DE102005050726B4

DE102005050726B4 - Kondensator

Info

Publication number: DE102005050726B4
Application number: DE200510050726
Authority: DE
Inventors: Eckart Hoene
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: DE102005050726A1

Abstract

Kondensator als Bauteil für Filter gegen elektromagnetische Störungen mit mindestens zwei Elektroden (2, 3) und einem Dielektrikum, wobei die Elektroden (2, 3) mit nach außen geführten Anschlüssen (19, 20; 23, 24) versehen sind und wobei die Elektroden (2, 3) und Anschlüsse (19, 20; 23, 24) in der Weise angeordnet sind, dass die von dem in Elektroden (2, 3) und Dielektrikum fließenden Strom erzeugten externen Magnetfelder durch einen Strom kompensiert werden, dessen räumliches Mittel dem des Stroms in dem Dielektrikum und den Elektroden (2, 3) in umgekehrter Fließrichtung entspricht, indem die Elektroden mit dem Dielektrikum als Wickelpaket oder Schichtpaket ausgeführt sind und an entgegengesetzten Stirnseiten durch Kontaktflächen kontaktiert sind, wobei die eine stirnseitige Kontaktfläche (14; 4) mit einem mittigen Anschluss (20; 24) verbunden ist und alle mit den Kontaktflächen (13, 14; 4, 5) verbundenen Anschlüsse (19, 20; 23, 24) nach einer einzigen Stirnseite herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die andere stirnseitige...

