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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Schwingungsreduktion
insbesondere in Fahrzeuggeneratoren.
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Zur
Reduktion von ungewollten Schwingungen eines Ausgangssignals eines
Generators, welcher beispielsweise zur Energieversorgung in einem Fahrzeug
eingesetzt wird, können Dämpfungselemente, so
genannte Snubber-Elemente, eingesetzt werden, welche üblicherweise
auch zur Reduktion von Schaltspitzen in Schaltnetzteilen verwendet
werden. Derartige Dämpfungselemente bestehen üblicherweise
aus einer Reihenschaltung mit einem Kondensator C und einem Widerstand
R und lassen auf der Basis eines Folienkondensators realisieren,
wie es in 1 gezeigt ist. Dabei verdeutlicht 1a eine
Realisierung eines Folienkondensators 101 unter Verwendung
von zwei überlappenden Folien 103 und 105.
Derartige Folienkondensatoren bestehen aus elektrisch leitenden
Folien, zwischen welchen eine dünne und elektrisch isolierende
Schicht gewickelt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass z.
B. eine leitende Schicht auf eine folienartige Isolierschicht dünn
aufgebracht wird und zwei derartige doppelschichtige Folien übereinander
gelegt und aufgewickelt werden.
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Ausgehend
von der in 1a dargestellten Realisierung
kann das 1b dargestellte Dämpfungselement
bestehend aus einer Reihenschaltung mit einer Kapazität 107 und
einem Widerstand 109 durch perforiert geschlitzte Folien 111 und 113,
welche jeweils mit einem Schlitz 115 und 117 versehen sind,
realisiert werden. Die Schlitze 115 und 117 bewirken
jeweils eine Unterbrechung eines Strompfades, welcher sich zwischen
den Anschlüssen 119 ausbildet, wodurch eine Widerstandscharakteristik erzeugt
wird. Sowohl der in 1a dargestellte Kondensator
als auch das in 1b dargestellte Snubber-Element
können wie in 1c dargestellt gewickelt werden,
wodurch geringe Bauformen erreicht werden können.
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Nachteilig
an den bekannten Snubber-Elementen, welche auf der Basis eines Folienkondensators
aufgebaut sind, ist jedoch, dass sie ausschließlich eine
aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehende Reihenschaltung
realisieren. Häufig ist es jedoch vorteilhaft, parallel
zu dieser Reihenschaltung eine Entstörkapazität
vorzusehen, wie es in der
DE
102 43 982 A1 offenbart ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Impedanzcharakteristik,
welche durch eine Reihenimpedanzschaltung einer Reihenkapazität
mit einem Reihenwiderstand sowie eine parallel zu der Reihenimpedanzschaltung
angeordneten Kapazität auf der Basis eines Folienkondensators
realisiert werden kann. Dabei kann ausgehend von den bekannten Snubber-Elementen
durch eine Verschiebung der beispielsweise in 1b dargestellten Schlitze
erreicht werden, dass sich zwischen Anschlüssen einer resultierenden
Impedanzanordnung ein schlitz- bzw. unterbrechungsfreier Strompfad ausbilden
kann, welcher für die parallele Kapazität aufgrund
der ansonsten zumindest teilweise überlappenden Folien
maßgeblich ist. Auf diese Weise kann auf eine weitere,
diskrete Kapazität verzichtet werden, was mit einer Reduktion
der Kosten und des Platzbedarfes verbunden ist.
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die Erfindung eine Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion mit
einer ersten leitfähigen Folie und einer zweiten leitfähigen
Folie, welche zumindest teilweise überlappend zu der ersten
leitfähigen Folie angeordnet ist. In zumindest einer der
Folien ist zumindest ein Schlitz zur Erzeugung einer Impedanzcharakteristik
der Impedanzanordnung ausgebildet, welche durch eine Parallelschaltung
einer Reihenimpedanzschaltung mit einer Kapazität bestimmt
ist. Hierzu ist insbesondere ein einziger Schlitz ausreichend, welcher
derart angeordnet ist, dass ein schlitzfreier Überlappungsbereich
ent steht, der einen schlitz- bzw. unterbrechungsfreien Stromfluss
durch die Impedanzanordnung ermöglicht. Zur genaueren Einstellung
der Impedanzcharakteristik können jedoch mehrere Schlitze
in einer der Folien oder in beiden Folien vorgesehen sein, welche
derart angeordnet sind, dass ein Überlappungsbereich mit
der vorstehend genannten Eigenschaft entsteht.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist der zumindest eine Schlitz perforiert,
so dass vorteilhaft durch eine Anzahl der den Schlitz formenden
Durchbrechungen in zumindest einer der Folien ein Widerstandswert
genau eingestellt werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist mit der ersten leitfähigen
Folie ein erster Anschluss der Impedanzanordnung verbunden. Ein zweiter
Anschluss der Impedanzanordnung ist hingegen mit der zweiten leitfähigen
Folie verbunden. Dabei überlappen die erste leitfähige
Folie und die zweite leitfähige Folie derart, dass zwischen
dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ein schlitz- bzw.
