DE102005036101B4

DE102005036101B4 - Kondensator

Info

Publication number: DE102005036101B4
Application number: DE102005036101A
Authority: DE
Inventors: Stefan Nowak; Hubertus Goesmann; Werner Erhardt
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: DE102005036101A1

Abstract

Kondensator (K), umfassend:
– ein Gehäuse (1) mit einer Membran (2),
– mindestens einen Kondensatorwickel (4), welcher im Gehäuse angeordnet ist und mittels mindestens einem elektrisch leitenden Kontakt (6, 6a) mit der Membran elektrisch leitend verbunden ist, wobei in einem nach Außen gewölbten Zustand der Membran der Kontakt zum Kondensatorwickel unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einer elektrischen Sicherung.
Bei elektrischen Vielschichtkondensatoren, insbesondere Doppelschichtkondensatoren, kann infolge von Alterungseffekten eine Gasbildung im Kondensator auftreten. Diese kann bis zu einem explosionsartigen Bersten des Kondensators und damit zur Gefährdung von Personen führen.
Aus DD241661 A1 ist eine Auslöse- und Anzeigeeinheit für eine innere Kondensatorschutzeinrichtung bekannt, bei der der Kondensatorinnendruck auf ein in das Kondensatorgehäuse eingesetztes verformbares Gehäuseteil wirkt, an dessen Deckel ein Betätigungsorgan für die innere Kondensatorschutzeinrichtung befestigt ist und dessen äußere Wandung in bestimmten Bereichen unterschiedlich farblich gestaltet ist.
Aus DE2825377-A ist ein Kondensator bekannt, dessen Kondensatorwickel eine querschnittliche Sollbruchfläche aufweist, welche durch abgetragenem Kondensatorwickelmaterial gebildet ist.
Aus DE1539907B ist ein Kondensator mit einer Membran als Kondensatorschutzeinrichtung bekannt, die im Falle des erhöhten Kondensatorinnendrucks die elektrischen Anschlüsse des Kondensatorwickels unterbricht.
Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator anzugeben, der bei erhöhtem Innendruck durch eine elektrische Sicherung gesichert ist.
Die Aufgabe wird durch Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich neben der nachfolgenden Beschreibung auch aus den Unteransprüchen.
Es wird ein Kondensator vorgeschlagen, umfassend:

– ein Gehäuse mit einer Membran,
– mindestens einen Kondensatorwickel, welcher im Gehäuse angeordnet ist und mittels mindestens einem elektrisch leitenden Kontakt mit der Membran verbunden ist, wobei in einem nach außen gewölbten Zustand der Membran der Kontakt zum Kondensatorwickel unterbrochen ist.

Eine elektrische Sicherung ist insbesondere in der Anordnung des Kontakts, des Kondensatorwickels und der Membran zueinander zu sehen, welche ermöglicht, dass die Kontakte bei einer nach Außen gerichteten Wölbung der Membran unter einer entsprechenden Zugspannung stehen, welche ab einem bestimmten Wert zu einem Sollbruch der Kontakte führt und damit die elektrische Zufuhr zum Kondensatorwickel abgebrochen wird. Der nach außen gewölbte Zustand der Membran entsteht dabei durch einen erhöhten Innendruck des Kondensators.
Es wird bevorzugt, dass das Gehäuse becherförmig ausgeformt und die Membran als Deckel, insbesondere als Gehäusedeckel realisiert ist. Die Membran ist vorzugsweise im unausgewölbten Zustand nach innen gezogen bzw. gewölbt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Membran mittels einer entsprechend des Kondensatorumrisses geformten Schwenkachse ausgebildet sein, um die sich ein Teil der Membran bei einem Überdruck nach außen schwenkt. Eine so ausgeführte Membran kann als Sprungboden oder als Sprungdeckel bezeichnet werden, da das Ausschwenken des Teils sprunghaft bzw. mit einem Ausschnappen erfolgt.
Hierzu ist es günstig, wenn die Membran aus mehreren, separaten Teilen besteht. Dabei weist sie vorzugsweise einen ersten Teil auf, der mit einer Stirnfläche des Kondensatorwickels verbunden ist. Mit diesem ersten Teil ist vorzugsweise ein zweiter Teil mechanisch verbunden, der gegenüber dem ersten Teil geneigt ist, wobei an der Übergangsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Teil die Membran materialverdünnt ist. Die materialverdünnte Stelle ist vorzugsweise durch einen ringförmigen Einschnitt in der Membran gebildet und bildet eine erste, vorzugsweise ringförmige Schwenkachse. Diese erlaubt die Bewegung des ersten Teils relativ zum Zweiten, sodass er sich bei einem Überdruck vom Kondensatorwickel entfernen kann.
Auch kann ein dritter Teil bereitgestellt sein, welcher sowohl mit dem zweiten, geneigten Teil als auch mit dem Gehäuse des Kondensators verbunden ist. Die Übergangsstelle zwischen dem zweiten und dem dritten Teil ist ebenfalls materialverdünnt und dient als zweite Schwenkachse für den geniegten, zweiten Teil, der sich scharnierartig um sie schwenkt. Damit kann die Bewegung des ersten, mit dem Kondensatorwickel kontaktierten Teil unterstützt werden. Sowohl die erste Schwenkachse als auch die zweite Schwenkachse können dabei als ringförmige Sicken realisiert sein, welche auf der Innen- oder der Außenseite der Membran entlang der Gehäuseinnenwand des Kondensators verlaufen.
Es wird bevorzugt, dass der erste Teil flächig mit der Stirnfläche des Kondensatorwickels, am besten mittels Verschweißungen, kontaktiert ist. Es ist zudem günstig, wenn er so starr ausgebildet ist, dass er sich bei einem Überdruck vollständig vom Kondensatorwickel löst.
Es ist günstig, wenn der Kondensator mit mindestens einem Haltemittel versehen ist, welches einer Bewegung des Kondensatorwickels in Richtung der Membran entgegenwirkt und damit die in den Kontakten entstehende Zugspannung erhöht.
