EP1252636A1 - Schichtstapel - Google Patents
SchichtstapelInfo
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- EP1252636A1 EP1252636A1 EP01909423A EP01909423A EP1252636A1 EP 1252636 A1 EP1252636 A1 EP 1252636A1 EP 01909423 A EP01909423 A EP 01909423A EP 01909423 A EP01909423 A EP 01909423A EP 1252636 A1 EP1252636 A1 EP 1252636A1
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Classifications
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- H01G9/004—Details
- H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
- H01G9/048—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
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- H01G9/02—Diaphragms; Separators
Definitions
- the invention relates to a layer stack for receiving a liquid with a suction layer, a storage layer and an intermediate layer.
- the suction or storage layer is typically designed as paper layers, the suction layer being a low-density paper ( ⁇ 0.6 g per cm 3 ) and the storage layer being a high-density paper (> 0.6 g per cm 3 ).
- the paper layers are soaked with an electrolyte. They therefore serve on the one hand as a storage medium for the electrolyte. On the other hand, the paper layers also have the task of limiting the current of the mobile ions present in the electrolyte in order to achieve a high dielectric strength of the electrolytic capacitor.
- the electrolytic capacitors are typically through
- electrolytic capacitors of high capacitance > 1 mF
- cylinders with a length of a few centimeters are created.
- the electrolyte is introduced into the capacitor after winding the capacitor. Due to the wound structure, the electrolyte can only be supplied from the end faces of the wound capacitor.
- the suction layer is therefore required to transport the electrolyte from the front to the inside. Because the absorbent layer is a paper with less Density and correspondingly large channels, it is not suitable for achieving a high dielectric strength.
- the storage layer designed as high-density paper is therefore additionally inserted between the anode foil and the cathode foil.
- the dense paper has channels with a smaller cross section and is therefore very well suited for achieving a high dielectric strength.
- due to its low absorbency it is not sufficient as the sole intermediate layer between the cathode foil and the anode foil.
- the various layers described in the known structure lead to a large volume requirement of the electrolytic capacitor in relation to its capacity. This is a considerable disadvantage, particularly where electrolytic capacitors are to be installed in miniaturized circuits.
- the aim of the present invention is therefore to provide a layer stack which, by dispensing with one of the two suction layers, has a lower volume requirement.
- the invention specifies a layer stack for holding a liquid, which has a suction layer, a storage layer, an intermediate layer and an edge layer.
- the absorbent layer has a high enough to absorb the liquid from the edge of the layer stack to its center
- the first storage layer has a low absorbency, which is insufficient to absorb the liquid from the edge of the layer stack to its center.
- An intermediate layer lying against the storage layer is arranged between the storage layer and the absorbent layer.
- the intermediate layer consists of non-absorbent material and has through holes. These holes connect the Top of the intermediate layer with its underside and are selected in their number, size and distribution so that a part of the liquid absorbed by the absorbent layer, which is applied at the edge of the layer stack, can reach the first storage layer via the holes in the intermediate layers and soak them throughout ,
- a non-absorbent edge layer is arranged on the side of the first storage layer facing away from the intermediate layer. The storage layer is thus impregnated with liquid exclusively via the holes in the intermediate layer.
- the layer stack according to the invention has the advantage that a second suction layer arranged on the side of the storage layer can be dispensed with by using the holes in the intermediate layer to impregnate the storage layer arranged on the side of the intermediate layer facing away from the absorbent layer. This reduces the volume requirement of the layer stack.
- the layer stack according to the invention can be designed particularly advantageously as an electrolytic capacitor.
- a second storage layer is arranged on the side of the absorbent layer. Either the second storage layer or the absorbent layer can rest on the intermediate layer, since in both cases the first is impregnated well
- the edge layer is formed as a first cathode layer.
- a second cathode layer is arranged on the side of the layer stack opposite the edge layer.
- an electrolyte is also used as the liquid, that is to say, for example, an organic liquid in which there are ions that conduct the electrical current
- the layer stack according to the invention can be used as an electrolyte capacitor.
