Schweißstellen festgestellt worden, dass Zunahmen der Dicke der Schweißzone die Gesamtdicke der Anodenschicht und des Kondensators erheblich erhöhen.
  • In einem Verfahren und in einer entsprechenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ergibt sich keine oder eine unmerkliche Gesamtzunahme der Dicke der Anodenunteranordnung 170, wenn die Kaltschweißgeometrien und die Bildungsprozesse geeignet optimiert sind. Es ist festgestellt worden, dass mehrere Ausführungsformen der Anodenanordnung 170 etwa im Vergleich zu einer 200 %igen Zunahme der Dicke, die sich aus Kaltschweißstellen ergibt, die in einigen kommerziellen Zylinderkondensatoren festgestellt wurden, nicht mehr als eine etwa 20 %ige Zunahme der Schichtdicke wegen der Anwesenheit der Kaltschweißstellen aufweisen. In der vorliegenden Erfindung können zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Anodenschichten 185 und 190 kaltgeschweißt werden, um die Anodenunteranordnung 170 zu bilden.
  • 6(b) zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung der vorliegenden Erfindung. Die Anodenschichten 185a, 190, 185b und 185c werden an der Schweißstelle 205 durch die Druckwirkung der in die Grundplatte 207 bzw. in die Deckplatte 208 eingebauten Stifte 206a und 206b miteinander kaltgeschweißt. Die Stifte 206a und 206b bilden in der Anodenunteranordnung 170d zentrale Vertiefungen 293 bzw. 294 und führen ferner zur Bildung der Randzonen 295 bzw. 296. Die Randzonen 295 und 296 stehen von den umgebenden Oberflächen der Anodenunteranordnung 170d nach unten bzw. nach oben vor und erhöhen dadurch die Gesamtdicke T der Anodenunteranordnung 170d bezüglich der nicht kaltgeschweißten umgebenden Gebiete oder Abschnitte davon um DT.
  • 6(c) zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Abschnitts einer Ausführungsform einer kaltgeschweißten Anodenanordnung der vorliegenden Erfindung. Die Anodenschichten 185a, 185b, 185c und der Lappen 195d werden an der Schweißstelle 210 durch die Druckwirkung der in die Grundplatte 207 bzw. in die Deckplatte 208 eingebauten Stifte 211a und 211b miteinander kaltgeschweißt. Die Stifte 211a und 211b bilden in der Anodenunteranordnung 170d zentrale Vertiefungen 297 bzw. 298 und führen ferner zur Bildung der Randzonen 299 bzw. 301. Die Randzonen 299 und 301 stehen von der Oberfläche der Anodenunteranordnung 170d nach unten bzw. nach oben vor und erhöhen dadurch die Gesamtdicke T der Anodenunteranordnung 170d bezüglich der nicht kaltgeschweißten Gebiete davon um DT.
  • Die Anodenunteranordnung 170d weist eine Dicke auf, die durch die folgende Gleichung definiert ist: T = nt wobei T die Gesamtdicke der Anodenunteranordnung 170d in den nicht kaltgeschweißten Gebieten, n die Anzahl der Anodenschichten 185 und/oder 190 in der Anodenunteranordnung 170d und t die Dicke der einzelnen Anodenschichten 185 und/oder 190 oder des Anodenlappens 195 ist. Die maximale Gesamtdicke der Anodenunteranordung 170d im Gebiet der Kaltschweißstellen 205 oder 210 ist dann durch die folgende Gleichung definiert: T + ΔT = nt + ΔT.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass es sehr erwünscht ist, die Anodenunteranordnung in der Weise zu bilden, dass das Verhältnis ΔT/T kleiner oder gleich 0,05, 0,1, 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45 oder 0,50 ist. Je niedriger der Wert des Verhältnisses DT/T ist, desto höher ist die Volumeneffizienz des Kondensators 265. Zusätzlich kann die Gesamtdicke des Kondensators 265 verringert werden, wenn der Wert des Verhältnisses DT/T kleiner gemacht wird.
  • Nunmehr anhand von 6(a) haben die Erfinder weiter festgestellt, dass die Gesamtdicke der Elektrodenanordnung 225 durch horizontales Stapeln oder Versetzen der jeweiligen vertikalen Orte der Lappen 195a bis 195h (und der entsprechenden Kaltschweißstellen 210) weiter verringert werden kann. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Lappen 195a, 195b z. B. nicht vertikal miteinander ausgerichtet. Dieses Stapeln oder Versetzen der Lappen 195 ermöglicht, dass die Zunahmen der Dicke DT, die jeder der Anodenunteranordnungen 170a bis 170h entsprechen, in der Weise horizontal über den Umfang oder einen anderen Abschnitt der Elektrodenanordnung 225 verteilt werden, dass sich die Zunahmen der Dicke DT nicht akkumulieren oder konstruktiv addieren, wodurch die Gesamtdicke der Elektrodenanordnung 225 verringert wird. Die Kaltschweißstellen 205 können ähnlich in Bezug aufeinander und auf die Kaltschweißstelle 210 horizontal gestapelt oder versetzt werden, um eine Verringerung der Gesamtdicke der Elektrodenanordnung 225 zu erzielen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Anodenunteranordnung 170 eine Anzahl von drei, vier, fünf oder mehr Anodenschichten 185 und 190, wobei jede Unteranordnung am meisten bevorzugt wenigstens eine Anodenschicht aufweist, an der ein entsprechender Anodenlappen 195 befestigt ist oder deren einen Abschnitt ein Anodenlappen 195 bildet, wobei die Schichten miteinander kaltgeschweißt werden, um die Anodenunteranordnung 170 zu bilden. Zum Beispiel kann eine Anodenunteranordnung 170 sechs Anodenschichten 185 umfassen, die durch Kaltschweißen zweier getrennter Dreifach-Anodenschichten 185 konstruiert sind, die zuvor und getrennt kaltgeschweißt oder auf andere Weise miteinander verbunden wurden. Alternativ kann die Schicht der Anodenunteranordnung 170 sieben Anodenschichten umfassen, die durch Kaltschweißen einer Dreifachanodenschicht 185 und einer Vierfachanodenschicht 185 miteinander konstruiert wurden, die zuvor und getrennt kaltgeschweißt oder auf andere Weise miteinander verbunden wurden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in der Anodenunteranordnung 170 mehrfach gekerbte Anodenschichten 190 genutzt werden, wodurch die Verwendung eines dickeren Anodenlappenmaterials 70 ermöglicht wird.
  • Es ist festgestellt worden, dass die Geometrie der Grundplatte 207 und der Deckplatte 208 in den die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b umgebenden Gebieten die Eigenschaften der Kaltschweißstellen 205 und 210 beeinflusst. In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung haben die Berührungsflächen der Oberflächen der Platten 207 und 208 keinen gerundeten Bruch, der in den Umfängen der Stiftlöcher ausgebildet ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Anwesenheit gerundeter Brüche oder Abrundungen in diesen Gebieten unerwünschte Verformung der Kaltschweißstellen 205 und 210 darin veranlassen kann. Diese Verformung kann zu einer Zunahme der Dicke der Anodenunteranordnung 170 führen, die sich direkt in eine Zunahme der Dicke des Kondensators 265 übertragen kann. Ferner wird angemerkt, dass die auf diese Weise resultierende Zunahme der Dicke ein Vielfaches der Anzahl der in der Elektrodenanordnung 225 vorhandenen Anodenunteranordnungen 170 ist. In weniger bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung können gerundete Brüche oder Abrundungen im Gebiet der Stiftlöcher in der Grundplatte 207 und in der Deckplatte 208 genutzt werden, wobei aber am meisten bevorzugt geeignete Kondensatorkonstruktionsanpassungen wie etwa das Stapeln der Positionen angrenzender gestapelter Kaltschweißstellen vorgenommen werden.
  • Wie in 14 gezeigt ist, wird dann, wenn die Kaltschweißstifte 206a, 206b, 211a und 211b gegen die Anodenunteranordnung 170 betätigt worden sind, die Deckplatte 208 entfernt und die kaltgeschweißte Anodenunteranordnung 170 für das weitere Stapeln der Elektrodenunteranordnung 227 bereitgestellt. 15 zeigt einen Ablaufplan, der einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Elektrodenanordnung 225 der vorliegenden Erfindung entspricht. Siehe auch 6(a), wo eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 225 des Kondensators 265 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Wie in den 4, 6(a) und 15 veranschaulicht ist, umfasst die Elektrodenanordnung 225 am meisten bevorzugt eine Anzahl kaltgeschweißter Anodenunteranordnungen 175a bis 175h, eine Anzahl von Katodenschichten 175a bis 175I, eine Anzahl von Separatorschich ten 180, die äußeren Separatorschichten 165a und 165b, einen äußeren Umgriff 115 und ein Umgriffsband 245.
  • Der äußere Umgriff 115 wird am meisten bevorzugt aus dem oben beschriebenen Separatormaterial 75 abgestanzt, kann aber aus einem weiten Bereich anderer geeigneter Materialien wie etwa Polymermaterialien, Aluminium, geeigneten Wärmeschrumpfmaterialien, geeigneten gummierten Materialien und synthetischen Entsprechungen oder Derivaten davon und dergleichen gebildet werden.
  • Das Umgriffsband 245 wird am meisten bevorzugt aus einem Acrylklebeband mit Polypropylen-Rückseite geschnitten, kann aber auch durch eine Klammer, eine Ultraschall-Papierverbindungsstelle oder -schweißstelle, andere geeignete Kleber als Acrylkleber, anderes geeignetes Klebeband als Band mit Polypropylenrückseite, einen Haken und eine entsprechende Spange usw. ersetzt werden.
  • Der äußere Umgriff 115 und das Umgriffsband 245 umfassen zusammen einen Elektrodenanordnungsumgriff, von dem festgestellt worden ist, dass er eine unerwünschte Bewegung oder Verschiebung der Elektrodenanordnung 225 während der nachfolgenden Verarbeitung verhindern hilft. Dem Fachmann auf dem Gebiet ist nun klar, dass es, um die Elektrodenanordnung 225 während der nachfolgenden Verarbeitung festzusetzen und zu sichern, viele andere Mittel als die explizit hier offenbarten gibt, die im Wesentlichen dieselbe Funktion wie der Elektrodenanordnungsumgriff, der den äußeren Umgriff 115 und das Umgriffsband 245 umfasst, bewirken. Es gibt andere alternative Mittel zum Festsetzen und Sichern der Elektrodenanordnung 225 als die oben beschriebenen. Diese alternativen Mittel enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, Roboterklemmmittel oder andere mechanische Klemmmittel und Sicherungsmittel, die nicht notwendig einen Abschnitt der Elektrodenanordnung 225 bilden, Klebeelektrolyte zum Bilden der Separatorschichten 180 usw.
  • Der Stapelprozess, durch den die Elektrodenanordnung 225 am meisten bevorzugt hergestellt wird, beginnt mit dem Anordnen des äußeren Umgriffs 115 in einer Stapeleinrichtung, worauf das Anordnen des äußeren Papiers oder der Separatorschicht 165a folgt. Nachfolgend wird die Katodenschicht 175a auf der Separatorschicht 165a angeordnet, gefolgt von den Separatorschichten 180a und 180b, die darauf angeordnet werden. Daraufhin wird die kaltgeschweißte Anodenunteranordnung 170a auf der Separatorschicht 180b angeordnet, worauf das Anordnen der Separatorschichten 180a und 180b darauf usw. folgt. Das Anordnen abwechselnder Katodenschichten 175 und Anodenschichten 170 mit dazwischen liegenden Separatorschichten 180a und 180b wird in der Stapeleinrichtung fortgesetzt, bis die letzte Katodenschicht 175h darauf angeordnet worden ist.
  • In der in 6(a) gezeigten Ausführungsform der Elektrodenanordnung 225 sind acht Anodenunteranordnungen (die Anodenunteranordnungen 170a bis 170h) und neun Katodenschichten (die Katodenschichten 175a bis 175i) veranschaulicht. Die Spannung, die über jede in der Elektrodenanordnung 225 angeordnete kombinierte Anodenunteranordnung/Separatorschicht/Katodenschicht-Anordnung entwickelt wird, liegt am meisten bevorzugt im Bereich zwischen etwa 360 und etwa 390 V Gleichstrom. Wie im Folgenden beschrieben wird, sind die verschiedenen Anodenunteranordnungen der Elektrodenanordnung 225 ebenso wie die verschiedenen Katodenschichten der Elektrodenanordnung 225 typisch elektrisch parallel geschaltet.