Unter dem Begriff „Halteelement" wird ein Element verstanden, welches zur Abstützung oder zum Halten eines Kondensatorwickels geeignet ist. Das Halteelement kann also als Verjüngung bzw. Vorsprung der Gehäuseinnenwand realisiert sein, oder alternativ als mit dem Gehäuse verbundenen Draht, Querbalken oder Abstützungsscheibe. Der Querbalken oder die Abstützungsscheibe kann mit ihrer der Membran abgewandten Seite großflächig mit der der Membran zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels kontaktiert werden. Hierzu weist die Abstützungsscheibe vorzugsweise Aussparungen oder Löcher auf, damit das Gas bzw. der Innendruck zur Membran gelangen kann. Alternativ ist die Abstützungsscheibe mit der der Membran abgewandten Stirnseite des Kondensatorwickels kontaktiert.
Ein mit einem Halteelement ausgebildeter Kondensator hat den Vorteil, dass der Kondensatorwickel bei der Bildung eines Innendrucks von dem Auswölben des Membranendeckels nicht mitgezogen werden kann, so dass ein Bruch der Kontakte immer erreichbar ist. Das Halteelement kann also auch als Entkopplungselement verstanden werden, welches die Bewegung der Membran von der Bewegung des Kondensatorwickels entkoppelt.
Mittels insbesondere der Abstützungsscheiben ist es möglich, eine großflächige, stirnseitige Kontaktierung der Kondensatorwickel von beispielsweise Doppelschichtkondensatoren zu erreichen, und trotz dieser großflächigen Kontaktierung ein sicheres Abschalten der elektrischen Stromzufuhr zum Kondensatorwickel erreichbar ist.
Das Halteelement, ob in der Form einer Abstützungsscheibe oder einer anderen Variante, ist vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet oder ist zumindest gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert. Im Falle dass das Halteelement eine Abstützungsscheibe zwischen Membran und Kondensatorwickel ist, wird bevorzugt, dass die Abstützungsscheibe Löcher aufweist, mittels derer die Membran direkt zum Kondensatorwickel durchkontaktierbar ist.
Alternativ ist das Haltemittel elektrisch leitend und bildet einen Teil einer elektrischen Verbindung der einen Stirnseite des Kondensatorwickels zu einer Spannungsquelle- oder senke. Dies kann dann über die Membran oder über das Gehäuse geschehen. Das Halteelement wird dann beispielsweise mit einer ersten Elektrode des Kondensators elektrisch verbunden, wobei diese mit einem ersten elektromagnetischen Potential beaufschlagbar ist.
Es ist besonders günstig, wenn die Membran mittels Verschweißung direkt mit der einen Stirnseite des Kondensatorwickels verbunden ist. Alternativ kann die Membran mittels Verschweißungen mit dem Haltemittel verbunden sein, vorzugsweise mit der Abstützungsscheibe.
Es wird bevorzugt, dass die Stirnseiten des Kondensatorwickels und das Halteelement, insbesondere die Abstützungsscheibe, mit in radialer Richtung langgestreckte Einbuchtungen versehen sind, welche formschlüssig miteinander verbunden werden können bzw. ineinander passen. Mittels dieser Einbuchtungen ist eine besonders gute Kontaktierung des Halteelements, besonders im Falle dass das Halteelement eine Abstützungsscheibe ist, mit den einzelnen Schichten des Kondensatorwickels möglich.
Es wird zudem bevorzugt, dass die in radialer Richtung langgestreckte Einbuchtungen rippenförmig ausgebildet sind.
Ebenfalls wird bevorzugt, dass die Membran eine sich in radialer Richtung erstreckende Einbuchtung aufweist, welche formschlüssig in eine Einbuchtungen des Halteelements bzw. direkt in eine Einbuchtung des Kondensatorwickels passt.
Für eine besonders gute Verschweißung der Membran mit dem Abstützungselement und/oder der der Membran zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels wird bevorzugt, dass die Einbuchtungen abgerundete Verjüngungen aufweisen, damit beispielsweise eine erste Elektrodenschicht des Kondensatorwickels zur Verschweißung mit einem Laserstrahl gut erreicht werden kann.
Obwohl die Verschweißung der Membran mit dem Halteelement bevorzugt wird, sind andere Kontakte wie beispielsweise Kontaktdrähte denkbar, solange das Abreißen des Kontakts zwischen dem Kondensatorwickel und der Membran bei einer Auswölbung der Membran erreichbar ist.
Die der Membran abgewandte Stirnseite des Kondensatorwickels wird vorzugsweise mit einem nach Außen führenden elektrischen Anschluss versehen. Der Anschluss wird vorzugsweise mit einer zweiten Elektrodenschicht des Kondensatorwickels verbunden, welche mit einem zweiten elektromagnetischen Potential beaufschlagbar ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn der elektrische Anschluss als Scheibe mit einem nach Außen führenden elektrisch leitenden Anschlussbolzen realisiert ist, mit dem der Kondensator an eine Spannungsquelle- oder senke oder beispielsweise mit einem weiteren Kondensator verbunden werden kann. Es wird ferner bevorzugt, dass die Scheibe Einbuchtungen der genannten Art aufweist. Der elektrische Anschluss ist vorzugsweise von der der Membran zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels sowie ggf. von dessen Halteelement mittels Isolierungen elektrisch entkoppelt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Kondensator, bei dem bei einer Auswölbung einer Membran eine Kontaktierung unterbrochen wird,
2 einen Kondensator, bei dem die Stirnseiten des Kondensatorwickels mit verschiedenartigen Einbuchtungen versehen sind,
3A bis 3C einen Kondensator mit einer Membran, welche mit einem Halteelement verbunden ist,
3D einen Kondensator, welcher mit einer eine Schwenkachse umfassende Membran ausgebildet ist,
4 eine schematische Darstellung der Auswölbung der Membran und der Zerstörung einer Kontaktierung zum Kondensatorwickel,
5 eine Membran, welche als Gehäuseboden realisiert ist,
6 eine Abbildung eines mit rippenförmigen Einbuchtungen versehenen Kondensatorwickels,
7 einen mit einem Anschlussbolzen versehenen elektrischen Anschluss in der Form einer Scheibe, welche mit einer Stirnseite des Kondensatorwickels verbunden ist,
8 mehrere, bevorzugte Isolierteile sowie ein Halteelement,
9 eine Abbildung eines Gehäuses, welches auf die Anordnung nach 7 geschoben werden kann,
10 ein becherförmiges Gehäuse, in dessen Innerem der mit der Abstützungsscheibe verbundene Kondensatorwickel aufgenommen ist,
11 zwei Abbildungen einer Seite eines fertig hergestellten Kondensators,
12 die mit dem Membrandeckel versehene andere Seite des fertig hergestellten Kondensators.