- An electrolytic capacitor designed in this way is particularly space-saving by dispensing with a second suction layer.
- An electrolytic capacitor produced from a layer stack wound on a winding mandrel is particularly easy and quick to implement. In addition, its capacity can be adjusted very easily by the number of windings.
- the use of a two-ply paper in tape form for winding on a winding mandrel is particularly advantageous because then only one tape for the paper layer between the anode foil and cathode foil has to be fed.
- Figure 1 shows a layer stack according to the invention, which is designed as an electrolyte capacitor, in a schematic cross section.
- FIG. 2 shows a suction layer according to the invention with an embossed wave structure.
- FIG. 1 shows a layer stack according to the invention with an intermediate layer 3 designed as an anode.
- the anode is approximately 100 ⁇ m thick and consists of aluminum that is oxidized on both sides with a thickness of approximately 0.2 to 1 ⁇ m. Especially for the
- holes 4 are etched into the intermediate layer 3, which connect the two sides of the intermediate layer 3 to one another.
- the holes 4 are etched, for example, by electrolytic etching in HC1.
- the resulting holes 4 have a diameter D between 1 and 3 microns, and are therefore suitable for the transport of a liquid from the top of the intermediate layer 3 to the bottom of the intermediate layer 3.
- An edge layer 7, which is designed as a first cathode layer, is arranged on the underside of the layer stack. It is just like the second cathode layer 8 arranged at the upper edge of the layer stack 20 to 30 ⁇ m thick aluminum foil is formed, which is covered with a thin aluminum oxide layer.
- a storage layer 2.5 is arranged on the edge layer 7 and on the second cathode layer 8, respectively.
- Storage layer consists of paper with a density of approximately 0.8 g per cm 3 .
- Such paper can be made from cellulose, for example. Due to its density, it is suitable for giving the electrolytic capacitor a high dielectric strength.
- Storage layers 2.5 must be impregnated with an electrolyte. Since application of the electrolyte is only possible at the edge of the layer stack, the electrolyte must be transported into the interior of the layer stack through a suitable further layer. Therefore, a suction layer 1 is arranged between the second storage layer 5 and the intermediate layer 3, which, as indicated by the arrows, transports the electrolyte from the edge of the layer stack into its interior and soaks the second storage layer 5 with electrolyte.
- the first storage layer 2 can also be impregnated with electrolyte with the aid of the suction layer 1, without a further suction layer being arranged on the underside of the intermediate layer 3.
- the absorbent layer consists, for example, of a paper with a density of 0.4 g per cm 3 and a thickness of 55 ⁇ m.
- a paper with a density of 0.4 g per cm 3 and a thickness of 55 ⁇ m.
- it can be made from hemp paper.
- the fiber spacing in hemp paper is so large that the paper is ideal for absorbing liquids. Since the absorbent layer 1 also contributes to
- the second storage layer 5 with 40 ⁇ m can be chosen somewhat thinner than the first storage layer 2 with 65 ⁇ m.
- FIG. 2 shows a suction layer 1 into which a wave structure 6 is stamped. Due to the embossed waves, the absorbent layer (1) has an increased absorbency, since the waves form a type of channels in which liquid can be transported. Because of the increased absorbency, absorbent layers 1 formed in this way can also be produced from denser paper with a density between 55 and 70 g per cm 3 . Such a suction layer 1 then has a higher dielectric strength, which leads to the fact that in
- Figure 1 shown second storage layer 5 can be made thinner, the corresponding space is saved.