  • In Übereinstimmung mit der obigen Diskussion bezüglich 4 ist nun für den Fachmann auf dem Gebiet selbstver ständlich, dass die in 6(a) gezeigte Elektrodenanordnung 225 lediglich veranschaulichend ist und den Umfang der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anzahl der Kombination der Anodenunteranordnungen 170, der Katodenschichten 175, der Separatorschichten 180, der Anodenlappen 195, der Katodenlappen 176 usw. in keiner Weise einschränkt. Stattdessen wird die Anzahl der Elektrodenkomponenten gemäß der benötigten Gesamtkapazität, der Gesamtfläche jeder Schicht, der spezifischen Kapazität der genutzten Folie und weiteren Faktoren bestimmt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Elektrodenanordnung 225 der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl der in jeder Anodenunteranordnung 170 genutzten Anodenschichten 185 in dem Stapel geändert. Diese Konstruktion ermöglicht die Herstellung von Kondensatoren mit der gleichen Schichtfläche, aber sich nahezu kontinuierlich ändernden verschiedenen und wählbaren Gesamtkapazitäten, die ein Anwender durch Erhöhen oder Verringern der Anzahl der in den ausgewählten Anodenuntereinheiten 170 enthaltenen Anodenschichten 180 (im Gegensatz zum Hinzufügen oder Entfernen vollständiger Anoden/Katoden-Unteranordnungen 227 zu/von der Elektrodenanordnung 225, um dadurch die Gesamtkapazität zu ändern) bestimmen kann. Nach dem Anordnen der Katodenschicht 175I in dem Stapel wird die äußere Papierschicht 165b darauf angeordnet und der äußere Umgriff 115 über die Oberseite der Elektrodenanordnung 225 gefalzt. Daraufhin hält das Umgriffsband 245 den äußeren Umgriff 115 an seiner Stelle und sichert die verschiedenen Komponenten der Elektrodenanordnung 225 zusammen.
  • Um einen Kontakt der Elektroden mit der Gehäusewand oder einen elektrischen Kurzschluss zwischen Elektrodenschichten mit entgegengesetzter Polarität wegen der Anwesenheit von Graten, Streumaterial oder Partikelmaterial, Ablage rungen oder Unvollkommenheiten, die darin auftreten, zu verhindern, sind die physikalischen Dimensionen der Separatorschichten 165 und 180 am meisten bevorzugt etwas größer als jene der Anodenunteranordnungen 170 und der Katodenschichten 175. Die Zuverlässigkeit und die Funktionalität des Kondensators 265 sind gefährdet, falls ein Abschnitt der Anodenunteranordnung 170 mit einer leitenden Gehäusewand in Kontakt gelangt, falls ein Grat am Umfang der Anodenunteranordnung 170 oder der Katodenschicht 175 mit einer angrenzenden Schicht entgegengesetzter Polarität in Kontakt gelangt oder falls die Separatorschicht 180a oder 180b keine ausreichende elektrische Isolation zwischen angrenzenden Elektrodenschichten entgegengesetzter Polarität liefert und leitendes Partikelmaterial den Spalt dazwischen überbrückt.
  • Das zusätzliche Separatormaterial, das am meisten bevorzugt um den Umfang der Elektrodenanordnung 225 angeordnet ist, wird hier als Separatorüberhang bezeichnet. Das Verringern der Menge des Separatorüberhangs erhöht die Energiedichte des Kondensators 265. Somit ist es aus Sicht der Energiedichteoptimierung nützlich, die Menge oder den Grad des Separatorüberhangs zu verringern. Es ist festgestellt worden, dass die Menge des erforderlichen Separatorüberhangs hauptsächlich von der Summierung der Toleranz abhängt, die charakteristisch für das genutzte Stapelverfahren ist.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass die Menge des Separatorüberhangs in kommerziellen Zylinderkondensatoren typisch in der Größenordnung von 1,25 mm bis 2,5 mm (0,050'' bis 0,100'') liegt. Fayram u. a. beschreiben in dem vorstehenden '851-er Patent einen flachen Aluminiumelektrolytkondensator, bei dem das Gehäuse des Kondensators wenigstens zwei innere Ausrichtelemente aufweist. Diese Ausrichtelemente fügen notwendig Volumen zu dem Kondensator hinzu, während sie die Gesamtmenge des verfügbaren "aktiven" Elektrodenmaterials schmälern, wodurch die Energiedichte des Kondensators verringert wird.
  • Die Erfinder haben ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Sicherstellen einer gleich bleibenden Registrierung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunteranordnungen 170 und der Katodenschichten 175 in der Elektrodenanordnung 225 festgestellt: das Stapeln der verschiedenen Elemente der Elektrodenanordnung 225 unter Verwendung von Robotermontagetechniken. Insbesondere werden die verschiedenen Elektroden- und Separatorschichten der Elektrodenanordnung 225 unter Verwendung einer Montagearbeitszelle gestapelt und ausgerichtet, die vier Seiko 4-Achsen-SCARA, Modell Nr. TD8800 und TD8500 oder äquivalent, umfasst, um die verschiedenen Elektroden- und Separatorelemente aufzunehmen und in einer geeigneten Stapeleinrichtung zu anordnen. Weitere geeignete Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Stapeln und Registrieren von Elektroden- und Separatorschichten enthalten nockengetriebene Hubbalken-Montagemaschinen-Techniken, Drehtisch-Maschinen-Techniken, Mehrstations-Einzelstapelmaschinen-Techniken und dergleichen.
  • In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung werden ein vorgeformter oder geschnittener Separator, eine Elektrodenschicht oder eine Unteranordnung an einen Roboterarm übergeben, der daraufhin das Teil mit dem Werkzeug am Ende des Arms ergreift. Ein Venturi-System erzeugt in dem Werkzeug am Ende des Arms einen Unterdruck. Das System erzeugt einen Unterdruck zu einer geeigneten Zeit derart, dass das Teil auf das Werkzeug am Ende des Arms angesaugt wird. Wenn das Teil nachfolgend in der Stapeleinrichtung angeordnet wird, wird der Unterdruck entlastet. Außerdem können in Übereinstimmung mit anderen Verfahren der vorliegenden Erfindung ein direktes Unterdrucksystem wie etwa Gummisaugnäpfe oder andere Kontakt- oder Nichtkontakt-Ergreif-Robotermontageverfahren oder manuelle Montageverfahren genutzt werden. Die Position des Teils wird mittels Roboter durch den Roboterarm mit einer Genauigkeit von 0,125 mm (5 Tausendstel Inch) oder weniger von dem Ergreifpunkt in die Stapeleinrichtung verschoben. Nach Anordnen des Teils in der Stapeleinrichtung wird die Teilausrichtung am meisten bevorzugt elektronisch mit einem SEIKO-System COGNEX 5400 VISION oder äquivalent in Kombination mit einer SONY-Kamera XC-75 oder äquivalent überprüft. Die Kamera wird an dem Roboterarm angebracht, um zu ermöglichen, dass die Genauigkeit der Teileanordnung überprüft wird. Dieses System kann die Position jedes Teils oder Elements in der Elektrodenanordnung 225 innerhalb 0,01 Millimetern genau bestimmen. Wenn alle Schichten durch den Roboterarm in der Stapeleinrichtung angeordnet worden sind, wird der Stapel für das Umfassen übergeben.
  • Die vorstehenden Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen die genaue Ausrichtung und Stapelung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunteranordnungen 170 und der Katodenschichten 175 in der Elektrodenanordnung 225, während sie die Hinzufügung von unterwünschtem ungenutzten Volumen zum Kondensator 265 minimieren.
  • Die Erfinder haben ein weiteres Verfahren festgestellt, um die Registrierung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunteranordnung 170 und der Katodenschicht 175 in der Elektrodenanordnung 225 sicherzustellen, bei dem die in der Stapeleinrichtung angeordneten Ausrichtelemente in einem manuellen Prozess genutzt werden, der Einrichtungsregistrierungspunkte nutzt. In diesem Verfahren weist die Stapeleinrichtung mehrere Ausrichtelemente wie etwa Säulen oder Seitenwände auf, die zum Positionieren der Separatorschichten 165 und 180 um ihren Umfang an geordnet sind. Da sich die Katodenschichten 175 und die Anodenunteranordnungen 170 nicht bis zum Umfang des Separators erstrecken, wird ein alternatives Mittel zum genauen Positionieren dieser Elektroden notwendig.
  • Am meisten bevorzugt wird das Positionieren abwechselnder Katodenschichten 175 und Anodenunteranordnungen 170 unter Verwendung von Ausrichtelementen wie etwa Säulen oder Seitenwänden ausgeführt, die um den Umfang des Katodenlappens 176 und des Anodenlappens 195 angeordnet sind. Es ist festgestellt worden, dass die Genauigkeit der Schichtanordnung und der Positionierung hauptsächlich von der Länge der Elektrodenlappen abhängt. Je länger der Lappen ist, desto weniger erheblich werden die Ausrichtfehler. Die Elektrodenlappenlänge muss typisch gegen den Verlust an Elektrodenmaterial abgewogen werden, der während des Abstands auftritt und der sich wiederum hauptsächlich aus der größeren Länge des Katodenlappens 176 in Bezug auf die Länge des Anodenlappens 195 ergibt. Die Lappen 176 und 195 können Ausrichtmerkmale enthalten oder umfassen, die irgendeine geeignete Geometrie zum Erleichtern der Registrierung und Positionierung in Bezug auf die Ausrichtelemente aufweisen. Am meisten bevorzugt wird irgendeine zusätzliche Lappenlänge, die für die Registrierung der Elektrodenschichten genutzt wird, von der Elektrodenanordnung 225 während des Prozesses der Elektrodenlappenverbindung abgeschnitten (Weiteres darüber weiter unten).
  • Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Sicherstellen der Registrierung der Separatorschichten 165 und 180, der Anodenunteranordnung 170 und der Katodenschicht 175 in der Elektrodenanordnung 225, das nicht die Verwendung innerer Ausrichtelemente im Kondensator 265 erfordert, ist das Einhüllen oder Abdecken der Anodenunteranordnung 170 und der Katodenschicht 175 mit Separatormaterial. In diesem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Separatorschichten 180a und 180b zu einem einzelnen Abstanzteilstück kombiniert, das entweder um die Anodenanordnung 170 oder um die Katodenschicht 175 gefalzt wird. Daraufhin werden die freien Kanten des Separators durch doppelseitiges Transfer-Tape, einen weiteren Kleber, Nähen oder Ultraschall-Papierschweißen gesichert. Die Konstruktion einer Elektrodenunteranordnung auf diese Weise sichert und registriert die Anodenunteranordnung 170 und die Katodenschicht 175 in Bezug auf den Umfang der so gebildeten Separatorhülle. Daraufhin wird die resultierende Elektrodenunteranordnung 227 zum Stapeln in der Elektrodenanordnung 225 übergeben.
  • Ein nochmals weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung, das die Erfinder zum Sichern des Separators an der Anodenunteranordnung 170 festgestellt haben, ist das durch die Verwendung von Pressverbindungstechniken. In diesem Verfahren wird die Separatorschicht 165 oder 180 über ein lokalisiertes Gebiet davon mit ausreichender Kraft, um das Separatorpapier starr an der Anodenunteranordnung 170 zu befestigen, jedoch nicht mit so großer Kraft, dass ein Abschnitt der darunter liegenden Anodenunteranordnung 170 zerbricht, in eine Oberfläche der Anodenunteranordnung 170 oder der Anodenschicht 185 gepresst. Weitere Verfahren zum Sichern aller Separatorschichten 165 oder 180 oder eines Teils davon an der Anodenunteranordnung 170 oder an der Anodenschicht 185 enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, Näh-, Klebeverbindungs- und Ultraschall-Papierschweißtechniken.
  • 7 zeigt eine perspektivische Draufsicht einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung eines Kondensators der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Elektrodenanordnung aus 7. Nach dem Umwickeln der Elektrodenanordnung 225 mit dem äußeren Umgriff 115 und mit dem Umgriffsband 245 wird am meisten bevorzugt die Verbindung der Anodenlappen 232 und der Katodenlappen 233 mit ihren jeweiligen äußeren Anschlüssen hergestellt.
  • 9 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben einer Ausführungsform eines Kondensators der vorliegenden Erfindung, der darin die Elektrodenanordnung der 6, 7 und 8 nutzt. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Anodendurchleitung 120 und eine Katodendurchleitung 125, die am meisten bevorzugt gewendelte Basisabschnitte 121 bzw. 126 aufweisen. Die Durchleitungen 120 und 125 schaffen Durchleitungselektroanschlüsse für den Kondensator 265 und sammeln die Anodenlappen 232 und die Katodenlappen 233 in den Basisabschnitten 121 und 126 zur elektrischen und mechanischen Verbindung.