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator als Bauteil für Filter gegen elektromagnetische Störungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Elektronische Geräte erzeugten beim Betrieb elektromagnetische Störungen, die andere Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigen können. Diese Störungen sind meistens hochfrequente Ströme oder Spannungen, die sich von der Quelle zum gestörten Objekt über Leitungen, Feld- oder Strahlungskopplung ausbreiten. Um dies zu verhindern, werden in vielen Anwendungsfällen Filter vorgesehen, die eine Ausbreitung von Störungen über Leitungen dämpfen und gleichzeitig gewünschte Signale oder elektrische Energie passieren lassen. Filter für die Netzspannung haben beispielsweise die Aufgabe die elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz einem Verbraucher zukommen zu lassen, gleichzeitig aber Störungen, die der Verbraucher erzeugt, vom Netz fernzuhalten. Die Bauteile, mit denen solche Filter hergestellt werden, sind Kondensator, Drosseln und Widerstände. Diese werden in geeigneter Weise kombiniert, um ausreichend hohe Dämpfung von Störungen bei den geringsten möglichen Kosten und Volumen zu erreichen. Insbesondere bei volumenkritischen Geräten werden die einzelnen Filterbauteile in unmittelbarer Nähe zueinander und zu anderen Komponenten platziert. Dabei kommt es verstärkt zu elektromagnetischen Interaktionen zwischen den Bauteilen, die die Wirksamkeit der Filter reduzieren können.
Da eine Methodik zur Berücksichtigung von elektromagnetischen Interaktionen zwischen Bauteilen noch nicht allgemein verbreitet ist, werden Filter und andere Bauteile durch Versuche optimiert, ohne die genauen Wirkungsmechanismen und Zusammenhänge zu kennen. Da dafür jedes Mal Versuche mit neu zu erschaffenden Prototypen notwendig sind, entsteht ein nennenswerter Kosten- und Zeitaufwand und die Ergebnisse sind häufig noch verbesserungsfähig. Um den Engpass der Methodik zu umgehen, wäre es wünschenswert, wenn Bauteile zur Verfügung stünden, die weniger empfindlich auf äußere Felder reagieren und selbst möglichst geringe elektromagnetische Felder erzeugen. Die derzeit kommerziell erhältlichen Bauteile erfüllen im Allgemeinen nicht diese Anforderung.
In 1a und 1b ist ein Folienkondensator in Schichttechnologie dargestellt, der exemplarisch eine typische Bauform von Kondensatoren zeigt. Der Kondensator 1 weist jeweils sich gegenüberstehende Elektroden 2, 3 auf, die paarweise in Schichttechnologie aufeinander folgend angeordnet sind. Die Elektroden 2 sind durch eine erste Kontaktfläche 4 verbunden und die Elektroden 3 durch eine zweite Kontaktfläche 5.
Diese Kontaktflächen 4, 5 sind wiederum mit ersten und zweiten Anschlüssen 6, 7 versehen. In 2 ist eine Anordnung zu erkennen, bei der der Kondensator 1 auf einer Leiterplatte 8 mit Leiterbahnen 9 platziert ist, wobei die Anschlüsse 6, 7 jeweils mit einer Leiterbahn 9 verlötet sind.
Bei einer solchen Bauform entsteht ein externes magnetisches Feld, da der Strom durch diesen Aufbau immer eine Schleife aufspannt, die als Antenne wirkt. In 2b) ist mit Hilfe eines Pfeils 10 der Strompfad dargestellt, der das räumliche Mittel des sich über alle Elektroden 2, 3 verteilenden Stroms nachbildet. Die von diesem Strompfad 10 aufgespannte Fläche 11 (schraffierter Bereich) stellt die für die Entstehung der Magnetfelder wirksame Antennenfläche dar. Wird diese minimiert oder eliminiert, entsteht ein Bauteil mit den gewünschten Eigenschaften.
Ein Kondensator, der ein sehr geringes externes Magnetfeld verursacht, ist in der Druckschrift DE 36 09 040 A1 gezeigt. Bei diesem Kondensator ist eine Elektrode durch einen den Kondensator umgebenden Becher kontaktiert, was zu einer nachteilig aufwendigen Bauweise führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen anderen Kondensator als Bauteil für Filter gegen elektromagnetische Störungen zu schaffen, der besonders geringe externe magnetische Felder erzeugt und damit auch besonders unempfindlich gegen Felder von außen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Dadurch, dass die Elektroden und die Elektrodenanschlüsse des erfindungsgemäßen Kondensators in der Weise angeordnet sind, dass Strompfade erzeugt werden, durch die externe elektromagnetische Felder sich im Wesentlichen kompensieren, wird ein Bauteil zur Verfügung gestellt, das außerhalb des Bauteils keine magnetischen Felder generiert und das unempfindlich für magnetische Felder anderer Bauteile ist, wodurch mit diesem Bauteil Filter mit höherer Wirksamkeit gebaut werden können. Es können Filter mit einem geringeren Bauvolumen im Vergleich zum Stand der Technik hergestellt werden, wobei zusätzlich sich die notwendige Entwicklungszeit verkürzt, da magnetische Kopplungseffekte nicht mehr auftreten und dadurch weniger Designiterationen auftreten.
Durch die im abhängigen Anspruch angegebene Maßnahme sind also vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Elektroden als Wickelpaket oder Schichtpaket ausgeführt sind und an entgegengesetzten Stirnflächen jeweils durch Kontaktschichten oder -flächen elektrisch verbunden sind, wobei die mit den Anschluss- oder Kontaktflächen verbundenen Anschlüsse symmetrisch zueinander nach einer Stirnseite herausgeführt sind. Durch diese Anordnung entstehen jeweils räumlich gemittelte Strompfade im Kondensator, die externe elektromagnetische Felder erzeugen, die einander kompensieren.
In vorteilhafter Weise wird dazu der Anschluss der einen Kontaktfläche durch außen liegende Rückleiter am Wickel- oder Schichtpaket vorbeigeführt und sym metrisch zu einem mittigen Anschluss der anderen Kontaktfläche angeordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Bauform eines Folienkondensators in Schichttechnologie nach dem Stand der Technik,
2a, 2b einen auf eine Leiterplatte platzierten Kondensator mit räumlich gemittelten Strompfad und durch den Strompfad aufgespannter magnetisch wirksamen Schleifenfläche bei einem Kondensator nach dem Stand der Technik,
3a, 3b einen Wickelkondensator nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht und im axialen Schnitt,
4a, 4b einen Schichtkondensator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht und im Schnitte.
In 3a und 3b ist ein Wickelkondensator dargestellt, der ein Wickelpaket aus metallisierten Kunststofffolien aufweist, wobei die Metallschichten die Elektroden 2, 3 bilden. In diesem Fall sind für den Anschluss der Elektrode 2 außen liegende, symmetrische Rückleiter 19 vorgesehen, die mit einer oberen Kontaktfläche 13 verbunden sind. Die Rückleiter 19 sind im Wesentlichen U-förmig angeordnet, und ein zweiter Anschluss 20 liegt mittig zwischen den zwei Rückleitern 19 und ist mit einer unteren Kontaktschicht 14 entsprechend verbunden.
In 4a und 4b ist ein Schichtkondensator 22 dargestellt, der beispielsweise demjenigen nach dem Stand der Technik entsprechend 1 ähnelt. Er weist Kontaktflächen 4, 5 an den beiden Stirnseiten auf, die jeweils mit den Elektroden 2, 3 verbunden sind. Entsprechend 3a und 3b ist die obere Kontaktfläche 5 mit einem U-förmigen Anschluss 23 verbunden, der an den zwei Seitenflächen in Richtung der unteren Stirnfläche in isolierter Weise geführt ist und über die untere Stirnfläche herausragt. Die untere Kontaktfläche 4 weist wiederum einen mittigen Anschluss 24 auf, wobei die Enden der Rückleiter 23 symmetrisch zu dem mittigen Anschluss 24 liegen.
Wichtig ist, dass alle Anordnungen die Bedingung erfüllen, dass die von dem in Elektroden 2, 3 und Dielektrikum fließenden Strom erzeugten externen Magnetfelder durch einen Strom kompensiert werden, dessen räumliches Mittel dem des Stroms im Dielektrikum und den Elektroden 2, 3 in umgekehrter Fließrichtung entspricht, was durch die im Anspruch genannten Merkmale erreicht wird.