In einem Kondensator kann ein Überdruck im Kondensatorinnenraum durch eine partielle Schwächung des Kondensatorgehäuses, wie z. B. mittels einer Sollbruchstelle im Gehäuse oder eines Überdruckventils im Gehäusedeckel, welches sich bei internem Druckanstieg öffnet, mehr oder weniger ausgeglichen werden. Dies geschieht durch die Entweichung des Überdruck erzeugenden Gases. Insbesondere kann bei Leistungskondensatoren eine partiell mechanisch geschwächte Leitungsführung, welche zwischen dem Kondensatordeckel und dem Kondensatorwickel verspannt ist, bei Druckanstieg- und der daraus resultierender Aufwölbung des Kondensatordeckelsabreißen.
In 1 wird gezeigt, wie ein Kondensator K mit einer Membran bzw. mit einem Membranendeckel 2 ausgebildet ist, dessen Auswölbung zu einem Bruch 6* der elektrischen Kontaktierung 6 führt. Der Bereich B der Zeichnung zeigt diesen Vorgang, der Bereich A den heilen Zustand der Kontaktierung. Die Isolierung 10 sorgt dafür, dass das Gehäuse von der Kontaktierung 6 getrennt ist. Weiterhin werden Sicken 5 gezeigt, welche zur Abstützung des Kondensatorwickels 4 dienen und verhindern, dass der Kondensatorwickel bei einem erhöhten Innendruck des Kondensatorinnenraums 1 nach oben in Richtung des Membranendeckels 2 geschoben wird. Der Kondensatorwickel 4 umgibt ein Imprägnierungsloch 11 und wird von einer weiteren Isolierung 10' umhüllt, damit er von dem Gehäuse elektrisch entkoppelt ist.
2 zeigt einen Kondensator K mit einem Gehäusedeckel 2' und einem Gehäuseboden 3 welche jeweils nach innen gerichtete, im Querschnitt rechteckige Einbuchtungen 7 aufweisen, die überstehende Bereiche 4' jeweils einer ersten und einer zweiten gewickelten Elektrode des Kondensatorwickels kontaktieren, wobei die Elektroden um die Wand 4b des Kernrohrs 11 gewickelt sind. Die gewickelten Elektroden können im Querschnitt als sich alternierende Elektrodenschichten betrachtet werden. Der Gehäusedeckel 2' ist also mit dem Potential der ersten Elektrode und beispielsweise der Gehäuseboden 10 mit dem Potential der zweiten Elektroden beaufschlagt. Durch den Gehäuseboden 3 ist also der Gehäusebecher 1 (Gehäuse G ohne Gehäusedeckel 2') mit dem Potential der zweiten Elektrode beaufschlagt. Zur elektrischen Isolierung befindet sich zwischen dem Gehäusebecher 1 und dem Gehäusedeckel 2' eine elektrische Isolierung 10. Die Einbuchtungen 7 können anstatt rechteckig auch mit einem abgerundeten und nach Innen sich verjüngenden Querschnitt ausgeformt werden. Mittels eines sich nach Innen verjüngenden Querschnitts der Einbuchtungen 7 können besonders große Kontaktflächen zwischen den Einbuchtungen und den überragenden Bereichen 4' der Elektroden resultieren. Die Einbuchtungen 7 werden vorzugsweise radial langgestreckt und rippenförmig ausgeformt, wie in 7 sichtbar.
In 2 ist rechts zu erkennen, dass ein kegelförmiger Strahl LS nicht durch die Kanten der rechteckigen Einbuchtungen (wie sie links in der Figur dargestellt sind) geschwächt wird, so dass ein besonders guter Energieeintrag des Laserstrahls LS möglich ist und damit eine besonders gute Verschweißung zwischen der Einbuchtung 7 und den Kontaktstellen 6b des Gehäusebodens 3 mit den überhängenden Bereichen 4' der Elektroden möglich ist. Dabei können an der Kontaktstelle 6b die überragenden Bereiche 4' einer Elektrodenschicht so umgelegt sein, dass eventuell zwei oder mehrere Elektrodenschichten (welche zur einen und selben Elektrode gehören) übereinander liegen und komprimiert werden, so dass ein besonders guter Kontakt zwischen der Einbuchtungen und den Elektrodenschichten resultiert. Die Elektrodenschichten einer Elektrode des Kondensatorwickels sind jeweils an einer ihrer Oberflächen vorzugsweise gegenüber der Einbuchtung um 90° versetzt, da anderenfalls die Verschweißungen an den Kontaktstellen 6b auf die Kanten bzw. Ränder der Elektrodenschichten treffen würde und damit eine stabile Kontaktierung erschwert wird. Des weiteren ist sichtbar, wie der Gehäusedeckel 2' mit einem Anschlussbolzen 8 versehen ist, welcher sowohl als Befestigungsmittel als auch als elektrischer Leiter dient. Ein solcher Kondensator wird vorzugsweise dort angewendet, wo relativ hohe Stromstärken verwendet werden, sodass der Kondensatorwickel großflächig kontaktiert werden sollte. Durch diese großflächige Anbindung ist es allerdings nicht einfach, eine Leitungsunterbrechung in gleicher Weise wie zu 1 beschrieben zu realisieren.