  • 16 zeigt einen Ablaufplan, der einem Verfahren zur Herstellung von Lappenverbindungen und Durchleitungsanschlussverbindungen der vorliegenden Erfindung entspricht. In diesem Verfahren wird zunächst, wie in den 9 und 10 gezeigt ist, ein Durchleitungsdraht für die Konstruktion der Durchleitungen 120 und 125 bereitgestellt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein bevorzugter Durchleitungsdraht Aluminium mit einer Reinheit höher oder gleich 99,99 % und mit einem Durchmesser von 0,5 mm (0,020 Inch). Der Draht wird zur Verwendung in der Anodendurchleitung 120 oder in der Katodendurchleitung 125 auf vorbestimmte Längen abgeschnitten. Ein Ende des abgeschnittenen Drahts wird gewendelt, so dass sein Innendurchmesser oder seine Dimension etwas größer als der Durchmesser oder die Dimension ist, die erforderlich ist, um die gesammelten Anodenlappen 232 oder die gesammelten Katodenlappen 233 zu umschlingen.
  • Nachfolgend bzw. anschließend werden die Anodenlappen 232 durch Quetschen in einem Bündel gesammelt oder zusammengebracht, wobei der Innendurchmesser 131 der Anodendurchleitungs-Wendelanordnung 120 in der Weise über den Anodenlappen 232 angeordnet wird, dass sich der Anodendurchleitungsstift 130 von der Basis der Anodenlappen 232 weg nach außen erstreckt. Ähnlich werden die Katodenlappen 233 gesammelt, wobei der Innendurchmesser 136 der Katodendurchleitungs-Wendelanordnung 125 in der Weise über den Katodenlappen 233 angeordnet wird, dass sich der Katodendurchleitungsstift 135 von der Basis des Katodenlappens 233 weg nach außen erstreckt. Daraufhin werden die gewendelten Basisabschnitte 121 und 126 der Anoden- und Katodendurchleitungen 120 und 125 am meisten bevorzugt auf die Anoden- und Katodenlappen 232 und 233 gequetscht, worauf das Abschneiden von deren distalen Enden am meisten bevorzugt in der Weise folgt, dass die auf diese Weise gebildeten Quetschungen im Wesentlichen senkrecht zu den gedachten Achsen 234 und 235 der Lappen 232 und 233 orientiert sind. Das Abschneiden der distalen Enden kann auch, allerdings weniger bevorzugt, unter anderen, nicht rechten Winkeln in Bezug auf die gedachten Achsen 234 und 235 ausgeführt werden.
  • In einigen Verfahren der vorliegenden Erfindung wird während eines gesamten nachfolgenden bevorzugten Schweißschritts auf die Durchleitungswendeln 130 und 135 sowie auf die Lappen 232 und 233 eine Quetschkraft angewendet. In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die gequetschten Anoden- und Katodendurchleitungen vorzugsweise entlang des obersten Abschnitts der abgeschnittenen Kante der distalen Enden an die Anoden- und Katodenlappen 232 und 233 laser- oder ultraschallgeschweißt.
  • Nach dem Schweißen der Durchleitungen 120 und 125 an die Anodenlappen 232 bzw. an die Katodenlappen 233 werden die Stifte 130 und 135 zur Einführung durch die Durchleitungslöcher 142 und 143 des Gehäuses 90 gebogen.
  • Es gibt viele andere verschiedene Ausführungsformen der Durchleitungen und Mittel zum Verbinden der Durchleitungen der vorliegenden Erfindung mit den Anoden- und Katodenlappen als die in den Figuren explizit gezeigten. Zum Beispiel enthalten die Durchleitungen der vorliegenden Erfindung in ihrem Umfang Ausführungsformen, die Basisabschnitte mit offenen Seiten, die im Querschnitt "U"- oder "T"-Formen bilden, die eine Wendel mit einer einzigen Drahtwindung bilden, die eine Wendel mit drei oder mehr Drahtwindungen bilden, die aus abgeflachtem Draht gebildet sind, oder Basisabschnitte, die aus Klemmhülsen oder Metallschichten zum Verbinden der Durchleitungsstifte 130 oder 135 mit den Anoden- und Katodenlappen 232 und 233 gebildet sind, umfassen.
  • 17 zeigt einen Ablaufplan, der einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der Lappenverbindungen und Durchleitungsverbindungen entspricht. In diesem Verfahren weisen die Anodendurchleitung 120 und die Katodendurchleitung 125 keine gewendelten Abschnitte auf. Die Anodenlappen 232 und die Katodenlappen 233 werden gesammelt und abgeschnitten, worauf folgend die Basisabschnitte der Anoden- und Katodendurchleitungen 120 und 125 in der Nähe der Anodenlappen 232 bzw. der Katodenlappen 233 angeordnet werden. Daraufhin werden die Basisabschnitte der Durchleitungen 120 und 125, am meisten bevorzugt durch Ultraschallschweißmittel, mit den Anodenlappen 232 bzw. mit den Katodenlappen 233 verbunden.
  • In einem nochmals weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung sind die Basisabschnitte der Durchleitungen 120 und 125 abgeflacht, um das Schweißen an die Anoden- und Katodenlappen 232 und 233 zu erleichtern. In einem nochmals weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Basisabschnitte der Durchleitungsstifte 130 und 135 mit anderen Mitteln als durch Wendeln in der Weise gebildet, dass sie mit den Anodenlappen 232 oder mit den Katodenlappen 233 um den Umfang der Lappen in Eingriff gelangen. Zum Beispiel können die Basisabschnitte 121 und 126 der Durchleitungen 120 und 125 "fahnenförmig" sein und ihre Fahnenabschnitte um die Lappen 232 und 233 gewickelt werden. In nochmals weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung können die Durchleitungsstifte 130 und 135 mit Widerstandsschweißverbindungen, Kaltschweißverbindungen, Löten, Reibschweißverbindungen an den Anoden- und Katodenlappen 232 und 233 befestigt werden oder kann eine zusätzliche Durchleitungskomponente wie etwa eine Klemmhülse die Lappen 232 und 233 erfassen und verbinden, um elektrische und mechanische Verbindungen dafür bereitzustellen.
  • Es ist festgestellt worden, dass die Prozesse des Bildens elektrischer Verbindungen zwischen den Lappen 232 und 233 und den Durchleitungs-Wendelanordnungen 120 und 125 unerwünschte Spannungen an den Lappen 176 und 195 einführen können. Ferner ist festgestellt worden, dass sich die in diese Lappen eingeführte resultierende Verformung als Risse in der Katodenschicht 175 an der Basis des Katodenlappens 176 oder als Brüche in Kaltschweißverbindungen 205 oder 210 mit verhältnismäßig niedriger Festigkeit in der Anodenunteranordnung 170 zeigt. Ein Vorteil der gewendelten Abschnitte der Durchleitungen 120 und 125 ist, dass sie eine Zugentlastung zwischen den Durchleitungsstiften 130 und 135 und den Lappen 232 und 233 schaffen können. Somit helfen die Zugentlastungsmerkmale der Durchleitungen 120 und 125, unerwünschte Spannungen in den Durchleitungsverbindungen zu minimieren oder zu beseitigen.
  • Die vorstehenden Mittel zum Verbinden mehrerer Elektrodenlappenelemente mit Durchleitungen können ebenfalls in anderen Energiespeichervorrichtungen wie etwa Batterien, elektrochemischen Zellen und zylindrisch gewickelten Kondensatoren genutzt werden.
  • Wie der Begriff "Laserschweißen" in der Beschreibung und in den Ansprüchen hiervon genutzt wird, bedeutet er, ist aber nicht notwendig beschränkt auf, ein Verfahren zum Schweißen, bei dem eine Verarbeitung mit kohärenten Lichtstrahlen genutzt wird. Andere Mittel zur Verarbeitung mit kohärenten Lichtstrahlen, die im Umfang des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegen, enthalten Elektronenstrahl- oder Laserschweißverfahren (z. B. Nd:YAG-, CO2-Prozesse) mit harter Strahlzufuhr oder Glasfaser-Strahlzufuhr in gepulsten, kontinuierlichen oder qgeschalteten Betriebsarten. Im Umfang des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegen nochmals weitere Schweißmittel wie etwa Mikrometall-Inertgasschweißprozesse und Mikroplasmaschweißprozesse.
  • Tabelle 2 legt optimierte, bevorzugte Verarbeitungsparameter dar, von denen die Erfinder festgestellt haben, dass unter ihnen verschiedene Komponenten des Kondensators 265 miteinander lasergeschweißt werden. Die in Tabelle 2 dargelegten Parameter entsprechen denen für ein Schweißsystem mit einem Nd:YAG-Impulslaser, Modell Nr. JK702H, mit harter optischer Strahlzufuhr, hergestellt von Lumonics Laserdyne aus Eden Prairie, Minnesota.
  • Tabelle 3 legt einen Bereich von Parametern dar, gemäß denen derselbe Typ eines Laserschweißsystems akzeptable Schweißcharakteristiken in Übereinstimmung mit anderen Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert. Tabelle 2: optimierte Nd:YAG-Laser-Schweißparameter*
    Figure 00800001
    • *Lumonics JK702H Nd:YAG-Laser mit einem Anfangsstrahldurchmesser von etwa einem Inch, durch eine Endsammellinse mit einer Brennweite von 146 mm geleitet (gekauft als eine "160-mm-Linse", wobei der tatsächliche Feinbrennpunkt als 146 mm gemessen wurde) und mit einer Fleckgröße bei der Verbindungsstellenoberfläche von 0,55 mm (0,022 Inch). Das Schutzgas war koaxial. Selbstverständlich liegen Änderungen bezüglich des Herstellers des Lasers, der Strahlzufuhroptik, der Anfangsstrahlgröße, der Endsammellinse, der Fleckgröße des Strahls und dergleichen im Umfang eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
    Tabelle 3: verallgemeinerte Nd:YAG-Laser-Schweißparameter Schweißstellentyp verallgemeinerte Laserschweißparameter*
    Figure 00810001
    • *Lumonics JK702H Nd:YAG-Laser mit einem Anfangsstrahldurchmesser von etwa einem Inch, durch eine Endsammellinse mit einer Brennweite von 146 mm geleitet (gekauft als eine "160-mm-Linse", wobei der tatsächliche Feinbrennpunkt als 146 mm gemessen wurde) und mit einer Fleckgröße bei der Verbindungsstellenoberfläche von 0,55 mm (0,022 Inch). Das Schutzgas war koaxial. Selbstverständlich liegen Änderungen bezüglich des Herstellers des Lasers, der Strahlzufuhroptik, der Anfangsstrahlgröße, der Endsammellinse, der Fleckgröße des Strahls und dergleichen im Umfang eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung von oben des Kondensators 265 aus 9 in einem teilweise zusammengesetzten Zustand. 18 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Herstellung der Gehäuseunteranordnung 108. Zunächst werden ein Gehäuse 90, eine Anodenklemmhülse 95, eine Katodenklemmhülse 100 und eine Füllöffnungs-Klemmhülse 105 bereitgestellt. Das Gehäuse 90 enthält ein Mittel zur Aufnahme der Anodenklemmhülse 95, das in den 9 und 10 als Anodendurchleitungs-Klemmhülsenloch 142 gezeigt ist. Ferner enthält das Gehäuse 90 ein Mittel zur Aufnahme einer Katodenklemmhülse 100, das in den 9 und 10 als Katodendurchleitungs-Klemmhülsenloch 143 gezeigt ist. Außerdem enthält das Gehäuse 90 ein Mittel zur Aufnahme einer Füllöffnungs-Klemmhülse 105, das in den 9 und 10 als Füllöffnungsloch 106 gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das Gehäuse 90 und die Abdeckung 110 aus Aluminium gebildet. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können das Gehäuse 90 oder die Abdeckung 110 aus irgendeinem anderen geeigneten korrosionsbeständigen Material wie etwa Titan oder rostfreiem Stahl gebildet werden oder können sie alternativ aus einem geeigneten Kunststoff, einem geeigneten Polymermaterial oder einer geeigneten Keramik gebildet werden.
  • Das Gehäuse 90, die Abdeckung 110 und der Kondensator 265 der vorliegenden Erfindung können zusätzlich einen Kondensator mit negativem Gehäuse (bei dem der Becher 90 und die Abdeckung 110 elektrisch mit den Katodenschichten verbunden sind und bei dem der Becher 90 und die Abdeckung 110 auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Katodenschichten, d. h. auf einem negativen Potential, sind) oder einen Kondensator mit schwebendem Gehäuse (bei dem der Becher 90 und die Abdeckung 110 elektrisch weder mit den Katodenschichten noch mit den Anodenunteranordnungen verbunden sind und bei dem der Becher 90 und die Abdeckung 110 im Wesentlichen auf keinem elektrischen Potential oder auf einem elektrischen Potential, das in Bezug auf die jeweiligen Potentiale der Katodenschichten und der Anodenuntereinheiten schwebt) bilden. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse 90 oder die Abdeckung 110 aus einem elektrisch nicht leitenden Material oder aus einem im Wesentlichen elektrisch nicht leitenden Material wie etwa aus einem geeigneten Kunststoff-, Polymer- oder Keramikmaterial, gebildet werden.
