DE102006012190A1 - Kondensator mit einem Symmetriermodul - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kondensator mit einem Gehäusebecher (1) und einem Deckel (2) angegeben, an dem ein Symmetriemodul (3) angeordnet ist, wobei ein erster elektrischer Anschluss (31) des Symmetriemoduls am Deckel, ein zweiter elektrischer Anschluss (32) des Symmetriemoduls am Gehäusebecher (1) befestigt ist.

Description

• Kondensatoren mit einem parallel geschalteten Symmetrierwiderstand sind z. B. aus der Druckschrift DE 10337041 A1 bekannt. Kondensatoren mit einer Symmetrierschaltung, die aktive Schaltungselemente umfasst, sind z. B. aus der Druckschrift DE 10007417 A1 bekannt.
• Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Kondensator mit einem vorteilhaft angeordneten Symmetriermodul anzugeben.
• Es wird ein Kondensator mit einem Gehäusebecher und einem Deckel angegeben, an dem ein Symmetriermodul angeordnet ist, wobei ein erster elektrischer Anschluss des Symmetriermoduls am Deckel ein zweiter elektrischer Anschluss des Symmetriermoduls am Gehäusebecher befestigt ist.
• Das Symmetriermodul ist zum Schutz des Kondensators vor Überspannungen vorgesehen.
• Die Anordnung, die den Kondensator und das auf seinem Deckel angeordnete Symmetriermodul umfasst, zeichnet sich durch eine besonders kompakte Ausführung aus.
• Der angegebene Kondensator kann in einem Kondensatormodul eingesetzt werden, das mehrere solche Kondensatoren umfasst, die auf einem gemeinsamen Träger befestigt und in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnet sind. Die Kondensatoren sind vorzugsweise in Reihe geschaltet, wobei jeder Kondensator mit einem eigenen, parallel zu ihm geschalteten Sym metriermodul versehen ist. Die Kondensatoren können auch parallel zueinander verschaltet sein.
• Zwei Kondensatoren sind miteinander vorzugsweise mittels eines elektrischen Verbindungselements elektrisch verbunden. Das Verbindungselement ist vorzugsweise streifenförmig und kann z. B. aus einem Al-Blech gefertigt sein. Das Verbindungselement ist vorzugsweise direkt mit einem elektrischen Anschluss des jeweiligen Kondensators verschweißt.
• Der Deckel weist vorzugsweise Vorsprünge auf, die zur Verbindung mit einem elektrischen Verbindungselement vorgesehen sind. Die Vorsprünge bilden vorzugsweise eine Kavität mit durch die Vorsprünge gebildeten zylindrischen Wänden. Die Kavität ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sie zur Anordnung des Symmetriermoduls in ihrem Inneren geeignet ist. Die Höhe der Vorsprünge ist vorzugsweise derart gewählt, dass das Symmetriermodul nicht über die Vorsprünge hinaus ragt und vollständig in der Kavität versenkt ist. In den Wänden der Kavität, d. h. zwischen zwei Vorsprüngen, ist vorzugsweise ein erster Luftspalt vorhanden, der unter anderem zur Durchführung des zweiten Anschlussleiters geeignet ist.
• Der Gehäusebecher weist vorzugsweise einen erhöhten Bördelrand auf. Der zweite Anschlussleiter des Symmetriermoduls ist vorzugsweise am erhöhten Bördelrand des Gehäusebechers befestigt. Der erste Anschlussleiter kann mit dem Boden der Kavität oder der Montagefläche verbunden sein.
• Der erste Anschlussleiter kann in einer vorteilhaften Variante mit einem außerhalb der Kavität liegenden Bereich des Deckels verbunden sein. In den Wänden der Kavität, d. h. zwischen zwei Vorsprüngen, kann dafür ein zweiter Luftspalt vor handen sein, der zur Durchführung des ersten Anschlussleiters geeignet ist.
• Der Deckel weist außerdem vorzugsweise eine durch diese Vorsprünge umrandete Montagefläche auf, die am Boden der Kavität angeordnet ist. Auf der Montagefläche ist das Symmetriermodul angeordnet.
• Die Anschlussleiter des Symmetriermoduls stellen vorzugsweise jeweils einen Draht dar, der elementares Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält. Der Draht kann in einer Variante einen Kupfermantel enthalten, wobei der durch den Kupfermantel umschlossene Drahtkern kein Kupfer enthält. Der Draht ist zumindest in seinen Anschlussbereichen vorzugsweise verzinnt.