3A zeigt daher einen Kondensator, bei dem eine Membran 2 direkt mit einer Stirnseite eines Kondensatorwickels 4 mittels Kontakte 6a, hier als Verschweißungen dargestellt, verbunden ist. Die Membran bzw. der Membranendeckel 2 des Kondensators ist mittels an den Enden des Gehäuses 1 angeordneten Verschweißungen 12 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Der Kondensatorwickel 4 ist auf seiner der Membran abgewandten Stirnseite mit einem elektrischen Anschluss in der Form einer Abstützungsscheibe 5b kontaktiert, welche vom Gehäuse 1 mittels Isolierungen 10 elektrisch entkoppelt ist und mit einem nach Außen führenden, elektrischen Anschluss 8' versehen ist. Das Gehäuse weist ferner ein Befestigungsmittel 8 auf, welches vorzugsweise als Gewinde realisiert und mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist. Der elektrische Anschluss 5b bzw. 8' kann durch das Befestigungsmittel 8 geführt werden. Der Anschluss 8' ist dabei noch mal mittels einer weiteren Isolierung 10 vom Gehäuse elektrisch entkoppelt. Die Abstützungsscheibe 5b dient in diesem Ausführungsbeispiel sowohl als elektrischer Anschluss als auch als Haltemittel.
Bei einer Auswölbung der Membran 2 wird der Kondensator von der Abstützungsscheibe gehalten, so dass er nicht von der Membran mitgezogen wird- statt dessen werden in dieser Phase die Verschweißungen 6a bzw. Kontakte auseinander gerissen. Das Halteelement ist hier zwar als Abstützungsscheibe 5b dargestellt; andere Formen von Haltemittel, wie z. B. Kleber oder Drähte, können aber auch verwendet werden.
Es sollte grundsätzlich darauf geachtet werden, dass die elektromagnetischen Potentiale der Elektroden des Kondensatorwickels elektrisch voneinander getrennt sind. Zu diesem Zweck kann also das Haltemittel elektrisch isoliert ausgeführt sein damit keine elektrische Leitung zum Gehäuse 1 entsteht.
3B zeigt einen Kondensator K, bei dem die Membran 2 mit einem Kondensatorwickel 4 mittels Kontakte 6a kontaktiert ist, wobei die Kontakte durch die Löcher l eines Halteelements 5a geführt sind. Die Kontakte 6a sind dabei vorzugsweise Verschweißungen; sie können aber auch als Kontaktdrähte realisiert sein. Das Halteelement ist vorzugsweise wieder eine Abstützungsscheibe 5a. Mittels der Löcher l der Abstützungsscheibe wird erreicht, dass einerseits eine besonders direkte elektrische Kontaktierung des Kondensatorwickels zur Membran möglich ist, welche bei ausreichender Zugspannung dennoch unterbrochen werden kann. Andererseits dient die Abstützungsscheibe 5a als ein Halteelement, um die Bewegung des Kondensatorwickels in Richtung der Membran zu verhindern oder zu blockieren. Damit kann der Kondensator, der bei hohen Stromstärken verwendet wird und wie zu 2 erläutert großflächige Kontaktierungen aufweist, auch bei erhöhtem Innendruck zum sicheren Abschalten gebracht werden.
Nach einer (nicht gezeigten) Weiterbildung der Erfindung wird die Abstützungsscheibe mit weiteren Löchern oder mit am Rand der Abstützungsscheibe angeordneten Aussparungen versehen, damit das im Kondensatorinnenraum gebildete Gas bis zur Membran vordringen bzw. diffundieren kann, um im Falle eines erhöhten Innendrucks des Kondensators eine Auswölbung der Membran zu ermöglichen.
Das Halteelement kann anstelle der hier gezeigten Abstützungsscheibe auch als ringförmige Verjüngung der Gehäuseinnenwand, als nach innen eingedrückter Bereich des Gehäuses oder als Sicke realisiert werden.
Zwischen der Membran und dem Gehäuse kann eine Isolierung vorgesehen werden, so dass die Membran mit einem vom Gehäuse 1 entkoppelten Potential beaufschlagbar ist. An der Stelle der in dieser Figur gezeigten Verschweißungen 12 kann also beispielsweise ein Isolationsring oder eine Isolationsschicht vorgesehen werden. In diesem Falle ist das Haltemittel zwischen der Membran 2 und der der Membran zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels elektrisch isolierend aufgebaut, so dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem Gehäuse der Membran entstehen kann.
Der Kondensatorwickel 4 ist auf seiner der Membran abgewandten Stirnseite vorzugsweise mit einem elektrischen Anschluss beispielsweise in der Form einer Scheibe 5b versehen. Die Scheibe ist vorzugsweise mittels Kontakte 6b mit der unteren Stirnseite des Kondensatorwickels verbunden. Die Art der Kontaktierung der Scheibe zum Kondensatorwickel kann nach dem zu 2 beschriebenen Schema ausgeführt sein. Die Scheibe 5b ist mit einem nach Außen führenden, elektrischen Anschluss 8' verbunden, welche durch die Isolierung 10 durch den Gehäuseboden 3 geführt ist. Der Gehäuseboden 3 ist mit einem vorzugsweise elektrisch leitenden Befestigungsmittel 8 bzw. mit einem elektrisch und mechanischen Anschlussbolzen 8 versehen, der vorzugsweise ein Gewinde aufweist. Dabei tragen der Gehäuseboden 10 mit dem Befestigungsmittel 8 und die Kontaktierung 8' jeweils gegenteilige Pole, solange sie elektrisch voneinander entkoppelt sind.
3C zeigt wie eine Kontaktierung der Membran 2 mit einer Abstützungsscheibe 5a mittels eines Kontakts 6c vorgesehen ist. Dabei wird die Abstützungsscheibe 5a elektrisch leitend ausgebildet und mit einer Elektrode des Kondensatorwickels über weitere Kontakte 6b kontaktiert. Bei einem erhöhten Innendruck des Kondensators würden die Kontakte 6c zwischen Membran und Halteelement brechen, so dass gleichzeitig der elektrische Strom über die Abstützungsscheibe zum Kondensatorwickel abgebrochen wird. Dabei wird bevorzugt, dass die Abstützungsscheibe Löcher l aufweist, damit das Gas des Kondensatorinnenraums zur Membran vordringen kann.