  • Die Klemmhülsen 95, 100 und 105 sind am meisten bevorzugt an das Gehäuse 90 geschweißt (oder auf andere Weise wie etwa durch einem geeigneten Epoxidharz, Kleber, Löten, Klebstoff oder dergleichen daran befestigt) und umfassen zusammen die Gehäuseunteranordnung 108. Die radialen Flansche in der Anodenklemmhülse 95 und in der Katodenklemmhülse 100 stellen ein Gebiet für die Herstellung einer Überlappungsverbindungsstelle zwischen der Seitenwand des Gehäuses 90 und um die Umfänge der Durchleitungs-Klemmhülsenlöcher 142 und 143 bereit. In bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in der Ver bindungsstelle 93 eine Umfangslaserschweißverbindung angeordnet, wobei das Schweißen in zwei Hauptschritten ausgeführt wird. Zunächst werden um den Umfang der Verbindungsstelle 93 eine Reihe von Heftschweißstellen hergestellt. Die Heftschweißstellen werden am meisten bevorzugt entweder dadurch, dass angrenzende, aufeinander folgende Heftschweißstellen um den Durchmesser hergestellt werden, oder dadurch, dass eine erste Heftschweißstelle an einem ersten Ort entlang des Umfangs hergestellt wird, eine zweite Schweißstelle diametral gegenüberliegend von der ersten Schweißstelle entlang des Umfangs hergestellt wird, eine dritte Schweißstelle angrenzend an die erste Schweißstelle hergestellt wird, eine vierte Schweißstelle angrenzend an die zweite Schweißstelle hergestellt wird usw., hergestellt werden. Schließlich wird um den Lochdurchmesser eine letzte, schließende Schweißstelle hergestellt, um die heftgeschweißte Verbindungsstelle 93 hermetisch abzudichten.
  • Tabelle 2 legt einen optimierten Parametersatz dar, demgemäß die Anodenklemmhülse 95 und die Katodenklemmhülse 100 mit dem Gehäuse 90 verbunden werden. Die Tabelle 3 legt einen Bereich allgemeiner Parameter dar, gemäß dem dasselbe Laserschweißsystem akzeptable Schweißcharakteristiken für das Verbinden der Anodenklemmhülse 95 und der Katodenklemmhülse 100 mit dem Gehäuse 90 liefert.
  • 18 zeigt Schritte zum Einführen der Anodendrahtführung 140 in den Innendurchmesser der Anodenklemmhülse 95 und zum Einführen der Katodendrahtführung 141 in den Innendurchmesser der Katodenklemmhülse 100. Die Drahtführungen 140 und 141 zentrieren Stifte im Innendurchmesser der Klemmhülsen, um zu ermöglichen, dass die Anoden- und Katodenstifte 130 und 135 von der Innenoberfläche des Gehäuses 90, von der Anodenklemmhülse 95 und von der Katodenklemmhülse 100 elektrisch isoliert werden. Die Drahtführungen 140 und 141 können selbst elektrisch isolierend sein und die elektrische Isolation der Stifte 130 und 135 vom Gehäuse 90 und von anderen Komponenten wird am meisten bevorzugt mittels Vergussklebers 160 verbessert. 20 zeigt weitere Einzelheiten bezüglich eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Bilden einer elektrischen Isolation zwischen den Stiften 130 und 135 und der Anodenklemmhülse 95 und der Katodenklemmhülse 100.
  • Am meisten bevorzugt enthalten die Drahtführungen 140 und 141 ringförmige, geneigte oder "Einschnapp"-Merkmale, die einteilig darin ausgebildet sind. Diese Merkmale verhindern, dass die Drahtführungen 140 und 141 während der Handhabung aus ihren jeweiligen Klemmhülsen geschoben werden, werden am meisten bevorzugt aber so gebildet, dass die Einführung der Drahtführungen 140 und 141 in ihre entsprechende Klemmhülsen unter Verwendung von Kräften stattfinden kann, die ausreichend niedrig sind, so dass das Gehäuse 90 oder die Klemmhülsen 95 oder 100 während des Einführungsschritts nicht beschädigt werden.
  • Die Drahtführungen 140 und 141 können aus irgendeinem einer weiten Vielfalt elektrisch isolierender Materialien gebildet werden, die in der Umgebung eines Elektrolytkondensators stabil sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Material, aus dem die Drahtführungen 140 und 141 hergestellt werden, ein durch Spritzguss hergestelltes Polysulfon, das als AMOCO UDEL bekannt ist und von Amoco Performance Products aus Atlanta, Georgia, geliefert wird. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Drahtführungen 140 und 141 aus anderen chemisch beständigen Polymeren wie etwa fluorhaltigen Kunststoffen (z. B. ETFE, PTFE, ECTFE, PCTFE, FEP, FPA oder PVDF), fluorhal tigen Elastomeren, Polyestern, Polyamiden, Polyethylenen, Polypropylenen, Polyacetalen, Polyetherketonen, Polyarylketonen, Polyethersulfonen, Polyphenylsulfonen, Polysulfonen, Polyarylsulfonen, Polyetherimiden, Polyimiden, Poly(amid-imiden), PVC, PVDC-PVC-Copolymeren, CPVC, Polyfuranen, Poly(phenylensulfiden), Epoxidharzen, Silikonelastomeren, Nitrilkautschuken, Chloroprenpolymeren, chlorsulfonierten Kautschuken, Polysulfidkautschuken, Ethylen-Polypropylen-Elastomeren, Butylkautschuken, Polyacrylkautschuken, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Glas, Keramik oder anderen geeigneten elektrisch isolierenden, chemisch kompatiblen Materialien gebildet werden.
  • Wie die vorstehenden Akronyme in der Beschreibung und in den Ansprüchen hiervon verwendet werden, haben sie die folgenden Bedeutungen: Das Akronym "ETFE" bedeutet Poly(ethylen-co-Tetrafluorethylen); das Akronym "PTFE" bedeutet Polytetrafluorethylen; das Akronym "CTFE" bedeutet Poly(ethylen-co-chlortrifluorethylen); das Akronym "PCTFE" bedeutet Polychlortrifluorethylen; das Akronym "FEP" bedeutet fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer; das Akronym "PFA" bedeutet Perfluoralkoxy-Fluorpolymer; das Akronym "PVDF" bedeutet Polyvinylidenfluorid; das Akronym "PVC" bedeutet Polyvinylchlorid; das Akronym "PVDC-PVC" bedeutet Polyvinylidenchlorid-Polyvinylchlorid-Copolymer; und das Akronym "CPVC" bedeutet chloriertes Polyvinylchlorid.
  • 11 zeigt eine Draufsicht einer Ausführung des zusammengesetzten Kondensators 265 der vorliegenden Erfindung, bei dem die Abdeckung 110 nicht vorhanden ist. Die Elektrodenanordnung 225 ist durch die Drahtführungen 140 und 141 in die Gehäuseanordnung 108 eingeführt worden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kopfraumabschnitt der Elektrodenanordnung 225 (der hier als Kopfraum 230 bezeichnet ist) vom Gehäuse 90 und von der Abdeckung 110 isoliert. Die Mittel der vorliegenden Erfindung, durch die die Kopfraumisolation bereitgestellt werden kann, enthalten gegossene, wärmegeformte, abgestanzte oder mechanisch gebildete Isoliermaterialien und Mittel, wobei die Materialien und Mittel in der Umgebung eines Elektrolytkondensators stabil sind. Geeignete Materialien, aus denen die Kopfraumisolatoren gebildet werden können, enthalten alle oben aufgeführten jeweiligen Materialien zum Bilden der Drahtführungen 140 und 141. Ein weiteres Mittel zur Bereitstellung der Kopfraumisolation ist das Umhüllen mit elektrisch isolierendem Band, ähnlich dem Umgriffsband 245, um den Kopfraum 230, um zu verhindern, dass die Anoden- oder Katodenanschlüsse das Gehäuse 90 oder die Abdeckung 110 berühren.
  • Die 26(a) bis 26(p) zeigen verschiedene Ausführungsformen der Verbindungsstelle 93 und der Klemmverbindung der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren sind verschiedene Arten von Klemm- und Verbindungsstellenkonfigurationen zum Verbinden der Abdeckung 110 mit dem Gehäuse 90 im Querschnitt veranschaulicht.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die besondere Strukturkonfiguration der Verbindungsstelle 93 von höchster Bedeutung in Bezug auf deren geeignete Laserschweißbarkeit ist. Insbesondere ist festgestellt worden, dass die Verbindungsstellen für Abdeckungen flacher Kondensatoren des Standes der Technik mit Metallgehäusen und -abdeckungen und herkömmlichen Verbindungsstellenstrukturen allgemein ermöglichen, dass durch die zwischen den Abdeckungen und ihren Gehäusen gebildeten Verbindungsstellen Laserenergie ins Innere des Kondensators 265 eintritt und dadurch die im Gehäuse 90 angeordneten Komponenten beschädigt oder erwärmt. Es wurde festgestellt, dass die Verbindungsstellen des Standes der Technik, die ein solches unerwünschtes Eindringen von Laserenergie ins Innere des Kondensators 265 ermöglichen, allgemein ein gemeinsames Merkmal aufweisen: eine Verbindungsstellengeometrie, bei der durch die Verbindungsstelle zwischen dem Inneren des Kondensators und dem Äußeren des Kondensators eine gerade oder im Wesentlichen gerade Sichtlinie oder ein gerader oder im Wesentlichen gerader Abschnitt vorhanden oder angeordnet war. Es wurde festgestellt, dass Verbindungsstellen ohne eine solche gerade Sichtlinie oder ohne einen solchen geraden Abschnitt durch die Verbindungsstelle zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Kondensators die unerwünschten Wirkungen, die das Eindringen der Laserenergie ins Innere des Kondensators begleiten, beseitigen oder wenigstens wesentlich verringern.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirken das Gehäuse 90, die Abdeckung 110, die Verbindungsstelle 93, die obere Kante 94, der erhöhte Abschnitt 95, der abgestufte Abschnitt 96, die Nut 97, der abgestufte Abschnitt 98 und die äußere Kante 111 zusammen, um zu veranlassen, dass die aus dem Äußeren des Kondensators 265 in die Verbindungsstelle 93 eintretende Laserenergie ins Äußere des Kondensators 265 reflektiert oder gestreut wird und ferner, damit sie in der Verbindungsstelle 93 in der Weise aufgenommen oder absorbiert wird, dass keine oder im Wesentlichen keine Laserenergie in die Verbindungsstelle 93 eintritt und ins Innere des Kondensators 265 eintritt, während gleichzeitig eine geeignete Schweißstelle in der Verbindungsstelle 93 zwischen dem Gehäuse 90 und der Abdeckung 110 gebildet wird. Diese Absorption, dieser Einschluss, diese Rückstreuung oder diese Reflexion von Laserenergie durch die Verbindungsstelle 93 ergibt sich wenigstens teilweise aus den mehreren Orientierungen der Verbindungsstelle 93, während sie sich auf ihrem Weg aus dem Äußeren des Kondensators 265 in dessen Inneres windet. Mit anderen Worten, wie auch in den 26(a) bis 26(p) veranschaulicht ist, weist die Verbindungsstelle 93 der vorliegenden Erfindung mehrere Abschnitte auf, die in Bezug zueinander gebogen, nicht parallel oder gewunden sind.
  • In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Laserschweißen der Verbindungsstelle 93 wird eine Achse eines Laserstrahls entlang der oder parallel zu den Oberflächen, die einen ersten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 definieren, (z. B. parallel zur gedachten Achse 102 oder zur gedachten Achse 101, je nach der besonderen Ausführungsform der vorhandenen vorliegenden Erfindung) nach innen gerichtet. Beim Eintritt in den ersten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 oder in ein Gebiet in dessen Nähe trifft der Laserstrahl wenigstens auf einen zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93, der durch Oberflächen definiert ist, die bezüglich der Oberflächen, die den ersten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 definieren, gebogen oder nicht parallel sind. Wie in den 26(e) bis 26(h) sowie 26(m) bis 26(p) gezeigt ist, kann die Verbindungsstelle 93 der vorliegenden Erfindung außerdem einen dritten Abschnitt aufweisen, der durch Oberflächen definiert ist, die bezüglich der Oberflächen, die den zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 definieren, gebogen oder nicht parallel sind. Folglich und sofern für den Betrieb des Laserschweißsystems der vorliegenden Erfindung durch einen Nutzer geeignete Parameter ausgewählt werden, kann kein Abschnitt des Laserstrahls, der auf den ersten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 auftrifft, ausreichend weit so in die Verbindungsstelle 93 eindringen, dass der Laserstrahl das Innere des Kondensators 265 erreicht, ohne zunächst absorbiert, reflektiert oder gestreut zu werden.