- the invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but is defined in its most general form by claim 1.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schichtstapel zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einer Saugschicht (1) mit hoher Saugfähigkeit und einer ersten Speicherschicht (2) mit niedriger Saugfähigkeit, zwischen denen eine an der ersten Speicherschicht (2) anliegende Zwischenschicht (3) aus nicht saugfähigem Material angeordnet ist, bei dem auf der von der Zwischenschicht (3) abgewandten Seite der ersten Speicherschicht (2) eine nicht saugfähige Randschicht (7) anliegt und bei dem die Zwischenschicht (3) durchgehende Löcher (4) aufweist, deren Anzahl, Größe und Verteilung so gewählt ist, daß ein Teil der von der Saugschicht aufgesaugten Flüssigkeit über die Löcher (4) zur ersten Speicherschicht (2) gelangt und diese durchgehend tränkt. Durch den Verzicht auf eine zweite Saugschicht können Elektrolyt-Kondensatoren mit wesentlich weniger Platzbedarf hergestellt werden.
Description
Beschreibung
Schichtstapel
Die Erfindung betrifft einen Schichtstapel zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einer Saugschicht, einer Speicherschicht und einer Zwischenschicht.
Schichtstapel der eingangs genannten Art sind bekannt aus Elektrolyt -Kondensatoren, wobei die Zwischenschicht als
Anodenschicht ausgebildet ist, und wobei zu beiden Seiten der Zwischenschicht jeweils eine Saug- und eine Speicherschicht angeordnet sind. Die beiden äußersten Schichten des so definierten Schichtstapels sind jeweils durch eine Kathodenfolie abgedeckt. Die Saug- bzw. Speicherschicht sind typischerweise als Papierschichten ausgeführt, wobei die Saugschicht ein Papier mit geringer Dichte (< 0,6 g pro cm3) und die Speicherschicht ein Papier hoher Dichte (> 0,6 g pro cm3) ist. Die Papierschichten sind mit einem Elektrolyten getränkt. Sie dienen daher zum einen als Speichermedium für den Elektrolyten. Zum anderen haben die Papierschichten auch die Aufgabe, den Strom der im Elektrolyten vorhandenen beweglichen Ionen zu begrenzen, um somit eine hohe Spannungsfestigkeit des Elektrolyt-Kondensators zu erreichen. Die Elektrolyt -Kondensatoren werden typischerweise durch
Aufwickeln des zuvor beschriebenen Schichtstapels auf einen Wickeldorn hergestellt, wodurch ein zylinderförmiger Körper entsteht. Insbesondere bei Elektrolyt-Kondensatoren hoher Kapazität (> 1 mF) entstehen so Zylinder mit einigen Zentimeter Länge. Der Elektrolyt wird nach dem Wickeln des Kondensators in den Kondensator eingebracht . Aufgrund des gewickelten Aufbaus kann der Elektrolyt nur von den Stirnseiten des gewickelten Kondensators zugeführt werden. Bei Elektrolyt-Kondensatoren, die eine bestimmte Länge überschreiten, wird deshalb die Saugschicht benötigt, um den Elektrolyten von den Stirnseiten ins Innere zu transportieren. Da die Saugschicht ein Papier mit geringer
Dichte und entsprechend großen Kanälen ist, ist sie nicht zum Erreichen einer hohen Spannungsfestigkeit geeignet. Es wird daher zwischen Anodenfolie und Kathodenfolie zusätzlich die als Papier hoher Dichte ausgeführte Speicherschicht eingefügt. Das dichte Papier weist Kanäle mit geringerem Querschnitt auf und ist somit zum Erreichen einer hohen Spannungsfestigkeit sehr gut geeignet. Aufgrund seiner geringen Saugfähigkeit genügt es allerdings nicht als alleinige Zwischenschicht zwischen Kathodenfolie und Anodenfolie. Die bei dem bekannten Aufbau beschriebenen verschiedenen Schichten führen zu einem großen Volumenbedarf des Elektrolyt-Kondensators bezogen auf seine Kapazität. Insbesondere dort, wo Elektrolyt-Kondensatoren in miniaturisierten Schaltungen eingebaut werden sollen, ist dies ein erheblicher Nachteil.