ein unterbrechungsfreier Strompfad sich ausbilden kann. Die Widerstandscharakteristik
der Reihenimpedanzschaltung wird hingegen beispielsweise durch einen
Strompfad durch den zumindest einen Schlitz festgelegt. Somit werden
in vorteilhafter Weise gleichzeitig eine Reihenimpedanzschaltung
und eine hierzu parallel angeordnete Kapazität realisiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Anschlussbereich
der ersten leitfähigen Folie ein erster Anschluss der Impedanzanordnung angeordnet.
In einem Anschlussbereich der zweiten leitfähigen Folie
ist ferner ein zweiter Anschluss der Impedanzanordnung angeordnet.
Dabei überlappen die erste leitfähige Folie und
die zweite leitfähige Folie in einem Überlappungsbereich
derart, dass die erste leitfähige Folie von dem Anschlussbereich
bis zu dem Überlappungsbereich schlitzfrei ist und dass die
zweite leitfähige Folie von dem Anschlussbereich bis zu
dem Überlappungsbereich schlitzfrei ist. Somit kann sichergestellt
werden, dass ein durch die Impedanzanordnung fließender
Strom den Überlappungsbereich schlitzfrei erreichen und
auf die jeweils andere Folie übergehen kann, so dass sich
ein insgesamt schlitzfreier Überlappungsbereich ausbildet,
welcher für die Realisierung der Parallelkapazität
maßgeblich ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erste Folie einen
seitlich angeordneten Anschlussbereich, in welchem beispielsweise
ein Anschluss der Impedanzanordnung angeordnet sein kann. Der zumindest
eine Schlitz kann dabei in der ersten leitfähigen Folie
in einer Entfernung von dem ersten Anschlussbereich angeordnet bzw.
ausgebildet sein, welche größer als die Hälfte
einer Breite der ersten leitfähigen Folie ist. Mit anderen
Worten ausgedrückt ist der zumindest eine Schlitz in der
zweiten Hälfte der leitfähigen Folie von dem Anschlussbereich
aus gesehen angeordnet. In Analogie hierzu kann der zumindest eine
Schlitz in der zweiten leitfähigen Folie in einer Entfernung
von deren Anschlussbereich angeordnet sein, welche größer
als die Hälfte einer Breite der zweiten leitfähigen
Folie ist. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise sichergestellt, dass
ein schlitzfreier Überlappungsbereich zwischen der ersten
und der zweiten leitfähigen Folie realisiert werden kann,
welcher für die Entstehung der Parallelkapazität
maßgeblich ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst die Reihenimpedanzschaltung eine
Reihenschaltung eines Widerstandes mit einer Kapazität,
wobei die Reihenimpedanzschaltung beispielsweise durch einen schlitzbehafteten
Strompfad zwischen den Anschlüssen der Impedanzanordnung
realisiert werden kann. Somit wird in vorteilhafter Weise die Realisierung
eines Snubber-Elementes mit einer hierzu parallel angeordneten Kapazität
erreicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich der zumindest
eine Schlitz in eine Längsrichtung der ersten leitfähigen
Folie oder der zweiten leitfähigen Folie, so dass stets
ein schlitzbehafteter Strompfad sichergestellt ist, welcher für
eine Widerstandscharakteristik der Reihenimpedanzschaltung maßgeblich
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist der zumindest eine Schlitz beispielsweise
in der ersten leitfähigen Folie ausgebildet, wobei ein
weiterer Schlitz in der zweiten leitfähigen Folie ausgebildet
ist. Die erste leitfähige Folie und die zweite leitfähige
Folie überlappen bevorzugt in einem Überlappungsbereich,
welcher von einem Anschlussbereich der ersten leitfähigen
Folie aus und einem Anschlussbereich der zweiten leitfähigen
Folie aus über einen schlitz- bzw. unterbrechungsfreien
Strompfad erreichbar ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine
genaue Ein stellung einer Widerstandscharakteristik der Reihenimpedanzschaltung
bei gleichzeitiger Ausbildung einer hierzu parallelen Kapazität
ermöglicht. In Analogie hierzu können weitere
Schlitze in der ersten leitfähigen Folie und/oder in der
zweiten leitfähigen Folie ausgebildet sein, welche bevorzugt
derart angeordnet sind, dass ein schlitzfreier Überlappungsbereich oder
dass mehrere schlitzfreie Bereiche sichergestellt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann der zumindest eine Schlitz jedoch
auch ausschließlich nur in der ersten leitfähigen
Folie oder nur in der zweiten leitfähigen Folie ausgebildet
sein. Somit wird die erfindungsgemäße Impedanzcharakteristik