  • In einem weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Laserschweißen der Verbindungsstelle 93 wird eine Achse eines Laserstrahls entlang der oder parallel zu den Oberflächen, die einen zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 definieren, (z. B. parallel zur gedachten Achse 102 oder zur gedachten Achse 101, je nach der besonderen vorhandenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) nach innen gerichtet. Beim Eintritt in den zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 oder in ein Gebiet in dessen Nähe stellt der Laserstrahl wenigstens einen ersten oder einen dritten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 fest, der durch Oberflächen definiert ist, die bezüglich der Oberflächen, die den zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 definieren, gebogen oder nicht parallel sind.
  • Die 26(a) bis 26(d) zeigen eine erste Ausführungsform der Verbindungsstelle 93 und der Klemmverbindung der vorliegenden Erfindung, wobei das Gehäuse 90 innere und äußere Seitenwände 91 und 92 aufweist, die von einer flachen, planaren Basis des Gehäuses 90 nach oben verlaufen, um ein geöffnetes Ende zu bilden, das in der oberen Kante 94 endet, die zwischen den inneren und den äußeren Seitenwänden 91 und 92 angeordnet ist. Die obere Kante 94 umfasst am meisten bevorzugt wenigstens einen abgestuften Abschnitt 96 und wenigstens einen erhöhten Abschnitt 95. Die im Wesentlichen planare Abdeckung 110 dichtet das offene Ende des Gehäuses ab, wobei die Abdeckung 110 obere und untere Oberflächen 112 bzw. 113 aufweist, die durch die äußere Kante 111 getrennt sind. Wenigstens Abschnitte der äußeren Kante 111 werden so geformt, dass sie wenigstens mit einem abgestuften Abschnitt 96 der oberen Kante 94 in der Weise in Eingriff gelangen, dass sich die Abdeckung 110 am Gehäuse 90 selbst justiert, wenn die Abdeckung 110 über dem offenen Ende des Gehäuses 90 angeordnet wird, die äußere Kante 111 annährend mit der oberen Kante 94 ausgerichtet wird und die Abdeckung 90 darauf platziert wird.
  • Wie in den 26(a) und 26(c) gezeigt ist, verläuft anfangs wenigstens ein erhöhter Abschnitt 95 der oberen Kante 94 über der oberen Oberfläche 112 der Abdeckung 110, wenn wenigstens Abschnitte der äußeren Kante 111 wenigstens auf einem abgestuften Abschnitt 96 angeordnet werden und mit ihm in Eingriff gelangen. Wie in den 26(b) und 26(d) gezeigt ist, wird wenigstens ein erhöhter Abschnitt 95 über oder entlang der äußeren Oberfläche 112 der Abdeckung 110 gebördelt oder nach innen gefalzt, um die Verbindungsstelle 93 zu bilden, nachdem wenigstens Abschnitte der äußeren Kante 111 auf dem wenigstens einen abgestuften Abschnitt 96 angeordnet worden sind und mit ihm in Eingriff gelangt sind. Nachfolgend wird die Verbindungsstelle 93 lasergeschweißt, um die Abdeckung 110 mit dem Gehäuse 90 hermetisch abzudichten.
  • In dem Laserschweißschritt kann der Laserstrahl im Wesentlichen parallel zu den Achsen 101 und 102 aus 26(b) gerichtet werden, um in dem ersten oder in dem zweiten Abschnitt der Verbindungsstelle 93 eine Schweißstelle zu bilden. Alternativ kann der Laserstrahl im Wesentlichen parallel zur Achse 101 aus 26(a) (d. h. im Wesentlichen parallel zu den nach oben stehenden Seitenwänden 91 und 92) gerichtet werden, nachdem der erhöhte Abschnitt 95 über die Abdeckung 110 gebördelt worden ist, so dass wenigstens Abschnitte des erhöhten Abschnitts 95 schmelzen und dadurch den ersten, den zweiten, den dritten oder andere Abschnitte der Verbindungsstelle 93 zuschweißen. Das Laserschweißverfahren der vorliegenden Erfindung enthält in seinem Umfang Laserschweißschritte, bei denen der Laserstrahl in anderen Richtungen als den explizit oben dargelegten orientiert wird.
  • In den 26(a) und 26(c) werden die gedachten Achsen 101 und 102 unter einem Winkel theta von etwa 90° bezüglich einander orientiert, wobei die gedachte Achse 101 die Anfangsorientierung der oberen Kante 94 definiert und die gedachte Achse 102 die Orientierung der Ebene definiert, in der die Abdeckung 110 angeordnet ist. In den 26(b) und 26(d) ist die gedachte Achse 101 unter einem Winkel theta von etwa 0° bezüglich der gedachten Achse 102 orientiert, nachdem die obere Kante 94 über die obere Oberfläche oder entlang der oberen Oberfläche nach innen gebördelt oder gefalzt worden ist.
  • Die 26(e) bis 26(f) zeigen eine zweite Ausführungsform der Klemmverbindung und der Verbindungsstelle 93 der vorliegenden Erfindung, bei der das Gehäuse 90 innere und äußere Seitenwände 91 bzw. 92 aufweist, die von einer flachen, planaren Basis des Gehäuses 90 nach oben verlaufen, um ein offenes Ende zu bilden, das in einer oberen Kante 94 abgeschlossen ist, die zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden 91 und 92 angeordnet ist. Die im Wesentlichen planare Abdeckung 110 dichtet das offene Ende des Gehäuses 90 ab. Die Abdeckung 110 umfasst obere und untere Oberflächen 112 bzw. 113, die durch eine äußere Kante 111 getrennt sind. Auf der unteren Oberfläche 113 der Abdeckung 110 sind wenigstens eine Nut 97 (siehe 26(e) und 26(f)) und ein abgestufter Abschnitt 98 (siehe 96(g) und 96(h)) angeordnet. Die Nut 97 oder der abgestufte Abschnitt 98 ist von der äußeren Kante 111 radial nach innen angeordnet.
  • Wenigstens Abschnitte der Nut 97 oder des abgestuften Abschnitts 98 sind so geformt, dass sie mit den entsprechenden Abschnitten der oberen Kante 94 in der Weise in Eingriff gelangen, dass die Nut 97 oder der abgestufte Abschnitt 98 gemeinsam mit der oberen Kante 94 veranlassen, dass sich die Abdeckung 110 auf der oberen Kante 94 selbst justiert, wenn die Abdeckung 110 über dem offenen Ende des Gehäuses 90 angeordnet wird, wenn die Nut 97 oder der abgestufte Abschnitt 98 näherungsweise mit der oberen Kante 94 ausgerichtet wird und wenn die Abdeckung 110 auf der oberen Kante 94 platziert wird. Die äußeren Abschnitte 117 der Abdeckung 110, die zwischen der äußeren Kante 111 und der Nut 97 oder dem abgestuften Abschnitt 98 verlaufen, werden wenigstens über Abschnitte der äußeren Seitenwand 92 des Gehäuses 90 nach unten gebördelt oder gefalzt, um eine Verbindungsstelle 93 zu bilden, nachdem die Abdeckung 110 auf dem offenen Ende des Bechers 90 angeordnet worden ist. Die Verbindungsstelle 93 wird lasergeschweißt, um die Abdeckung 110 mit dem Gehäuse 90 hermetisch abzudichten.
  • In dem Laserschweißschritt kann der Laserstrahl im Wesentlichen parallel zu den Achsen 101 und 102 aus 26(f) gerichtet werden, um in dem ersten, in dem zweiten oder in anderen Abschnitten der Verbindungsstelle 93 eine Schweißstelle zu bilden. Alternativ kann der Laserstrahl im Wesentlichen parallel zur Achse 102 der 26(e) oder 26(g) (d. h. im Wesentlichen parallel zu der Ebene, die die Abdeckung 110 bildet) gerichtet werden, nachdem der äußere Abschnitt der Abdeckung 110 in der Weise über die äußere Seitenwand 92 gebördelt worden ist, dass wenigstens Abschnitte der äußeren Abschnitte der Abdeckung 110 schmelzen und dadurch den ersten Abschnitt, den zweiten Abschnitt, den dritten Abschnitt oder andere Abschnitte der Verbindungsstelle 93 zuschweißen. Das Laserschweißverfahren der vorliegenden Erfindung enthält in seinem Umfang Laserschweißschritte, bei denen der Laserstrahl in anderen Richtungen als den oben explizit dargelegten orientiert wird.
  • In den 26(e) und 26(g) sind die gedachten Achsen 101 und 102 anfangs unter einem Winkel theta von etwa 90° bezüglich einander orientiert, wobei die gedachte Achse 101 die Orientierung der oberen Kante 94 definiert und die gedachte Achse 102 die Anfangsorientierung der äußeren Kante 111 definiert. Nachdem die äußere Kante 111 wenigstens über Abschnitten der äußeren Seitenwand 92 nach unten gebördelt oder gefalzt worden ist, ist die gedachte Achse 102 in den 26(f) und 26(h) unter einem Winkel theta von etwa 0° bezüglich der gedachten Achse 102 orientiert.
  • Die 26(i) bis 26(p) zeigen nochmals weitere Ausführungsformen der Klemmverbindung und der Verbindungsstelle der vorliegenden Erfindung, bei denen der Winkel theta, der die Orientierungen der gedachten Achsen 101 und 102 in Bezug aufeinander definiert, nachdem die obere Kante 94 nach innen gebördelt oder gefalzt worden ist oder die äußere Kante 111 nach unten gebördelt oder gefalzt worden ist, größer oder gleich 0°, aber kleiner als 90° ist. Es ist festgestellt worden, dass die in den 26(i) bis 26(p) gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besonders wirksam sind, um für einen Laserschweißstrahl einen guten Zugang zu der Verbindungsstelle 93 zu schaffen.
  • Allerdings wird angemerkt, dass viele Änderungen der besonderen Abdeckung, des besonderen Gehäuses und der besonderen Verbindungsstellengeometrien, die hier explizit offenbart sind, möglich sind und im Umfang der Vorrichtung und der entsprechenden Verfahren der vorliegenden Erfindung liegen. Zum Beispiel können das Gehäuse und die Abdeckung der vorliegenden Erfindung zwei aluminiumhaltige Halbgehäuse mit nach oben und nach unten verlaufenden Seitenwänden bilden, wobei die zwei Halbgehäuse zwei offenen Enden bilden, die aufeinander folgend miteinander lasergeschweißt werden. Alternativ können das Gehäuse und die Abdeckung zwei im Wesentlichen planare aluminiumhaltige Elemente bilden, die durch ein einziges Seitenwandelement oder durch mehrere Seitenwandelemente getrennt sind, wobei die zwei planaren Elemente mit den dazwischen liegenden Seitenwandelementen lasergeschweißt werden.
  • Außerdem zeigen die 26(a) bis 26(p) die Justagemarken oder Ausrichtmerkmale 99, die am Gehäuse 90 oder an der Abdeckung 110 angeordnet sind. Die Justagemarke oder das Ausrichtmerkmal 99 wird genutzt, um in der Verbindungsstelle 93 eine Referenzposition für die Schweißvorrichtung festzusetzen, nachdem das Gehäuse oder die Abdeckung gebördelt oder gefalzt worden ist, wodurch die genaue Position der Schweißvorrichtung in Bezug auf das Gehäuse 90, die Abdeckung 110 und die Verbindungsstelle 93 sichergestellt wird, wenn die Schweißstelle in der Verbindungsstelle 93 gebildet wird. Es ist festgestellt worden, dass optimale Ergebnisse erhalten werden, wenn die Justagemarke 99 an der oberen Oberfläche 112 der Abdeckung 110 angeordnet wird.
  • 19 zeigt einen Ablaufplan gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Abdichten des Gehäuses 90 und der Abdeckung 110. Die Gehäuseunteranordnung 108 wird mit der in das Gehäuse 90 eingeführten Elektrodenanordnung 225 versehen. Die Abdeckung 110 wird auf der im Gehäuse 90 gebildeten oberen Kante 94 angeordnet. In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verläuft der erhöhte Abschnitt 95 der oberen Kante 94 etwa 0,35 mm (0,014") über der oberen Oberfläche 112 der Abdeckung 110, wenn die Abdeckung 110 auf der oberen Kante 94 angeordnet ist. Die Anordnung wird in einem Bördelmechanismus oder -nest angeordnet und eine Klemme betätigt, um die Abdeckung 110 gegen die obere Kante 94 und den abgestuften Abschnitt 96 zu halten. Der Bördelmechanismus wird betätigt, um den erhöhten Abschnitt 95 auf die obere Oberfläche 112 der Abdeckung 110, ihr entlang oder über sie nach innen zu bördeln oder darüber zu falzen.