• Die Kontaktierung des Symmetriermoduls über eine Schweißverbindung zwischen den kupferhaltigen Anschlussleitern und dem Al-haltigen Deckel sowie die Kontaktierung dieses Symmetriermoduls über eine Schweißverbindung zwischen den kupferhaltigen Anschlussleitern und dem Al-haltigen Gehäuse wird als eine besonders hervorzuhebende Ausführung betrachtet.
• Die Anschlussleiter des Symmetriermoduls können jeweils durch eine elektrisch isolierende Isolierschicht, z. B. eine Lackschicht, bedeckt sein. Dies ist insbesondere sinnvoll für den mit dem Gehäusebecher verbundenen zweiten Anschlussleiter, der in der Regel länger ist als der mit dem Deckel verbundene erste Anschlussleiter.
• Der Draht weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Der Draht kann aber im Prinzip einen beliebigen Querschnitt haben. Die Anschlussleiter können aber auch jeweils streifenförmig ausgebildet sein.
• Das Symmetriermodul umfasst vorzugsweise ein Symmetriernetzwerk. Das Symmetriernetzwerk des Symmetriermoduls kann ein passives Schaltungselement wie z. B. einen vorzugsweise bedrahteten Widerstand umfassen. Das Symmetriernetzwerk kann aber auch mindestens ein aktives Schaltungselement, vorzugsweise ein Halbleiterelement wie z. B. einen Transistor oder einen Schwellwertschalter (auch Komparator genannt), umfassen.
• Bei einer aktiven Symmetrierung wird jedem Kondensator ein steuerbarer Widerstand parallel geschaltet. Sobald die Spannung am Kondensator einen vorgegebenen Wert – Schwellspannung – überschreitet, wird der Widerstand zugeschaltet und der Kondensator somit bis auf die Schwellspannung entladen. Bei Verwendung in einem Kondensatormodul hat eine Symmetrierschaltung mit aktiven elektrischen Elementen gegenüber einem einfachen Symmetrierwiderstand den Vorteil, da damit eine niedrige Regelzeitkonstante und niedrige Ruheverluste erzielt werden können.
• Das Symmetriermodul umfasst in einer bevorzugten Variante eine Trägerplatte, auf der das Symmetriernetzwerk angeordnet ist. Die Trägerplatte weist vorzugsweise auf ihrer vom Deckel abgewandten Seite Anschlussflächen auf, an die jeweils einer der Anschlussleiter angeschlossen ist.
• Die Verbindung der Anschlussleiter mit dem Deckel, dem Gehäusebecher und den Anschlussflächen des Symmetriermoduls erfolgt vorzugsweise durch Löten. Schweißen, u. U. vermittels Laserschweißung, kommt insbesondere bei der Verbindung der Leiter mit dem Deckel und dem Gehäusebecher auch in Betracht.
• Der Gehäusebecher kann aus einem Material gefertigt sein, das einen hohen Anteil von ca. 99,5% Aluminium enthält.
• Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Draufsicht auf einen Kondensator mit einem auf dem Deckel des Kondensators montierten Symmetriermodul;
• 2 ausschnittsweise im Querschnitt den Kondensator gemäß der 1.
• 1 und 2 zeigen verschiede Ansichten eines Kondensators C1, der einen Gehäusebecher 1 und einen Deckel 2 aufweist. Der Kondensator C1 kann z. B. ein Doppelschichtkondensator oder ein Elektrolytkondensator sein, der einen Kondensatorwickel mit zwei ineinander gewickelten Elektrodenschichten aufweist, welche durch eine Trennschicht elektrisch voneinander isoliert sind. Die in den Figuren nicht gezeigten Elektrodenschichten sind an einen ersten und zweiten Kondensatoranschluss angeschlossen. Der Deckel 2 ist vorzugsweise als erster Kondensatoranschluss geeignet. Der Gehäusebecher 1, insbesondere der Boden des Gehäusebechers, kann als zweiter Kondensatoranschluss dienen. Der Deckel 2 ist vorzugsweise mit der ersten Elektrodenschicht und der Gehäusebecher 1 mit der zweiten Elektrodenschicht elektrisch verbunden. Der Deckel 2 weist Kontaktbereiche 22 zur Kontaktierung der ersten Elektrodenschicht des Kondensatorwickels auf. Die Kontaktierung ist z. B. mittels einer Laserschweißung oder durch einen schweißfreien mechanischen Kontakt möglich.
• Der Deckel 2 ist in der gezeigten Variante vom erhöhten Bördelrand 11 des Gehäuses 1 vermittels eines Dichtungsrings 12 und von der Seitenfläche des Gehäuses vermittels eines Isolierrings 13 elektrisch isoliert. Der Dichtungsring ist vorzugsweise aus Gummi oder einem anderen elastisch verfombaren Material. Der Isolierring kann auch aus einem solchen Material gebildet sein.