der Impedanzanordnung in besonders vorteilhafter und einfacher Weise
mit nur einem Schlitz sichergestellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fahrzeuggenerator zur
Energieerzeugung in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem elektrisch
angetriebenen Fahrzeug oder in einem Hybridfahrzeug, wobei der Fahrzeuggenerator
die erfindungsgemäße Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion
aufweist. Die Impedanzanordnung ist bevorzugt parallel zu den Ausgangsanschlüssen des
Fahrzeuggenerators angeordnet, wodurch in besonders vorteilhafter
Weise effizient eine Welligkeit eines Fahrzeuggeneratorausgangssignals
reduziert werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
einer Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion mit Bereitstellen
einer ersten leitfähigen Folie und einer zweiten leitfähigen
Folie, Erzeugen einer Impedanzcharakteristik der Impedanzanordnung,
welche durch eine Parallelschaltung einer Reihenimpedanzschaltung
und einer Kapazität bestimmt ist, durch Ausbilden von zumindest
einem Schlitz in der ersten Folie oder in der zweiten Folie, und
Anordnen der ersten leitfähigen Folie und der zweiten leitfähigen
Folie zumindest teilweise überlappend bezüglich
einander. Weitere Verfahrensschritte ergeben sich unmittelbar aus
der Struktur der erfindungsgemäßen Impedanzanordnung
zur Schwingungsreduktion.
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Weitere
Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Dämpfungselement und einen
Folienkondensator;
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2 eine
Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion;
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3 ein
Ersatzschaltbild einer Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion;
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4 ein
Ersatzschaltbild einer Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion;
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5 eine
Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion; und
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6 eine
Bauform einer Impedanzanordnung zur Schwingungsreduktion.
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2 zeigt
eine Impedanzanordnung mit einer ersten leitfähigen Folie 201,
welche zumindest teilweise überlappend über einer
zweiten leitfähigen Folie 203 angeordnet ist.
Die erste leitfähige Folie 201 umfasst einen Schlitz 205,
welcher sich beispielsweise in eine Längsrichtung der ersten
leitfähigen Folie 201 erstreckt. Optional umfasst
die zweite leitfähige Folie 203 einen Schlitz 207,
welcher sich ebenfalls in eine Längsrichtung der zweiten
leitfähigen Folie 203 erstrecken kann. In einem
randseitigen Bereich der ersten leitfähigen Folie 201 ist
ein erster Anschluss 209 der Impedanzanordnung vorgesehen. In
einem randseitigen Anschlussbereich der zweiten leitfähigen
Folie 205 ist hingegen ein zweiter Anschluss 211 der
Impedanzanordnung vorgesehen. Beide Anschlussbereiche sind bevorzugt
einander gegenüber liegend angeordnet.
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Die
leitfähigen Folien 201 und 203 sind derart übereinander
angeordnet, dass sich zwischen den Anschlüssen 209 und 211 ein
schlitzfreier Strompfad bzw. ein schlitzfreier Überlappungsbereich
ausbildet. Wie in 2 dargestellt ist der Schlitz 205 der ersten
leitfähigen Folie 201 in deren zweiten Hälfte vom
Anschluss 201 aus betrachtet angeordnet. In Analogie hierzu
ist der Schlitz 207 in der zweiten Hälfte der
zweiten leitfähigen Folie 203 vom Anschluss 211 aus
betrachtet angeordnet. Somit ergibt sich ein schlitzfreier Überlappungsbereich 213,
welcher in Projektion durch die beiden Schlitze 205 und 207 begrenzt
ist. Daher kann ein durch die Impedanzschaltung fließender
Strom beispielsweise in den Anschluss 209 hineinfließen, über
einen Bereich 215 den schlitzfreien Überlap pungsbereich 213 erreichen,
von dort aus zu der zweiten Folie 203 gelangen und unterbrechungsfrei über
einen Bereich 217 den Anschluss 211 erreichen.
Neben dem unterbrechungsfreien Strompfad sind jedoch weitere schlitz- bzw.
unterbrechungsbehaftete Strompfade angeordnet, welche maßgeblich
zur Entstehung der Widerstandscharakteristik einer zu der resultierenden
Parallelkapazität angeordneten Reihenreihenschaltung bestehend
beispielsweise aus einer Kapazität und einem Widerstand
beitragen.