  • In einem weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Bördeln des erhöhten Abschnitts 95 unter Verwendung eines Stempels bzw. Stanzwerkzeuges, der bzw. das auf die Form des Gehäuses 90 geschnitten ist und ferner angewinkelte oder geneigte Seitenwände aufweist um den erhöhten Abschnitt 95 zu beaufschlagen und über die obere Oberfläche 112 der Abdeckung 110 nach innen zu pressen, ausgeführt. Mit einer beweglichen Bördelvorrichtung, die um den Durchmesser des Gehäuses 90 läuft, während sie den erhöhten Abschnitt 95 ununterbrochen über die obere Oberfläche 112 der Abdeckung 110 bördelt, kann ebenfalls eine Klemmverbindung gebildet werden. Die vorstehenden Verfahren können leicht angepasst werden, um das Bördeln oder Falzen der Kante 111 der Abdeckung 110 nach unten über die äußere Seitenwand 92 zu ermöglichen.
  • Das Bördeln des erhöhten Abschnitts 95 auf die Abdeckung 110 oder der äußeren Kante 111 auf die Seitenwand 92 schafft mehrere Vorteile. Zunächst kann das Laserschweißen der Abdeckung 110 mit dem Gehäuse 90 unter Verwendung von verhältnismäßig einfachem Werkzeug ausgeführt werden, was zu kurzen Prozesszeiten führt. Das Laserschweißen erzeugt häufig einen Engpass im Herstellungsfertigungsfluss, wenn Komponenten wie etwa das Gehäuse 90 und die Abdeckung 110 typisch in Bezug aufeinander genau ausgerichtet werden müssen. Es ist festgestellt worden, dass die Beseitigung dieser Ausrichtschritte während des Laserschweißprozesses Herstellungsprozess-Engpässe beseitigen hilft. Das Falzen oder Bördeln des erhöhten Abschnitts 95 oder der äußeren Kante 111 verhindert, dass ein Laserstrahl ins Innere des Kondensators 265 eintritt. Stattdessen wird ein Laserstrahl gezwungen, mit dem Material des Gehäuses 90 und der Abdeckung 110 zu koppeln und dadurch das Schmelzen zu erzeugen. Es ist festgestellt worden, dass Verbindungsstellen 93 ohne Klemmverbindungen, die wenigstens einen Abschnitt davon bilden, ermöglichen können, dass ein Laserstrahl Komponenten im Inneren des Kondensators 265 beschädigt.
  • Ein weiterer Vorteil der Klemmverbindungsstelle der vorliegenden Erfindung ist, dass die Klemmverbindung zusätzliches Metall in der Schweißzone bereitstellt. Aluminium mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist empfindlich gegenüber Rissbildung beim schnellen Abkühlen von den hohen Temperaturen, die charakteristisch für die Schweißprozesse sind. Die Erfinder haben festgestellt, dass das durch die Klemmverbindung bereitgestellte zusätzliche Metall die Rissbildungsempfindlichkeit in der Verbindungsstelle 93 verringert. Die Verbindungsstelle 93 der vorliegenden Erfindung wird in der Weise gebildet, dass die gedachten Achsen 101 und 102 unter einem Winkel theta in Bezug zueinander orientiert sind, wobei theta kleiner als 90°, aber größer oder gleich 0° ist. Es ist bemerkenswert, dass das Bördeln des Gehäuses 90 und der Abdeckung 110 aneinander bei der Registrierung des Gehäuses 90 und der Abdeckung 110 in Bezug zueinander hilft, bevor das Schweißen wenigstens von Abschnitten der Verbindungsstelle 93 durchgeführt wird.
  • Anschließend werden das gebördelte Gehäuse 90 und die Abdeckung 110 aus der Bördeleinrichtung entnommen und in einer Schweißeinrichtung angeordnet. In der Verbindungsstelle 93 wird ein Laserschweißen ausgeführt, um das Gehäuse 90 mit der Abdeckung 110 hermetisch abzudichten. Die Tabelle 2 legt einen optimierten Parametersatz dar, gemäß dem die gebördelte Gehäuse/Abdeckungs-Verbindungsstelle unter Verwendung eines Nd:YAG-Impulslaserschweißsystems abgedichtet werden kann. Die Tabelle 3 legt einen verallgemeinerten Bereich von Bedingungen dar, unter de nen dasselbe Laserschweißsystem akzeptable Ergebnisse liefert.
  • In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung werden an der Abdeckung 110 oder am Gehäuse 90 maschinell bearbeitete, gestanzte, geätzte oder auf andere Weise gebildete Justagemarken oder Ausrichtmerkmale 99 angeordnet, um zu ermöglichen, dass die relativen Positionen der Abdeckung 110 und des Gehäuses 90 für den Laserschweißschritt genau bestimmt werden. Daraufhin werden an der geschweißten Gehäuse/Elektroden-Anordnung Verbinder befestigt.
  • 20 zeigt einen Ablaufplan gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Abdichten des Anodendurchleitungsabschnitts 235 und des Katodendurchleitungsabschnitts 240 des Kondensators 265. Siehe auch 10. Die 9 bis 12 zeigen verschiedenen Ausführungsformen der Abdichtungs- und Verbinderbefestigungen der vorliegenden Erfindung im Kondensator 265.
  • 21 zeigt mehrere Drauf sichten, perspektivische Ansichten und Querschnittsansichten gemäß einer Ausführungsform des Kondensatorverbinderblocks 145 der vorliegenden Erfindung. In bevorzugten Ausführungsformen des Verbinderblocks 145 der vorliegenden Erfindung wird der Verbinderblock 145 auf dem Gehäuse 90 und/oder auf der Abdeckung 110 oder auf andere Weise mit dem Gehäuse 90 und/oder der Abdeckung 110 verbunden angeordnet, wobei darin ein Drahtbündel 155 und Vergusskleber angeordnet werden.
  • Ein bevorzugtes Material zum Bilden des Verbinderblocks 145 ist ein durch Spritzguss hergestelltes Polysulfon, das als AMOCO UDEL bekannt ist und von Amoco Performance Products aus Atlanta, Georgia, geliefert wird. Außerdem kann der Verbinderblock 140 aus irgendwelchen geeigneten chemisch beständigen Thermoplast-Polymeren wie etwa fluorhaltigen Kunststoffen (z. B. ETFE, PTFE, ECTFE oder PCTFE, FEP, FPA, PVDF), Polyester, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyacetal, Polyarylketon, Polyethersulfon, Polyphenylsulfon, Polysulfon, Polyarylsulfon, Polyetherimiden, Polyimid, Poly(amid-imid), PVC, PVDC-PVC-Copolymer, CPVC, Polyfuran, Poly(phenylensulfid), Epoxidharz und glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Verbinderblock 145 dadurch auf der Anodenklemmhülse 95 und auf der Katodenklemmhülse 100 angeordnet, dass der Anodendurchleitungsstift 130 durch das Verbinderblock-Anodendurchleitungsloch 300 geführt wird und daraufhin der Katodendurchleitungsstift 135 durch das Verbinderblock-Katodendurchleitungsloch 305 geführt wird. Nachfolgend wird der Verbinderblock 145 bündig gegen die Außenoberfläche des Gehäuses 90 gesetzt. Daraufhin wird der Anodendurchleitungsstift 130 in die Anodenklemmhülse 150b des Drahtbündels 155 eingeführt. Daraufhin wird der Katodendurchleitungsstift 135 in die Katodenklemmhülse 150a des Drahtbündels 155 eingeführt. Daraufhin werden die Klemmhülsen 150a und 150b auf die Durchleitungsstifte 130 und 135 gequetscht.
  • In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die elektrischen Verbindungen im Verbinderblock 145 unter Verwendung von Techniken wie etwa Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und Laserschweißen hergestellt werden. In diesen Verbindungstechniken kann die Verbindungsstellengeometrie ebenfalls eine Quer-Drahtschweißstelle zwischen dem Durchleitungsdraht 130 oder 135 und dem Bündeldraht 151 oder 152 sein. Die vorliegende Erfindung enthält in ihrem Umfang eine Ausführungsform, bei der das Gehäuse 90 auf Katodenpotential ist. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist am meisten bevorzugt eine getrennte Katodenanschlussverbindung vorgesehen, um eine zusätzliche Konstruktionsflexibilität zuzulassen.
  • Die distalen oder basalen Abschnitte der Klemmhülsen 150a und 150b werden auf die isolierte Anodenleitung 151 bzw. auf die isolierte Katodenleitung 152 gequetscht. Die isolierten Leitungen 151 und 152 werden gleichfalls mit dem Anschlussverbinder 153 verbunden. Der Anschlussverbinder 153 kann am meisten bevorzugt mit dem Elektronikmodul 360 verbunden werden. Insbesondere in miniaturisierten ICD-Konstruktionen eignen sich Standardverfahren zur Herstellung von Aluminiumelektrolytkondensatoren nicht leicht für sehr kleine Klemmverbindungen. Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht, kleine Klemmverbindungen und Verbindungsmittel zu bilden, und ermöglicht ferner eine hocheffiziente Packung in der PCD 10.
  • In dem oben beschriebenen bevorzugten Verfahren schaffen der Verbinderblock 145 und der Epoxidkleber eine Zugentlastung für die Durchleitungsstifte 130 und 135 und für die Durchleitungsdraht-Klemmverbindungen und schaffen sie ferner eine Epoxidabdichtung zwischen den Stiften 140 und 141, dem Gehäuse 90 und den Klemmhülsen 95 und 100. Die Klemmhülsen können ebenfalls als ein Verbindungspunkt für die Montage auf der Vorrichtungsebene dienen. Alternativ können die Klemmhülsen vor der Kondensatormontage in das Drahtbündel 155 integriert werden. Daraufhin kann das Drahtbündel als ein Mittel dienen, um die elektrischen Verbindungen des Kondensators wie z. B. in den Montageschritten auf der Vorrichtungsebene gewünscht zu leiten.
  • In der in 11 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der Anschlussverbinder 153 das Buchsenende eines Reibungskontakts. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Anschlussverbinder 153 durch Widerstandspunktschweißen, Ultraschalldrahtkontaktieren, Löten, Quetschen oder mit anderen Befestigungsmitteln mit anderen Modulen verbunden.
  • Wieder anhand von 21 wird die isolierte Anodenleitung 151 in den Anodenblockkanal 310 eingeführt. Der Anodendurchleitungsstift 130 wird durch die Anodenstiftblockführung 320 im Verbinderblock-Anodendurchleitungsloch 300 zentriert. Die isolierte Katodenleitung 152 wird in den Katodenblockkanal 315 eingeführt. Der Katodendurchleitungsstift 135 wird durch die Katodenstiftblockführung 325 im Verbinderblock-Katodendurchleitungsloch 305 zentriert. Das Zentrieren des Stifts durch die Klemmhülse stellt sicher, dass der Stift die leitende Wand der Klemmhülse nicht berührt, und ermöglicht außerdem, dass um den Stift eine besser konzentrische Epoxidharzabdichtung gebildet wird. Das Zentrieren des Stifts kann außerdem durch Mittel ausgeführt werden, die in oder an den Epoxidharzabgabe- oder Epoxidharzaushärtwerkzeugen angeordnet sind. Wenn das Epoxidharz ausreichend ausgehärtet ist, wird das Zentrierungswerkzeug entfernt.
  • Wenn ein Vergusskleber genutzt wird, wird er gemischt und durch die Verbinderblock-Durchleitungslöcher 300 und 305 und durch die Blockkanäle 310 und 315 abgegeben. Ein solcher Kleber kann ebenfalls durch das Verbinderblockloch 330 zwischen dem Verbinderblock 145 und dem Gehäuse 90 abgegeben werden. Die Klebeverbindung zwischen dem Block 145 und dem Gehäuse 90 verbessert die strukturelle Stabilität des Kondensators 265. Daraufhin wird das Epoxidharz ausgehärtet und der Kondensator 265 mit Elektrolyt gefüllt.