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Schichtstapel bereitzustellen, der durch Verzicht auf eine der beiden Saugschichten einen geringeren Volumenbedarf aufweist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen Schichtstapel nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung gibt einen Schichtstapel zur Aufnahme einer Flüssigkeit an, der eine Saugschicht, eine Speicherschicht, eine Zwischenschicht und eine Randschicht aufweist. Die Saugschicht hat eine hohe, zum Aufsaugen der Flüssigkeit vom Rand des Schichtstapels bis in seine Mitte ausreichende
Saugfähigkeit. Die erste Speicherschicht hat eine niedrige, zum Aufsaugen der Flüssigkeit vom Rand des Schichtstapels bis in seine Mitte nicht ausreichende Saugfähigkeit . Zwischen der Speicherschicht und der Saugschicht ist eine an der Speicherschicht anliegende Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht besteht aus nicht saugfähigem Material und weist durchgehende Löcher auf. Diese Löcher verbinden die
Oberseite der Zwischenschicht mit ihrer Unterseite und sind in ihrer Anzahl, Größe und Verteilung so gewählt, daß ein Teil der von der Saugschicht aufgesaugten Flüssigkeit, die am Rand des Schichtstapels appliziert wird, über die Löcher der Zwischenschichten zur ersten Speicherschicht gelangen kann und diese durchgehend durchtränkt . Auf der von der Zwischenschicht abgewandten Seite der ersten Speicherschicht ist eine nicht saugfähige Randschicht angeordnet . Somit wird die Speicherschicht ausschließlich über die Löcher in der Zwischenschicht mit Flüssigkeit getränkt.
Der erfindungsgemäße Schichtstapel hat den Vorteil, daß durch Nutzung der in der Zwischenschicht befindlichen Löcher zum Tränken der auf der von der Saugschicht abgewandten Seite der Zwischenschicht angeordneten Speicherschicht auf eine zweite, auf der Seite der Speicherschicht angeordnete Saugschicht verzichtet werden kann. Dadurch wird der Volumenbedarf des Schichtstapels reduziert.
Der erfindungsgemäße SchichtStapel kann besonders vorteilhaft als Elektrolyt-Kondensator ausgebildet sein. Dazu wird auf der Seite der Saugschicht eine zweite Speicherschicht angeordnet. Dabei kann entweder die zweite Speicherschicht oder die Saugschicht an der Zwischenschicht anliegen, da in beiden Fällen eine gute Durchtränkung der ersten
Speicherschicht erreicht wird. Die Randschicht wird als erste Kathodenschicht ausgebildet. An der der Randschicht gegenüberliegenden Seite des Schichtstapels wird eine zweite Kathodenschicht angeordnet. Verwendet man zudem als Flüssigkeit einen Elektrolyten, d.h. beispielsweise eine organische Flüssigkeit, in der sich den elektrischen Strom leitende Ionen befinden, so kann der erfindungsgemäße Schichtstapel als Elektrolyt -Kondensator verwendet werden. Ein so ausgebildeter Elektrolyt-Kondensator ist durch den Verzicht auf eine zweite Saugschicht besonders platzsparend.
C ω t to P1 M
CH o cπ o cπ O cπ
schnell reißt. Ein aus einem auf einem Wickeldorn aufgewickelten Schichtstapel hergestellter Elektrolyt- Kondensator ist besonders leicht und schnell zu realisieren. Zudem kann seine Kapazität sehr leicht durch die Anzahl der Wicklungen eingestellt werden. Die Verwendung eines zweilagigen Papiers in Bandform zum Aufwickeln auf einen Wickeldorn ist besonders vorteilhaft, weil dann nur ein Band für die Papierschicht zwischen Anodenfolie und Kathodenfolie zugeführt werden muß.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schichtstapel, der als Elektrolyt -Kondensator ausgebildet ist, im schematischen Querschnitt .