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In
Abhängigkeit von einer Anordnung des Schlitzes oder der
Schlitze in den elektrisch leitfähigen Folien 201 und 203 ergeben
sich unterschiedliche Konfigurationen von Reihen- und Parallelschaltungen
von Widerständen und Kapazitäten, wobei eine Gesamtkapazität
stets unverändert bleibt. Zusätzlich können
durch eine unterschiedliche Ausführung des Schlitzes bzw.
der Schlitze hinsichtlich einer Schlitzbreite oder einer Schlitzlänge
oder einer Schlitzunterbrechung in einem der Folienstreifen und gegebenenfalls
einer Ausfüllung des jeweiligen Schlitzes mit einem Widerstandsmaterial
unterschiedliche Widerstandswerte eingestellt werden. Durch die
in 2 dargestellte Schlitzanordnung kann insbesondere
in den beiden äußeren Bereichen 215 und 217 zwischen
dem jeweiligen Anschluss der jeweiligen Folie und jeweils einem
der genannten Bereiche ein Schlitz angeordnet werden, welcher einer Reihenschaltung
aus einem Widerstand und einer Kapazität entspricht. Im
mittleren, schlitzfreien Überlappungsbereich 213 ist
in den beiden Folien kein Schlitz zwischen dem jeweiligen Folienanschluss und
dem den beiden Folien zuzuordnenden Überlappungsbereich 213 angeordnet,
so dass sich eine Parallelkapazität ausbildet, welche nicht
mit einem Reihenwiderstand belastet ist. Die beiden Schlitze 205 und 207 erzwingen
hingegen zumindest zwei schlitz- bzw. unterbrechungsbehaftete Strompfade,
welche jeweils einer Reihenschaltung bestehend aus einer Kapazität
und einem Widerstand entsprechen können.
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In 3 ist
ein elektrisches Ersatzschaltbild der in 2 dargestellten
Impedanzanordnung dargestellt. Das Ersatzschaltbild umfasst eine
erste Reihenimpedanzschaltung mit einer Kapazität 301 und einem
Widerstand 305, eine zweite und hierzu parallel angeordnete
Reihenimpedanzschaltung mit einer Kapazität 303 und
einem Widerstand 307 sowie einen parallel zu der ersten
Reihenimpedanzschaltung und der zweiten Reihenimpedanzschaltung
angeordneten Kon densator 309. Die erste Reihenimpedanzschaltung
und die zweite Reihenimpedanzschaltung entstehen beispielsweise
aufgrund der schlitzbehafteten Pfade über die Bereiche 215 und 217.
Beide Pfade können elektrisch zusammengefasst werden, wodurch
sich die in 4 dargestellte Gesamtersatzschaltung
ergibt. Die Gesamtersatzschaltung umfasst eine Reihenimpedanzschaltung
mit einer Kapazität 401 sowie einem Widerstand 403.
Parallel zu der Reihenimpedanzschaltung ist die Kapazität 309 angeordnet.
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5 zeigt
eine Impedanzanordnung mit einer ersten leitfähigen Folie 501,
welche zumindest teilweise überlappend über einer
zweiten leitfähigen Folie 503 angeordnet ist.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Impedanzanordnung
ist beispielhaft in der ersten leitfähigen Folie 501 insgesamt
nur ein Schlitz 505 ausgebildet, welcher die Impedanzanordnung
im Wesentlichen in zwei Bereiche 507 und 509 aufteilt.
In einem Anschlussbereich der ersten leitfähigen Folie 501 ist
ein Anschluss 511 angeordnet. In einem Anschlussbereich
der zweiten leitfähigen Folie ist ein Anschluss 513 angeordnet,
wobei beide Anschlüsse 511 und 513 Anschlüsse
der Impedanzanordnung sind.
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Durch
die Anordnung des Schlitzes 505, welcher ebenso in der
zweiten leitfähigen Folie 503 angeordnet sein
könnte, ergibt sich beispielsweise ein schlitzfreier Überlappungsbereich
zwischen den beiden leitfähigen Folien 501 und 503,
welcher einen schlitzfreien Strompfad über beispielsweise
den Anschluss 511, den ersten Bereich 507, die
zweite, schlitzfreie leitfähige Folie 503 bis
zu dem Anschluss 513 umfasst. Aufgrund des einzigen Schlitzes
ergibt sich für die in 5 dargestellte
Impedanzanordnung eine Ersatzschaltung, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt
ist.
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6 zeigt
eine Bauform einer Impedanzanordnung mit den Anschlüssen 601 sowie 603.
Die beiden leitfähigen Folien sind gewickelt, so dass die Bauform
der erfindungsgemäßen Impedanzanordnung einem
gewickelten Folienkondensator entspricht. Zur elektrischen Isolierung
kann zwischen den Folien ein beliebiges dielektrisches Material
angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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