  • Die Lebensdauer des Kondensators 265 kann merklich ver kürzt werden, falls aus dem Inneren des Kondensators 265 Lösungsmitteldampf oder Elektrolytfluid entweicht. Falls aus dem Kondensator 265 Elektrolyt austritt, kann der Elektrolyt darüber hinaus die Schaltungen angreifen, mit denen der Kondensator 265 verbunden ist, oder sogar einen leitenden Weg zwischen Abschnitten dieser Schaltung liefern. Die vorliegende Erfindung schafft ein nützliches Mittel, um das Entweichen von Lösungsmittel und Lösungsmitteldampf aus dem Kondensator 265 zu verhindern. Genauer enthält der Kondensator 265 am meisten bevorzugt zwischen dem Gehäuse 90 und der Abdeckung 110, die verbunden sind, sowie zwischen den Klemmhülsen 95, 100 und 105 und dem Gehäuse 90 hermetisch lasergeschweißte Nähte. Zusätzlich weisen der Anodendurchleitungsabschnitt 235 und der Katodendurchleitungsabschnitt 240 am meisten bevorzugt eine Klebeabdichtung auf, die darin angeordnet ist, um die Klemmhülsenwände und die Durchleitungsdrähte abzudichten.
  • Am meisten bevorzugt ist der Epoxidkleber oder das Vergussmaterial der vorliegenden Erfindung chemisch beständig gegenüber dem in dem Kondensator 265 genutzten Elektrolyten und haftet gut an den umgebenden Oberflächen. Um die Zuverlässigkeit des Kondensators 265 zu maximieren, kann eine Haftförderung (wie etwa durch chemische Zersetzung, Ätzen, Korona- oder Plasmabehandlung der Polymerdrahtführung eines Polymergehäuses) genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein aliphatisches Epoxidharz wie etwa CIBA-Geigy Araldite 2014 genutzt. Andere geeignete Vergusskleber enthalten chemisch beständige thermoplastische heißschmelzende Materialien wie etwa Polyamide, Polyester, Polyurethane, Epoxidharze und Polyethylen-Vinylacetate, UV-aushärtende Harze wie etwa Acrylate und Methacrylate und andere wärmeaushärtende Harze wie etwa aliphatische und aromatische Epoxidharze, Silikone, Polyamide, Polyes ter und Polyurethane. Viele geeignete Vergusskleber können thermisch ausgehärtet oder mit Ultraviolettlicht ausgehärtet werden. In einigen Fällen kann eine fokussierte IR-Prozedur genutzt werden, um die Aushärtzeit zu minimieren und die Wärme zu lokalisieren.
  • Da in den Durchleitungsanordnungen der vorliegenden Erfindung Hermetizität bzw. Dichtheit erwünscht ist, sollte das Verfahren, mit dem die Durchleitungsabdichtungen hergestellt werden, vorhersagbar, gleich bleibend und zuverlässig sein und hochwertige hermetische Abdichtungen erzeugen. In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Epoxidkleber genutzt, der wenige oder keine Gaseinschlüsse oder Risse aufweist und vollständig oder im Wesentlichen vollständig an den umgebenden Stift-, Klemmhülsenwand- und Drahtführungskomponenten haftet. Das Füllen des Klemmhülsenlochs mit Abdichtkleber kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden und hängt zum größten Teil von der Viskosität des ausgewählten Vergussmittels ab. Es ist festgestellt worden, dass ein Gleichgewicht der Viskositätseigenschaften des Abdichtklebers erwünscht ist. Insbesondere ist es erwünscht, dass der Abdichtkleber dünn genug ist, um zu füllen, ohne dass sich Gaseinschlüsse bilden, und um die Oberfläche zu befeuchten, jedoch dick genug ist, um nicht um oder durch die Drahtführung zu entweichen. Der Vergusskleber kann im B-Zustand sein und als ein Stopfen eingeführt werden; gleichfalls kann auf ähnliche Weise ein heißschmelzender Kleber angewendet werden. Nachfolgendes Erwärmen härtet den Dichtungskleber vollständig aus. In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird Epoxidharz CIBA-Geigy Araldite 2014 mit einem statischen Mischrohr gemischt und innerhalb von 45 Minuten abgegeben. Die Anordnung wird 30 Minuten bei 90°C in einem Ofen ausgehärtet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Verbinderblock 145, die Klemmhülsen 95 und 100 und die Drahtführungen 140 und 141 aus einer einzigen gegossenen Komponente gebildet, die aus einem geeigneten chemisch beständigen thermoplastischen oder wärmeaushärtenden Material gebildet wird, das unter Verwendung eines Vergussklebers mit dem Gehäuse 90 abgedichtet wird. In den Basisabschnitten des Verbinderblocks 145 können Kanäle oder Hohlräume enthalten sein, um zu ermöglichen, dass der Vergusskleber zwischen diesen Basisabschnitten und dem Gehäuse 90 fließt. Diese Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Verbinderblock 145 kann die oben erwähnte lasergeschweißte Abdichtung zwischen der Klemmhülse und dem Gehäuse ersetzen. Dieses Abdichtverfahren beseitigt die Anforderung mehrerer Komponenten und entfernt mehrere Verarbeitungsschritte, was möglicherweise zu erheblichen Senkungen der Herstellungskosten führt.
  • Wieder anhand von 13 wird der Kondensator 265 mit Elektrolyt gefüllt. Der Elektrolyt kann irgendein geeigneter flüssiger Elektrolyt für Hochspannungs-Elektrolytkondensatoren sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Elektrolyt ein Elektrolyt auf Ethylenglycolgrundlage mit einem Adipinsäurelösungsprodukt. Es ist klar, dass in der vorliegenden Erfindung außerdem andere Elektrolyte genutzt werden können, die für die Verwendung in Hochspannungskondensatoren geeignet sind.
  • In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Kondensator 265 durch das Füllöffnungsrohr 107 in mehreren Unterdruckimprägnierungszyklen mit einem geeigneten flüssigen Elektrolyten gefüllt. Der Kondensator und der Elektrolyt werden in einer Unterdruckkammer angeordnet, und das Füllöffnungsrohr 107 wird durch ein temporäres Rohr mit dem Elektrolyten verbunden. Daraufhin werden mehrere Unterdruckimprägnierungszyklen bei Drücken, die den Dampfdruck des Elektrolyten übersteigen, ausgeführt. In einem weniger bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Kondensator 265 durch Tauchen des Kondensators 265 in den Elektrolyten oder durch Unterdruckfüllen des Kondensators 265 mit einer kalibrierten Füllmaschine mit dem Elektrolyten gefüllt. Allerdings wird angemerkt, dass ein einzelner Unterdruckimprägnierungszyklus im Umfang wenigstens eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegt.
  • Das Füllöffnungsrohr 107 der vorliegenden Erfindung schafft ein Mittel zum Füllen des Kondensators 265. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält das Füllöffnungsrohr 107 Helium-Leck-Überprüfungsmöglichkeiten und leichte Abdichteigenschaften. Die Hermetizität des Kondensators 265 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Heliumlecktests gemessen. Eine Heliumlecktestvorrichtung bildet eine Abdichtung um das Rohr des Füllöffnungsrohrs 107. Daraufhin saugt die Testvorrichtung einen Unterdruck im Inneren des abgedichteten Kondensators 265, wobei das aus dem Inneren des Kondensators 265 gesaugte Gas über ein abgestimmtes Massenspektrometer geleitet wird. Nachfolgend wird das Äußere des Kondensators 265 Heliumgas ausgesetzt und durch das Massenspektrometer die Leckrate für Helium durch die Materialien und Verbindungsstellen innerhalb des Kondensators 265 bestimmt. Diese Messung auf Leckdichte oder Hermetizität schafft ein Mittel, um die Qualität der hergestellten Verbindungsstellen sicherzustellen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unmittelbar vor dem Abdichten der Füllöffnungs- Klemmhülse 105 ein "Beschießen" oder Füllen des Inneren des Kondensators 265 mit Heliumgas ausgeführt. Daraufhin wird das Äußere des abgedichteten Kondensators 265 unter Unterdruckbedingungen mit einem abgestimmten Massenspektrometer überwacht, um die Rate des Heliumleckverlusts über die Materialien und Verbindungsstellen des Kondensators 265 zu bestimmen.
  • Wenn der Kondensator 265 mit Elektrolyt gefüllt worden ist, wird vorzugsweise ein Alterungsprozess durchgeführt. Das Altern wird allgemein durch Anlegen eines Stroms über die Kondensatoranschlüsse und allmähliches Anheben der Spannung über diese Anschlüsse von null bis zur Spitzenalterungsspannung des Kondensators (üblicherweise zwischen etwa 360 und etwa 390 V Gleichstrom) ausgeführt. wenn die Alterungsspannung erreicht ist, wird der Kondensator 265 auf dieser Spannung gehalten, bis sich der Leckstrom bei einem akzeptabel niedrigen Wert stabilisiert. Vorzugsweise wird der Kondensator 265 gealtert, bis während eines Strombegrenzungsprozesses eine Spannung von etwa 370 V erreicht ist.
  • In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Alterungsprozess (für einen Kondensator 265 mit einer Kapazität von 214 μF) mit einer Spannung, die auf 370 V eingestellt wird, und mit einem Strom, der auf etwa 1,5 mA begrenzt wird, ausgeführt. Außerdem haben die Erfinder festgestellt, dass es nützlich ist, die Temperatur des Alterungssystems auf höhere Spannungen zu erhöhen. In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur auf etwa 70 °C erhöht, wenn die Spannung 230 V erreicht. Nach dem Altern auf 370 V wird der Kondensator am meisten bevorzugt weiter altern gelassen, wobei die Spannung bei 370 V gehalten wird, bis der Leckstrom auf einen vorbestimmten Wert abnimmt und eine vorbestimmte Zeit bei 370 V verstrichen ist oder bis eine vorbestimmte Abnahme des Leckstroms erhalten wird.
  • Nach dem Altern trägt eine Nach-dem-Füllen-Unterdruckbehandlung oder ein Füllen des Kondensators zu wesentlichen Verbesserungen der Kapazität und des effektiven Reihenverlustwiderstands (ESR) bei. 22 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren der Unterdruckbehandlung des gealterten Kondensators beschreibt. Der gealterte Kondensator wird in einer Unterdruckkammer angeordnet und drei Minuten bei 90 kPa (27 Inch Quecksilber) gehalten. Die Kammer wird belüftet und daraufhin zwei weitere Zyklen drei Minuten bei 90 kPa (27 Inch Quecksilber) gehalten. Daraufhin wird der Kondensator zur Füllöffnungsabdichtung übergeben.
  • 23 zeigt einen Ablaufplan, der ein bevorzugtes Verfahren für eine Unterdrucknachfülloperation nach dem Altern beschreibt. Der gealterte Kondensator 265 wird in einer Unterdruckkammer angeordnet und mit dem Füllöffnungsrohr 107 ein temporäres Füllrohr verbunden, das in Elektrolyt getaucht ist. Daraufhin wird die Kammer drei Minuten bei 90 kPa (27 Inch Quecksilber) gehalten und belüftet. Dieser Schritt wird einmal mit dem temporären Rohr in dem Elektrolyten und ein zweites Mal mit dem temporären Rohr außerhalb des Elektrolyten wiederholt. Der dritte Zyklus soll überschüssigen Elektrolyten aus den Kondensator 265 saugen. Nun ist das Füllöffnungs-Klemmhülsenrohr 107 zum Abdichten bereit.
  • 24 ist eine graphische Darstellung, die die Zunahme der Kapazität von fünf Kondensatoren nach der Unterdrucknachfülloperation aus 23 zeigt. Die festgestellte Zunahme der Kapazität liegt in der Größenordnung von etwa 1 bis etwa 2 μF (~0,3 %). 25 ist eine graphische Darstellung, die die Verringerung des ESR derselben fünf Kondensatoren nach der Unterdrucknachfülloperation aus
  • 23 zeigt. Die festgestellte Verringerung des ESR liegt in der Größenordnung von etwa 0,2 Ω (~20 %). Es wird angenommen, dass die Unterdruckbehandlungen eingeschlossenes Gas entfernen, das sich während des Alterns und Nachfüllens entwickelt, und dass sie außerdem während des Alterns verlorenen Elektrolyten ersetzen, wodurch die Mikrostrukturporen der Anoden- und Separatorschichten im Wesentlichen vollständig mit Elektrolyt gefüllt und gesättigt werden können. Außerdem kann durch periodischen Unterdruckdurchlauf, bei dem das Füllrohr nach unten zeigt, überschüssiger Elektrolyt entfernt werden.
  • Nach dem Unterdrucknachfüllen wird das distale Ende 106 des Füllöffnungsrohrs 107 am meisten bevorzugt durch eine Zange oder durch ein anderes geeignetes Mittel wie etwa eine Kompressionswalze mechanisch durch Quetschen oder durch Schweißen geschlossen. Die so gebildete gequetschte oder geschlossene Verbindungsstelle wird nachfolgend am meisten bevorzugt mit einer Seitenschneider-Metallschere oder in einem Metallstempel abgeschnitten und abgedichtet. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ihre Füllöffnung schnell mit minimalen Kosten ohne irgendeine Anforderung zusätzlicher teurer Einzelteile oder Komponenten mit hoher Toleranz zum Abdichten des Füllrohrs 197 geschlossen und abgedichtet werden kann.