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Saugschicht mit eingeprägter Wellenstruktur.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schichtstapel mit einer als Anode ausgebildeten Zwischenschicht 3. Die Anode ist etwa 100 μm dick und besteht aus auf beiden Seiten mit etwa 0,2 bis 1 μm Dicke oxydiertem Aluminium. Insbesondere für die
Verwendung von Hochspannungs-Elektrolyt -Kondensatoren werden in die Zwischenschicht 3 Löcher 4 geätzt, die die beiden Seiten der Zwischenschicht 3 miteinander verbinden. Das Ätzen der Löcher 4 geschieht beispielsweise durch elektrolytisches Ätzen in HC1. Die dadurch entstehenden Löcher 4 haben einen Durchmesser D zwischen 1 und 3 μm, und sind daher für den Transport einer Flüssigkeit von der Oberseite der Zwischenschicht 3 zur Unterseite der Zwischenschicht 3 geeignet. Auf der Unterseite des Schichtstapels ist eine Randschicht 7 angeordnet, die als erste Kathodenschicht ausgebildet ist. Sie ist ebenso wie die am oberen Rand des Schichtstapels angeordnete zweite Kathodenschicht 8 als
20 bis 30 μm dicke Aluminiumfolie ausgebildet, die mit einer dünnen Aluminiumoxidschicht bedeckt ist.
An der Randschicht 7 bzw. an der zweiten Kathodenschicht 8 ist jeweils eine Speicherschicht 2,5 angeordnet. Diese
Speicherschicht besteht aus Papier mit einer Dichte von etwa 0,8 g pro cm3. Ein solches Papier kann beispielsweise aus Zellstoff gefertigt werden. Es ist aufgrund seiner Dichte dafür geeignet, dem Elektrolyt-Kondensator eine hohe Spannungsfestigkeit zu verleihen. Die beiden
Speicherschichten 2,5 müssen mit einem Elektrolyten getränkt sein. Da eine Applikation des Elektrolyten nur am Rand des Schichtstapels möglich ist, muß der Elektrolyt durch eine geeignete weitere Schicht ins Innere des Schichtstapels transportiert werden. Daher ist zwischen der zweiten Speicherschicht 5 und der Zwischenschicht 3 eine Saugschicht 1 angeordnet, die, wie durch die Pfeile angedeutet, den Elektrolyten vom Rand des Schichtstapels in sein Inneres transportiert und dabei die zweite Speicherschicht 5 mit Elektrolyt tränkt. Durch das Ausnutzen der Löcher 4 in der Zwischenschicht 3 kann mit Hilfe der Saugschicht 1 auch die erste Speicherschicht 2 mit Elektrolyt durchtränkt werden, ohne daß an der Unterseite der Zwischenschicht 3 eine weitere Saugschicht angeordnet wäre. Die Saugschicht besteht beispielsweise aus einem Papier mit einer Dichte von 0,4 g pro cm3 und hat eine Dicke von 55 μm. Sie kann beispielsweise aus Hanfpapier gefertigt werden. Die Faserabstände in einem Hanfpapier sind so groß, daß sich das Papier zum Aufsaugen von Flüssigkeiten hervorragend eignet . Da die Saugschicht 1 auch einen Beitrag zur
Spannungsfestigkeit des Kondensators liefert, kann die zweite Speicherschicht 5 mit 40 μm etwas dünner gewählt werden, als die erste Speicherschicht 2 mit 65 μm. Durch den Verzicht auf eine unterhalb der Zwischenschicht 3 angeordneten zweiten Saugschicht kann mit dem erfindungsgemäßen SchichtStapel ein Elektrolyt -Kondensator hoher Kapazität und geringem Platzbedarf realisiert werden.
Figur 2 zeigt eine Saugschicht 1, in die eine Wellenstruktur 6 eingeprägt ist. Durch die eingeprägten Wellen hat die Saugschicht (1) eine erhöhte Saugfähigkeit, da die Wellen eine Art von Kanälen bilden, in denen Flüssigkeit transportiert werden kann. Aufgrund der erhöhten Saugfähigkeit können so ausgebildete Saugschichten 1 auch aus dichterem Papier mit einer Dichte zwischen 55 und 70 g pro cm3 gefertigt werden. Eine solche Saugschicht 1 hat dann eine höhere Spannungsfestigkeit, was dazu führt, daß die in
Figur 1 gezeigte zweite Speicherschicht 5 dünner ausgeführt werden kann, wobei der entsprechende Platz eingespart wird.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen, sondern wird in ihrer allgemeinsten Form durch Anspruch 1 definiert.