Grundsätzlich muss das Halteelement nicht zwingend zwischen der Membran und dem Kondensatorwickel angeordnet sein. Das Halteelement könnte beispielsweise als Feder, Kleber, Verschweißung oder eine weitere Verbindungsmöglichkeit realisiert sein, welches den Kondensatorwickel mit der Gehäuseinnenwand verbindet damit der Kondensatorwickel sich schlecht in die Richtung der Membran bewegen kann. Das Haltemittel könnte also in der Form eines der genannten Mittel zwischen dem Kondensatorwickel und dem Gehäuseboden 3 angeordnet sein. Alternativ könnte ein die Gehäuseinnenwand und die Mantelfläche des Kondensatorwickels verbindendes Haltemittel vorgesehen werden.
In 3D ist eine Membran 2 in der Form eines fließgepressten Gehäusebodens oder -deckels 3 eines Kondensators K gezeigt, der mit einer Stirnfläche des Kondensatorwickels 4 kontaktiert ist. Die Membran ist relativ zum Kondensatorinnenraum nach innen gezogen. Sie kann als separates Bauteil in ein offenes, bodenseitiges oder deckelseitiges Ende des Kondensatorgehäuses 1 eingeführt werden.
Die Membran besteht vorzugsweise aus mehreren Teilen, welche unterschiedliche Steifigkeiten und/oder Materialien enthalten können.
Neben einem flächigen, mit dem Kondensatorwickel 4 kontaktierten ersten Teil 2a weist die Membran 2 einen geneigten zweiten Teil 2b auf, der gegenüber der Längsachse des Kondensators (0°) um einen Winkel β geneigt ist, vorzugsweise zwischen 5° und 50°. Der erste Teil 2a der Membran ist vorzugsweise mittels Verschweißung mit dem Kondensatorwickel kontaktiert. Anstelle von Verschweißungen können jedoch auch Kontaktdrähte zum Einsatz kommen. Der zweite, geneigte Teil 2b ist zwischen dem ersten Teil und einem dritten, äußersten Teil 3c der Membran vorhanden, der flächig mit der Innenseite des Kondensatorgehäuses befestigt, insbesondere verschweißt wird.
Bei einem ausreichenden Überdruck schnappt der mit dem Kondensatorwickel 4 kontaktierte, erste Teil 2a der Membran 2 nach außen weg, sodass der Kontakt zum Kondensatorwickel 4 bzw. zu den stirnseitig überhängenden Elektrodenschichten 4' unterbrochen wird. Dementsprechend kann die Membran 2 auch als Sprungboden oder als Sprungdeckel bezeichnet werden.
Das Ausschnappen der Membran wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der erste, mit dem Kondensatorwickel kontaktierte Teil 2a der Membran 2 in seinem Bestreben, sich nach außen zu bewegen, von einem scharnierartigen Ausschwenken des geneigten zweiten Teils 2b unterstützt wird. Um dies zu ermöglichen, ist der mechanische Übergang zwischen dem mit der Innenwand des Kondensatorgehäuses kontaktierten und senkrechten dritten Teil 2c der Membran und dem schwenkbaren zweiten Teil 2b als erster, dem Umriss des Kondensator entsprechend verlaufender, ringförmiger Einschnitt 2d ausgeführt. Ein geeigneter Einschnitt kann mittels Materialverdünnung an der Übergangsstelle zwischen den beiden Membranteilen geschaffen werden. Die Materialverdünnung ist in der Form eines von innen eingearbeiteten Einschnitts 2d realisiert, der vorzugsweise V-förmig ist. Ein zweiter Einschnitt an der Übergangsstelle zwischen dem ersten Teil 2a der Membran und dem geneigten zweiten Teil 2b ist in der Form eines weiteren, diesmal aber von außen eingearbeiteten Einschnitts 2d realisiert. Durch diesen Einschnitt wird ein geringfügiges Auswölben und eine nach außen führende Verschiebung des mit dem Kondensatorwickel verbundenen zweiten Teils 2a ermöglicht.
Die materialverdünnten Stellen können entsprechend des Umrisses des Kondensatorbodens als ringförmig umlaufende Einschnitte 2d ausgeführt sein. Die Auslenkungen der ersten 2a und der zweiten 2b Membranteile werden zumindest teilweise durch die Tiefe und durch die Öffnungswinkel der Einschnitte 2d beeinflusst. Hinsichtlich der Sicke, die zwischen dem dritten, mit dem Kondensatorgehäuse verbundenen Teil 2c und dem schwenkbaren, geneigten zweiten Teil 2b der Membran vorhanden ist, bestimmt der Öffnungswinkel des V-förmigen Einschnitts 2d, wie weit der schwenkbare zweite Teil 2b ausschwenken kann. Die Tiefe des Einschnitts 2d bestimmt dagegen, ab welchem Überdruck der schwenkbare zweite Teil 2b mit seiner Bewegung beginnen kann. Diese Überlegung gilt gleichermaßen für die Einschnitte 2d, die zwischen dem ersten, mit dem Kondensatorwickel kontaktierten Teil 2a und dem schwenkbaren zweiten Teil 2b vorhanden sind.
Der gegenüber dem Kondensatorwickel 4 befindliche, flächige zweite Teil 2a der Membran ist vorzugsweise flächig mit dem Kondensatorwickel verbunden. Dies kann mittels mehrerer Verschweißungen erfolgen. Der zweite Teil 2a ist vorzugsweise ausreichend starr bzw. steif ausgeführt, dass er sich bei ausreichendem Überdruck komplett vom Kondensatorwickel löst und keine mit dem Kondensatorwickel in Kontakt stehende Stellen übrig bleiben bzw. keine Folienanbindung mehr vorhanden ist. Allerdings wölbt sich der mit dem Kondensatorwickel kontaktierte Teil dennoch geringfügig aus. Eine Abstimmung zwischen der benötigten Steifigkeit einerseits und der erlaubbaren Auswölbung andererseits des zweiten Membranteils 2a hat ergeben, dass dieser mit einer Dicke von 2,5 bis 4,5 mm besonders zu bevorzugen ist. Der geneigte Teil 2b der Membran kann dagegen zwischen 0,5 bis 1,5 mm dick sein.