• Der Deckel 2 weist zwei Vorsprünge 21 auf, die Seitenwände einer zylindrischen Kavität bilden. Diese Kavität nimmt ein Symmetriermodul 3 auf. Die Vorsprünge 21 können je nach Ausführung z. B. durch Schweißung fest mit dem Deckel 2 verbunden oder mit dem Deckel 2 einstückig ausgebildet sein.
• Die Vorsprünge 21 stellen jeweils ein Segment der Mantelfläche eines Zylinders dar. Der Boden der Kavität weist eine Montagefläche zur Montage des Symmetriermoduls 3 auf. Die Trägerplatte des Symmetriermoduls 3 kann mit der Oberfläche des Deckels 2 z. B. verklebt sein.
• Das Symmetriermodul 3 umfasst eine Trägerplatte 35, auf der ein Symmetriernetzwerk 34 angeordnet ist. Die Trägerplatte 35 ist vorzugsweise als eine Leiterplatte konzipiert, die zur elektrischen Verbindung geeignete Leiterbahnen aufweist. Das Symmetriernetzwerk 34 kann in einer Variante als ein SMD-Chip ausgebildet sein. SMD steht für Surface Mounted Device. Dieser Chip kann mit der Trägerplatte 35 verklebt sein. Das Symmetriernetzwerk 34 kann in einer weiteren Variante diskrete, u. a. SMD-fähige Schaltungselemente – wie z. B. R, L, C und mindestens einen Halbleiterchip – umfassen, die jeweils auf der Trägerplatte 35 montiert und mittels der auf der Trägerplatte vorgesehenen Leiterbahnen leitend miteinander verbunden sind.
• Das Symmetriermodul 3 ist mittels eines ersten Anschlussleiters 31 mit dem ersten elektrischen Anschluss des Kondensators, d. h. dem Deckel 2 elektrisch verbunden. Das Symmetriermodul 3 ist mittels eines zweiten Anschlussleiters 32 mit dem zweiten elektrischen Anschluss des Kondensators, d. h. dem Gehäusebecher 1, elektrisch verbunden. Die Anschlussleiter 31, 32 sind direkt mit dem Deckel und dem Gehäusebecher verbunden.
• Auf der Oberseite der Trägerplatte 35 sind Anschlussflächen 41, 42 angeordnet, die an das Symmetriernetzwerk 34 angeschlossen sind. Ein erstes Ende des ersten Anschlussleiters 31 ist mit der ersten Anschlussfläche 41 und ein erstes Ende des zweiten Anschlussleiters 32 mit der zweiten Anschlussfläche 42 verbunden. Ein zweites Ende des ersten Anschlussleiters 31 ist mit einem am Boden der Kavität angeordneten Bereich des Deckels 2 z. B. durch Löten fest verbunden. Ein zweites Ende des zweiten Anschlussleiters 32 mit dem erhöhten Bördelrand 11 des Gehäusebechers 1 z. B. durch Löten fest verbunden.
• Die Höhe der Seitenwände der Kavität ist so dimensioniert, dass das Symmetriermodul 3 vollständig in der Kavität versenkt ist. Der Innendurchmesser der Kavität ist größer als die maximale Querschnittsgröße, z. B. die Diagonale des Symmetriermoduls 3, gewählt.
• Die Vorsprünge 21 können jeweils mit einem in den Figuren nicht gezeigten Verbindungselement, z. B. einer Stromschiene, verschweißt sein. Das Verbindungselement ist zur elektrischen Verbindung von zwei vorzugsweise gleichartigen Kondensatoren gemäß den 1, 2 vorgesehen. Die Schweißung kann an der Stirnseite und/oder der Mantelfläche der Vorsprünge erfolgen.
• Die mechanische Fixierung des Symmetriermoduls 3 am Deckel des Kondensators und insbesondere in der dafür vorgesehenen Kavität ist vorteilhaft im Hinblick auf die Kompaktheit der Anordnung.
• Im Falle einer passiven Symmetrierung ist es möglich, anstelle des gezeigten Symmetriermoduls mit der Trägerplatte 35, an die die Anschlussleiter 31, 32 angeschweißt sind, einfach einen bedrahteten Symmetrierwiderstand zu verwenden. Der Widerstand ist dann mit dem Symmetriermodul 3 gleichzusetzen, wobei seine Anschlussdrähte mit den Anschlussleitern 31, 32 gleichzusetzen sind.
• Der Deckel 2 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das elementares Aluminium enthält. Der Deckel 2 kann z. B. aus einem Al-Blech gefertigt sein.
• Die konkrete Ausführung der Anordnung, die den Kondensator und das Symmetriermodul umfasst, ist auf das in den 1, 2 gezeigte Beispiel nicht beschränkt. Die Anzahl der Vorsprünge 21 und der Kontaktbereiche 22 zur Kontaktierung des Kondensatorwickels kann beliebig sein.
• Anstelle einer Laserschweißung ist im Prinzip ein so genanntes Widerstandsschweißen möglich.