Claims

Kondensator als Bauteil für Filter gegen elektromagnetische Störungen mit mindestens zwei Elektroden (2, 3) und einem Dielektrikum, wobei die Elektroden (2, 3) mit nach außen geführten Anschlüssen (19, 20; 23, 24) versehen sind und wobei die Elektroden (2, 3) und Anschlüsse (19, 20; 23, 24) in der Weise angeordnet sind, dass die von dem in Elektroden (2, 3) und Dielektrikum fließenden Strom erzeugten externen Magnetfelder durch einen Strom kompensiert werden, dessen räumliches Mittel dem des Stroms in dem Dielektrikum und den Elektroden (2, 3) in umgekehrter Fließrichtung entspricht, indem die Elektroden mit dem Dielektrikum als Wickelpaket oder Schichtpaket ausgeführt sind und an entgegengesetzten Stirnseiten durch Kontaktflächen kontaktiert sind, wobei die eine stirnseitige Kontaktfläche (14; 4) mit einem mittigen Anschluss (20; 24) verbunden ist und alle mit den Kontaktflächen (13, 14; 4, 5) verbundenen Anschlüsse (19, 20; 23, 24) nach einer einzigen Stirnseite herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die andere stirnseitige Kontaktfläche (13; 5) mit mindestens zwei symmetrisch zum mittigen Anschluss (20; 24) liegenden Anschlüssen (19; 23) verbunden ist, wobei die mit der anderen stirnseitigen Kontaktfläche (13; 5) verbundenen Anschlüsse (19; 23) einander gegenüberliegend außen am Wickelpaket oder Schichtpaket entlang geführt sind.
Filter gegen elektromagnetische Störungen mit einem Kondensator nach Anspruch 1.