Die Membran weist vorzugsweise das gleiche Material auf wie das übrige Kondensatorgehäuse, insbesondere also Aluminium, sodass eine gute Wärmeableitung vom Kondensatorwickel bzw. vom Kondensatorinnenraum nach außen stattfinden kann.
Für die vollständige Trennung der Membran vom Kondensatorwickel wird bevorzugt, dass die Membran, insbesondere entlang ihrer gesamten horizontalen Fläche 2a, einen Abstand von einigen Zehntel Millimeter zur relevanten Stirnseite des Kondensatorwickels aufweist, nachdem der Sprungvorgang erfolgt ist.
Der Teil 2a der Membran, der mit den Folien des Kondensatorwickels verbunden ist, weist außerdem vorzugsweise Einbuchtungen auf, welche in entsprechende Einbuchtungen der Stirnfläche des Kondensatorwickels eingepasst werden können. Durch Schweißstellen in den Einbuchtungen kann eine besonders gute Membran-Kondensatorwickelkontaktierung erreicht werden. Die Einbuchtungen werden vorzugsweise radial lang gestreckt und rippenförmig, d. h., in der Art mehrerer vom Mittelpunkt der Membran bzw. der Stirnfläche des Kondensatorwickels ausgehenden Speichen, gestaltet.
Der Kondensatorwickel kann ferner mittels eines zwischen der Membran und dem Kondensatorwickel angeordneten Haltemittels 5, 5a im dem zu den 1 sowie 3A bis 3C beschriebenen Sinne gehalten werden, sodass der Kondensatorwickel beim Ausschnappen der Membran nicht nach außen mitgeführt wird und der erzielte Trennvorgang sicher erfolgen kann. Die Membran kann mittels Verschweißungen über das Haltemittel bis zum Kondensatorwickel durchkontaktiert sein.
In 4 ist gezeigt, wie die Kontakte 6a bei ausreichendem Innendruck P durch die Auswölbung des Membranendeckels 2 auseinander gerissen werden, sodass der elektrische Strom von bzw. zum Kondensatorwickel abgebrochen wird. Eine Unterbindung der bisherigen maximalen Bauteilgrößen bei einer Auswölbung der Membran wird mit einer Ausbildung einer Membran 2 gemäß 3 und 4 erreicht, indem die Membran im nicht ausgewölbten Zustand schalenförmig ausgebildet ist, d. h. eine in den Innenraum des Kondensators gerichtete Form aufweist und heruntergezogen ist. Bei der Auswölbung der Membran 2 liegt dann die maximale Bauteilgröße H also auf einem Niveau H = L, das die diesseitige Enden des Gehäuses 1 nicht oder nur unwesentlich überschreitet. Ein so ausgebildeter Kondensator kann also sowohl stirnseitig als auch bodenseitig befestigt werden, da die Membran im voll ausgewölbten Zustand nicht mehr über das Niveau L bzw. über einer möglichen Befestigungslinie L (mit einem weiteren Bauteil) hinausragt.
5 zeigt, wie eine Membran 2 als Gehäuseboden, und nicht als Deckel, fließgepresst oder fließgezogen als kontinuierliches Teil des Gehäuses 1 realisiert ist. Dies hat den Vorteil, dass keine Verschweißungen 12 (siehe 3) zur Verbindung der Membran mit dem Gehäuse mehr nötig sind. Mit der Ausnahme eines im wesentlichen starren Gehäusedeckels 3a ist das Gehäuse also einteilig aufgebaut. Bei dieser Konstruktion ist es günstig, wenn der Gehäusedeckel 3a, welcher vorzugsweise mit einem nach außen führenden Befestigungsmittel 8 versehen ist, auf die offene Stirnseite des Gehäuses bzw. Gehäusebechers montiert und mit dem Kondensatorwickel über die Verschweißungen 6b verbunden wird. Der Gehäusedeckel 3a ist vorzugsweise isoliert eingebördelt, d. h. mit einer Isolierung 10c versehen und im bzw. auf dem offenen Ende des Gehäuses montiert. Mittels der Isolierung 10c wird erreicht, dass das Gehäuse 1 vom Gehäusedeckel 3a elektrisch zu entkoppelt ist.
6 zeigt einen Kondensatorwickel 4, welcher auf einer Stirnseite rippenförmige Einbuchtungen 7a aufweist. Die Abbildung zeigt auch ein axial durchgeführtes Loch 11, um das die Elektroden des Kondensatorwickels bzw. der Kondensatorwickel 4 gewickelt sind. Die Einbuchtungen können allerdings wie zu 2 beschrieben im Querschnitt rechteckig ausgebildet sein oder gar eine andere Form aufweisen, welche eine günstige Kontaktierung des Kondensatorwickels 4 an einen elektrischen Leiter ermöglicht.
7 zeigt einen Kondensatorwickel 4, auf dem ein Teil eines elektrischen Anschlusses in der Form einer Scheibe 5b (siehe auch 3b) montiert ist. Anstelle einer Scheibe wäre beispielsweise auch ein Querbalken denkbar. Die Scheibe ist mit rippenförmigen Einbuchtungen 7b versehen, welche formschlüssig in die rippenförmigen Einbuchtungen 7a des in 6 gezeigten Kondensatorwickels passen. Die Scheibe 5b und der Kondensatorwickel 4 sind vorzugsweise über Verschweißungen 6b miteinander verbunden, welche in den Tiefen der rippenförmigen Einbuchtungen der Scheibe angeordnet sind und an diesen Stellen auch mit den Tiefen der rippenförmigen Einbuchtungen 7a des Kondensatorwickels mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Scheibe 5b ist ferner mit einem Imprägnierungsloch 13 versehen, durch das eine elektrolytische Lösung zur Benetzung bzw. Durchtränkung des Kondensatorwickels eingegeben werden kann. Die Scheibe ist ferner mit einem nach außen gerichteten Anschlussbolzen 8a mit einem Gewinde versehen, um eine elektrische und mechanische Kontaktierungs- bzw. Befestigungsmöglichkeit nach außen zu ermöglichen. Der Anschlussbolzen ist folglich auch elektrisch leitend und bildet somit einen weiteren Teil des genannten elektrischen Anschlusses.