C1

Kondensator

1

Gehäusebecher

11

Bördelrand des Gehäusebechers 1

12

Dichtung

13

Isolierring

2

Deckel

21

Vorsprünge des Deckels 2 zur Verbindung mit einem Verbindungselement

22

Kontaktbereiche zur Kontaktierung eines Kondensatorwickels

3

Symmetriermodul

31

erster Anschlussleiter des Symmetriermoduls

32

zweiter Anschlussleiter des Symmetriermoduls

33

Trägerplatte

34

Symmetriernetzwerk

41, 42

Anschlussflächen des Symmetriermoduls

Claims (6)

1. Kondensator – mit einem Gehäusebecher (1) und einem Deckel (2), – wobei am Deckel (2) ein Symmetriermodul (3) angeordnet ist, – wobei ein erster Anschlussleiter (31) des Symmetriermoduls am Deckel befestigt ist, und – wobei ein zweiter Anschlussleiter (32) des Symmetriermoduls am Gehäusebecher (1) befestigt ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, – wobei der Deckel (2) Vorsprünge (21) und eine durch diese Vorsprünge (21) umrandete Montagefläche aufweist, – wobei die Vorsprünge (21) zur Verbindung mit einem elektrischen Verbindungselement vorgesehen sind, – wobei das Symmetriermodul (3) auf der Montagefläche angeordnet ist.
3. Kondensator nach Anspruch 2, – wobei die Höhe der Vorsprünge (21) derart gewählt ist, dass das Symmetriermodul (3) nicht über die Vorsprünge (21) hinaus ragt, – wobei zwischen zwei Vorsprüngen (21) ein Luftspalt vorhanden ist, der zur Durchführung des zweiten Anschlussleiters (31) vorgesehen ist.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – wobei der erste und zweite Anschlussleiter (31, 32) ein Draht ist, der Kupfer enthält.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – wobei der zweite Anschlussleiter (32) des Symmetriermoduls am erhöhten Bördelrand des Gehäusebechers (1) befestigt ist.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – wobei das Symmetriermodul (3) eine Trägerplatte (35) und ein auf der Trägerplatte (35) angeordnetes Symmetriernetzwerk umfasst, – wobei die Trägerplatte (35) auf ihrer vom Deckel (2) abgewandten Seite Anschlussflächen (41, 42) aufweist, an die der erste und zweite Anschlussleiter (31, 32) angeschlossen ist.