Bezugszeichenliste
1 Saugschicht
2 erste Speicherschicht 3 Zwischenschicht
4 Loch
5 zweite Speicherschicht
6 Wellenstruktur
7 Randschicht 8 zweite Kathodenschicht
D Lochdurchmesser
Claims
1. Schichtstapel zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einer Saugschicht (1) mit hoher, zum Aufsaugen der Flüssigkeit vom Rand bis in die Mitte des Schichtstapels ausreichenden Saugfähigkeit und einer ersten Speicherschicht (2) mit niedriger, zum Aufsaugen der Flüssigkeit vom Rand bis in die Mitte des Schichtstapels nicht ausreichenden Saugfähigkeit, zwischen denen eine an der ersten Speicherschicht (3) anliegende Zwischenschicht
(3) aus nicht saugfähigem Material angeordnet ist, bei dem auf der von der Zwischenschicht (3) abgewandten Seite der ersten Speicherschicht (2) eine nicht saugfähige Randschicht (7) anliegt und bei dem die Zwischenschicht (3) durchgehende Löcher (4) aufweist, deren Anzahl, Größe und Verteilung so gewählt ist, daß ein Teil der von der Saugschicht (1) aufgesaugten Flüssigkeit über die Löcher
(4) zur ersten Speicherschicht (2) gelangt und diese durchgehend tränkt .
2. SchichtStapel nach Anspruch 1, der eine an der Saugschicht (1) anliegende zweite Speicherschicht (5) aufweist.
3. Schichtstapel nach Anspruch 2, bei dem die zweite Speicherschicht (5) an der Zwischenschicht (3) anliegt.
4. Schichtstapel nach Anspruch 2, bei dem die Saugschicht (1) an der Zwischenschicht (3) anliegt .
5. Schichtstapel nach Anspruch 1 bis 4, bei dem die Saugschicht (1) ein Papier mit einer Dichte p]_ < 0,6 g/cm3 und die erste bzw. zweite Speicherschicht
(5) ein Papier mit einer Dichte p2 > 0,6 g/cm3 ist.
6. Schichtstapel nach Anspruch 1 bis 5, bei dem die Saugschicht (1) ein Papier ist, in das zur Erhöhung der Saugfähigkeit eine Linien- oder Wellenstruktur (6) eingeprägt ist.
7. Schichtstapel nach Anspruch 5 bis 6, bei dem die Saugschicht (1) und die zweite Speicherschicht (5) die Lagen eines zweilagigen Papiers sind.
8. Schichtstapel nach Anspruch 1 bis 7, der auf einen Wickeldorn aufgewickelt ist.
9. Schichtstapel nach Anspruch 1 bis 8, der ein Elektrolyt-Kondensator ist, bei dem die Randschicht (7) eine erste Kathodenschicht ist, bei dem auf der von der Zwischenschicht (3) abgewandten Seite der Saug- bzw. zweiten Speicherschicht (1, 5) eine zweite
Kathodenschicht (8) anliegt, bei dem die Zwischenschicht (3) als Anode ausgebildet ist und bei dem die Flüssigkeit ein Elektrolyt ist.
10. Schichtstapel nach Anspruch 9, bei dem die Zwischenschicht (3) eine mit einer etwa 0,5 μm dicken Aluminiumoxidschicht bedeckte Aluminiumfolie ist und bei dem die Löcher (4) elektrolytisch in die Aluminiumfolie geätzte Kanäle mit einem Durchmesser (D) zwischen 1 μm und 3 μm sind.
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