In 8 sind mehrere unterschiedliche Isolierteile 10a, 10b und 10c sowie ein Halteelement 5c abgebildet. Dabei kann der Isolierring 10c zwischen dem elektrischen Anschluss (Scheibe) 5b und dem Gehäuse 1 oder zwischen der Membran 2 und dem Gehäuse angeordnet werden. Die Isolierringe 10b und 10a werden derart über den Anschlussbolzen 8a (siehe dazu 9, 10) geschoben, dass die Scheibe 5b und der Anschlussbolzen 8a jeweils vom Gehäuse 1 elektrisch getrennt sind. Damit wird erreicht, dass beispielsweise ein zweiter elektrischer und mechanischer Anschluss in der Form eines Anschlussbolzens 8b des Gehäuses 1 einen gegenüber der Scheibe 5b und dem Anschlussbolzen 8a der Scheibe 5b gegenteiligen Pol aufweist.
Das Halteelement 5c ist als Abstützungselement in der Form eines Rings mit nach Innen gerichteten Aussparungen ausgebildet, welche in einer Konfiguration nach den 3b bis 5 eine vereinfachte Kontaktierung der Membran 2 mit der der Membran zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels 4 im Bereich der Einbuchtungen 7c der Membran und des Kondensatorwickels 7a ermöglichen. Dort wo das Halteelement 5c mit den Aussparungen ausgebildet ist, ist nämlich weniger Material zwischen der Membran 2 und dem Kondensatorwickel 4 vorhanden, so dass vorteilhafterweise ein Herunterziehen der Membran, insbesondere im Bereich der Einbuchtungen, leichter realisierbar ist. Die Aussparungen dienen auch dazu, dass genügend Gas zur Membran vordringen kann. Das Halteelement 5c weist jedoch insgesamt eine ausreichende Fläche auf, um den Kondensatorwickel abzufangen bzw. gegen einer Bewegung in Richtung des Membranendeckels abzustützen. Die Abstützungsscheibe ist hier als elektrisch isolierend dargestellt.
9 zeigt die beiden Anschlussbolzen 8a und 8b, wobei das Gehäuse 1 derart über den mit der Scheibe 5b versehenen Kondensatorwickel geschoben wird, dass der Anschlussbolzen 8a durch das Loch 9 geführt wird und die Anschlussbolzen 8a und 8b auf einer Seite des Kondensators nebeneinander stehen.
10 zeigt die Anordnung der Scheibe 5b, des Gehäuses 1 und des Anschlussbolzens 8a zueinander. Eine bevorzugte Position des Isolierrings 10a wird im auf den Anschlussbolzen 8a geschobenen Zustand gezeigt. Es werden Kontakte 6b gezeigt, welche eine sichere elektrische Verbindung zu der Membran abgewandten Stirnseite des Kondensatorwickels herstellen. In diesem Bild fehlt noch der Gehäuseboden 3, welcher im montierten Zustand die Scheibe 5b und den Isolierring 10a abdecken würde. Der Gehäuseboden kann, muss aber nicht, mit einem Anschlussbolzen 8b, wie bei 9 gezeigt, versehen werden.
11 zeigt eine Seite eines fertig hergestellten Kondensators, bei dem der Anschlussbolzen 8a aus dem Gehäuseboden 3 hinausragt und der Gehäuseboden mit einem zweiten Anschlussbolzen 8b versehen ist. Der Anschlussbolzen 8a ist mit einem zweiten Isolierring 10b zur elektrischen Entkopplung vom Gehäuseboden 3 versehen. Die rechte Abbildung zeigt eine alternative, von der zentralen Achse des Kondensators abseits angeordnete Position des zweiten Anschlussbolzens 8b des Gehäuses 1. Der Gehäuseboden weist zudem ein zweites Imprägnierungsloch 13a auf, welches über dem Imprägnierungsloch der Scheibe 5b angeordnet ist. Damit kann der Kondensatorwickel auch in diesem Bauzustand des Kondensators mit einer elektrolytischen Lösung durchtränkt werden.
12 zeigt die andere Stirnseite des Kondensators mit der auswölbbaren Membran 2. Die Membran 2 weist rippenförmige Einbuchtungen 7c auf welche bis zu einer Stirnseite des Kondensatorwickels oder bis zum Halteelement heruntergezogen sind (nicht sichtbar) und welche formschlüssig in die rippenförmigen Einbuchungen 7b der Stirnseite des Kondensatorwickels oder des Halteelements passen. Die Membran 2 wird mit dem Kondensator oder mit dem Halteelement insbesondere in den Tiefen der Einbuchtungen mittels Laserschweißen und der dadurch erzeugten Verschweißungen 6a bzw. 6b verbunden. Es wird ein Isolierring 10c zwischen der Membran 2 und dem Gehäuse 1 gezeigt, so dass die Membran vom Gehäuse elektrisch entkoppelt ist.