  • Die Abdichtung des Füllöffnungsrohrs 107 wird am meisten bevorzugt unter Verwendung von Verbindungstechniken wie etwa Ultraschallschweißen, Kaltschweißen oder Laserschweißen ausgeführt. Siehe z. B. die Tabellen 2 und 3. Das Abdichten des Füllöffnungsrohrs 107 kann ebenfalls durch Kleben, Epoxidharzbehandlung oder mit irgendwelchen anderen geeigneten Mitteln ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das Füllöffnungsrohr 107 durch Einführen einer Druckpassungskugel in eine entsprechende in dem Füllöffnungsrohr 107 oder in der Klemmhülse 105 angeordnete ku gelförmige Aussparung abgedichtet werden. Am meisten bevorzugt ist die Kugel aus einem Metall-, Kunststoff- oder Keramikmaterial gebildet, das in dem Kondensatorelektrolyten stabil ist. Die Dimensionssteuerung des Innendurchmessers des Füllöffnungsrohrs oder der Klemmhülse in Bezug auf den Durchmesser der Kugel ist entscheidend für die Steuerung der Qualität der Abdichtung, die hergestellt wird. Idealerweise passt die Kugel in einer so engen Presspassung wie möglich in den Innendurchmesser, ohne die Schweißstelle der Füllöffnungs-Klemmhülse zu beschädigen oder das Gehäuse 90 in irgendeinem erheblichen Umfang zu verformen. Die "Kugel" braucht keiner kugelförmigen Geometrie zu entsprechen und kann eine Passung sein, die zylindrisch, konisch oder anders geformt ist.
  • Ein nochmals weiteres Verfahren für das Abdichten der Füllöffnungs-Klemmhülse 105 ist das Integrieren einer wasserstoffdurchlässigen Membranabdichtung in die oder in die Nähe der Füllöffnungs-Klemmhülse 105, die nicht zulässt, dass Elektrolytkomponenten durch das Füllöffnungsrohr 107 entweichen, während sie zulässt, dass Wasserstoffgas, das sich durch das Laden und Entladen des Kondensators 265 entwickelt hat, aus dessen Innerem entweicht. Durch das Abdichten des Füllöffnungsrohrs 107 mit einer Sperre mit ausreichend chemischer Beständigkeit, die aber (wie etwa einige Silikone, Polyphenylenoxide, Zelluloseacetate und -triacetate und Polysulfone) selektiv für Wasserstoffgas ist, geht kein Elektrolyt verloren. Mehrere Vergusskleber (wie etwa Epoxidharz oder Silikon) weisen die vorstehenden Chemikalienbeständigkeits- und Wasserstoffdurchlässigkeitseigenschaften auf und sind somit zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Diese Kleber dichten am meisten bevorzugt die Durchleitungen ab, während sie ermöglichen, dass Wasserstoffgas aus dem ansonsten hermetisch abgedichteten Kondensator 265 entweicht.
  • In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Abdichtung des Füllöffnungsrohrs 107 ein einfacher Klebestreifen, der ähnlich den Typen der Abdichtungen, die in kommerziellen Ethylenglycol-Kühlmittelbehältern genutzt werden, über dem distalen Ende 106 des Füllöffnungsrohrs 107 angeordnet ist.
  • Obgleich die Komponenten 105 und 107 getrennte, nicht einteilige Komponenten bilden können und ferner aus anderen Materialien als Metall wie etwa aus Keramik oder Kunststoff gebildet werden können, bilden die Füllöffnungs-Klemmhülse 105 und das Füllöffnungsrohr 107 vorzugsweise ein einziges integriertes Metallstück. Die Füllöffnungs-Klemmhülse 105 passt in eine Öffnung, die in der Seitenwand des Gehäuses 90 oder in der Abdeckung 110 angeordnet ist, und ist dichtend mit ihr in Eingriff. Zusätzlich ist die Höhe 109 des in 28(c) gezeigten Füllöffnungsrohrs 107 in Bezug auf die in der Zeichnung hiervon gezeigte Ausführungsform des Kondensators 265 am meisten bevorzugt etwa 5 mm (0,200 Inch), obgleich in der vorliegenden Erfindung andere Höhen 109 wie etwa 1,625 mm (0,065 Inch), 7,5 mm (0,300 Inch) usw. betrachtet werden.
  • Vorzugsweise ist die Höhe 109 ausreichend groß, um eine Armatur einer Heliumleckdichte-Testvorrichtung unterzubringen, wobei die Armatur in dichtendem Eingriff über dem Füllrohr angepasst wird. Da im Inneren des Kondensators 265 ein Unterdruck von etwa 50 Torr gesaugt wird, wird zwischen der Armatur und dem Füllrohr vorzugsweise ein O-Ring angeordnet. Daraufhin wird über und um den Kondensator 265, die Abdeckung 110, das Gehäuse 90, die Verbindungsstelle 93 zwischen der Abdeckung 110 und dem Gehäuse 90, den Verbinderblock 145, die Klemmhülse 105, das Rohr 107 und die anderen Komponenten Heliumgas aus strömen gelassen, während die Heliumleckdichte-Testvorrichtung Gas und Moleküle, die aus dem Inneren des Kondensators 265 ausgepumpt werden, auf die Anwesenheit von Heliumgas testet, das aus dem Äußeren des Kondensators 265 in dessen Inneres durchgelassen wurde.
  • Am meisten bevorzugt ist in der Heliumleckdichte-Testvorrichtung ein abgestimmtes Massenspektrometer enthalten. Das Spektrometer ist empfindlich für die Anwesenheit von Heliumatomen oder -molekülen. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist ein Helium-Lecktester LEYBOLD INFICON, Modell Nr. UL-200, hergestellt in East Syracuse, New York. Am meisten bevorzugt wird in Verbindung mit dem Füllrohr und mit dem Anpassen der Leckdichte-Testvorrichtung ein O-Ring mit einem Leckdichtenennwert von etwa 1·10–9 cm3/s genutzt. Eine typische Ausfallpunktspezifikation für die Leckdichte-Testvorrichtung, wenn sie mit dem Kondensator der vorliegenden Erfindung genutzt wird, ist etwa 1·10–9 cm3/s.
  • 27(a) zeigt eine Draufsicht des Kondensators 265, wobei ein Abschnitt der Abdeckung 90 entfernt ist und ein Abschnitt der Elektrodenanordnung 225 darin freigelegt ist. Die Füllöffnungs-Klemmhülse 107 steht von einem Ende des Gehäuses 90 von der Füllöffnungs-Klemmhülse 105 nach außen vor. 27(b) zeigt eine Seitenansicht des Kondensators 265 aus 27(a) und eine entsprechende Seitenansicht des Füllöffnungsrohrs 107 und der Füllöffnungs-Klemmhülse 105. Die 28(a) bis 28(c) zeigen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform eines Füllöffnungsrohrs 107 und einer Füllöffnungs-Klemmhülse 105 für flüssigen Elektrolyten der vorliegenden Erfindung.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Füllöffnungsrohrs 107 der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse 90 aus einem geeigneten Metall gebildet und ein Füllöffnungsrohr 107 aus einer Seitenwand oder aus einem anderen Abschnitt des Gehäuses 90 herausgepresst, darin eingestanzt oder auf andere Weise einteilig gebildet. Eine solche Konstruktion beseitigt die Notwendigkeit, dass die Füllöffnungs-Klemmhülse 105 in einer Wand oder Oberfläche des Gehäuses 90 angeordnet wird. Zum Beispiel kann ein geneigter Stanzstempel genutzt werden, um anfangs ein Loch mit kleinem Durchmesser in eine Seitenwand des Gehäuses 90 zu stanzen, woraufhin veranlasst wird, dass der Stanzstempel durch das Loch läuft, und veranlasst wird, dass Metall aus der Seitenwand 90 von der Seitenwand nach oben herausgepresst wird und ein nach außen vorstehendes zylindrisches oder anders geformtes Füllöffnungsrohr 107 gebildet wird.
  • Wenn der Kondensator abgedichtet worden ist, wird er elektrisch getestet. Anwendungen in implantierbaren Defibrillatoren können erfordern, dass zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet werden. In diesem Fall wird durch ein zweiseitiges Klebeband, das zwischen den Kondensatoren angeordnet wird, ein Isolator bereitgestellt. Die zwei Kondensatoren werden entlang der gegenüberliegenden Flächen mit dem dazwischen liegenden Isolator/Klebestreifen verbunden. Daraufhin wird das Paar der Kondensatoren zur Montage in der PCD 10 geliefert. Siehe 3(a) bis 3(h).
  • Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Defibrillations- oder Kardioversionsanwendungen oder auf Anwendungen, bei denen ein menschliches Herz defibrilliert wird, beschränkt, sondern enthält ähnliche Anwendungen in anderen Säugetieren und Säugetierorganen. Für den Durchschnittsfachmann ist jetzt klar, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf Aluminiumelektrolytkondensatoren für implantierbare medizinische Vorrichtungen beschränkt sind, son dern sich auf Nicht-Aluminium- oder Teilweise-Aluminium-Elektrolytkondensatoren für implantierbare medizinische Vorrichtungen erstrecken.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Konstruktion eines im wesentlichen flachen Aluminiumelektrolytkondensators, der geeignet ist zur Verwendung in einer hermetisch abgedichteten implantierbaren medizinischen Vorrichtung (10) und gestapelte Anoden-, Kathoden- und Separatorschichten aufweist, die angeordnet sind innerhalb eines Gehäuses mit einer vorbestimmten Umfangsform, die durch Seitenwände definiert ist, mit folgenden Schritten: a) Bildung einer Anodenschicht (185a) umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Anodenfolienmaterial mit einer Dicke zwischen 10 μm und 500 μm und einer spezifischen Kapazität von wenigstens 0,3 μF/cm2; und (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht; b) Bildung einer Kathodenschicht (175a), umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Kathodenfolienmaterial mit einer Dicke zwischen 10 μm und 200 μm mit einer spezifischen Kapazität von wenigstens 100 μF/cm2 und (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht; c) Bildung einer Separatorschicht (180) umfassend (i) Bereitstellung einer Lage aus Separatormaterial mit einer Dicke von 0, 0125 mm (0, 0005 Inch), einer Dichte von 1,06 g/cm3, einer dielektrischen Durchschlagsfestigkeit von 1400 V Wechselspannung pro 0,025 mm (0,001 Inch) Dicke; (ii) Schneiden der Lage unter Verwendung eines Stempels mit geringem Spiel in eine Form, die der vorbestimmten Umfangsform des Kondensatorgehäuses entspricht, und so dimensioniert ist, dass sie innerhalb von 0,225 mm (0,009 Inch) der Seitenwände des Gehäuses liegt; d) Bereitstellung eines Anodenlappens (195d), der mit der Anodenschicht durch Kaltschweißen verbunden ist, und eines Kathodenlappens, der mit der Kathode durch Kaltschweißen verbunden ist; e) Stapeln der Anoden-, Kathoden- und Separatorschichten; f) Anordnen des Stapels aus Anoden-, Kathoden- und Separatorschichten innerhalb des Gehäuses; g) Bereitstellung elektrischer Durchführungen in dem Gehäuse zur Befestigung bzw. Anbringung an den Anoden- und den Kathodenlappen; h) Anbringung einer Gehäuseabdeckung über den gestapelten Anoden-, Kathoden- und Separatorschichten; i) Bereitstellung von Elektrolyt und Füllen des Gehäuses durch eine Öffnung in dem Gehäuse unter Verwendung einer Unterdruck- bzw. Vakuumimprägnierung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anoden- und Kathodenfolienlagen eine Reinheit von wenigstens 99% aufweisen.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Anodenfolienlage eine durchgeätzte Anodenfolie ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Kathodenfolienlage eine in hohem Maße geätzte Kathodenfolie ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Elektrodenlage ferner den Schritt des Bereitstellens einer durchgeätzten Anodenfolie umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Elektrodenlage ferner den Schritt des Bereitstellens von Aluminiumfolie umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Elektrodenlage ferner den Schritt des Bereitstellens von Aluminiumfolie mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Elektrodenlage ferner den Schritt des Bereitstellens von Anodenfolie mit einer spezifischen Kapazität von wenigstens 0,3 μF/cm2 umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Elektrodenlage ferner den Schritt des Bereitstellens von Anodenfolie mit einer spezifischen Kapazität von wenigstens 0,5 μF/cm2 umfasst.
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