1: Gehäuse
2: Membran
2a: erster Teil der Membran
2b: zweiter Teil der Membran
2c: dritter Teil der Membran
2d: Einschnitt in der Membran
3: Gehäuseboden
3a: alternativer Gehäuseboden als Deckel
4: Kondensatorwickel
4a: erste Elektrodenschicht
4b: zweite Elektrodenschicht
5: Haltemittel
5a: Haltemittel in der Form einer Scheibe
5b: elektrischer Anschluss in der Form einer Scheibe
5c: Haltemittel in der Form eines Rings mit Aussparungen
6: Kontakt allgemein
6*: gebrochener Kontakt
6a: Kontakt allgemein zwischen Halteelement und Kondensatorwickel
6b: Kontakt zwischen elektrischem Anschluss und Kondensatorwickel
6c: Kontakt zwischen Membran und Halteelement
7: Einbuchtung allgemein
7a: Einbuchtung einer Stirnseite eines Kondensatorwickels
7b: Einbuchtung eines elektrischen Anschlusses
7c: Einbuchtung einer Membran
8: Elektrischer und mechanischer Anschluss in der Form eines Anschlussbolzens
8': Elektrischer Anschluss
8a: elektrischer und mechanischer Anschluss in der Form eines Anschlussbolzens
8b: elektrischer und mechanischer Anschluss in der Form eines Anschlussbolzens des Gehäuses
9: Loch zur Aufnahme eines Anschlussbolzens
10: Isolierung
10a: erster Isolierring
10b: zweiter Isolierring
10c: dritter Isolierring
11: Loch des Kondensatorwickels
12: Verschweißung zwischen Membran und Gehäuse
13: Imprägnierungsloch
13a: Imprägnierungsloch des Gehäusebodens
H: Bauteilgröße
L: maximale Bauteilgröße
K: Kondensator
P: Innendruck des Kondensators
l: Loch eines Halteelements

Claims

Kondensator (K), umfassend: – ein Gehäuse (1) mit einer Membran (2), – mindestens einen Kondensatorwickel (4), welcher im Gehäuse angeordnet ist und mittels mindestens einem elektrisch leitenden Kontakt (6, 6a) mit der Membran elektrisch leitend verbunden ist, wobei in einem nach Außen gewölbten Zustand der Membran der Kontakt zum Kondensatorwickel unterbrochen ist.
Kondensator nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine elektrisch leitende Kontakt (6, 6a) eine Verschweißung ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem ein erster Teil (2a) der Membran (2) gegenüber einem zweiten Teil (2b) der Membran (2) schwenkbar ist und wobei ein Teil (2a, 2b) der Membran bei einem Überdruck nach außen schwenkt.
Kondensator nach Anspruch 3, bei dem der erste Teil (2a) derart starr ausgebildet ist, dass er sich bei einem Überdruck des Kondensators vollständig vom Kondensatorwickel (4) löst.
Kondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem die Membran (2) einen dritten Teil (2c) aufweist, der mit der Innenwand des Gehäuses (1) verbunden ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, der in der Membran (2) wenigstens einen ringförmigen Einschnitt (2d) aufweist, um den der erste (2a) und zweite (2b) Teil der Membran (2) bei einem Überdruck schwenken.
Kondensator nach Anspruch 3 mit mindestens einem Haltemittel (5, 5a, 5b), welches einer Bewegung des Kondensatorwickels (4) in Richtung der Membran (2) entgegenwirkt.
Kondensator nach Anspruch 7, bei dem das Haltemittel (5, 5a) mindestens ein Loch aufweist, durch die der elektrisch leitende Kontakt (6, 6a) durchführbar ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem der Kondensatorwickel über das Haltemittel (5, 5a) mit der Membran (2) elektrisch mittels elektrisch leitender Kontakte (6, 6a) kontaktiert ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Haltemittel (5, 5a, 5b) ein Abstützungselement (5a) ist, welches zwischen dem Kondensatorwickel (4) und der Membran (2) angeordnet und mit der Innenwand des Gehäuses (1) verbunden ist.
Kondensator nach Anspruch 10, bei dem das Abstützungselement (5, 5a) eine Abstützungsscheibe (5a) ist, welche flächig mit der der Membran (2) zugewandten Stirnseite des Kondensatorwickels (4) verbunden ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem das Haltemittel (5, 5a) eine Verjüngung der Innenwand des Gehäuses (1) ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem das Haltemittel (5, 5a) elektrisch isolierend ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem mindestens eine Stirnseite des Kondensatorwickels (4) mit mindestens einer Einbuchtung (7a) versehen ist.
Kondensator nach Anspruch 14, bei dem die Einbuchtung (7a) radial langgestreckt ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem die Einbuchtung (7a) abgerundet ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Membran (2) mit mindestens einer Einbuchtung (7c) versehen ist, welche formschlüssig in die Einbuchtung (7a) der Stirnseite des Kondensatorwickels (4) passt.
Kondensator nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das Haltemittel (5, 5a) mit mindestens einer Einbuchtung (7b) versehen ist, welche formschlüssig in die Einbuchtung (7a) der Stirnseite des Kondensatorwickels (4) passt.
Kondensator nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die Membran (2) über das Haltemittel (5, 5a) bis zum Kondensatorwickel (4) durchkontaktiert ist.
Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Membran (2) abgewandte Stirnseite des Kondensatorwickels mit einem nach außen führenden, elektrisch leitenden Anschluss (1, 8, 8', 8a, 8b) kontaktiert ist.
Kondensator nach Anspruch 20, bei dem der Anschluss (1, 8, 8', 8a, 8b) eine Scheibe (5b) ist, welche formschlüssig mit der Stirnseite des Kondensatorwickels (4) verbunden ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 20 oder 21, bei dem das Gehäuse (1) einen Teil des elektrisch leitenden Anschlusses (1, 8, 8', 8a, 8b) bildet.
Kondensator nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der elektrisch leitende Anschluss (1, 8, 8', 8a, 8b) mit einem nach Außen führenden Anschlussbolzen (8, 8a, 8b) versehen ist.
Kondensator nach Anspruch 23, bei dem der Anschlussbolzen (8, 8a, 8b) als Befestigungsmittel realisiert ist.
Kondensator nach Anspruch 3, bei dem der erste Teil (2a) der Membran (2) mit einer Stirnfläche des Kondensatorwickels (4) flächig verbunden ist.
Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Membran (2) als Gehäusedeckel realisiert ist.
Kondensator nach Anspruch 26, bei dem die Membran (2) mittels eines Isolierrings (10c) gegenüber dem übrigen Teil des Gehäuses (1) elektrisch entkoppelt ist.
Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Membran (2) als Gehäuseboden (3) realisiert ist.