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Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils.
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Bei dem Kondensator-Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Leistungskondensator, der beispielsweise für den Einsatz in einem radialsymmetrischen Einbauraum geeignet ist, handeln. Insbesondere kann das Kondensator-Bauteil als Zwischenkreiskondensator im Zwischenkreis eines Umrichters eingesetzt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kondensator-Bauteil mit verbesserten Eigenschaften, beispielsweise mit einer erhöhten Systemintegration, anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Kondensator-Bauteils anzugeben.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Kondensator-Bauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Es wird ein Kondensator-Bauteil angegeben, das einen zumindest partiell metallisierten Trägerfilmstrang, der zu einem Grundkörper gewickelt ist und der eine erste Kapazität ausbildet, aufweist, wobei durch den Trägerfilmstrang und/oder durch ein zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickeltes Element eine weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils ausgebildet ist.
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Das Kondensator-Bauteil weist einen hohen Grad an Systemintegration auf, da der zu dem Grundkörper gewickelte Trägerfilmstrang neben der ersten Kapazität eine weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils ausbildet. Dementsprechend werden in dem Grundkörper zumindest zwei elektrische Funktionskomponenten ausgebildet. Bei der weiteren elektrischen Funktionskomponente kann es sich beispielsweise um eine zweite Kapazität, eine Induktivität oder eine Impedanz handeln.
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Der Grundkörper weist vorzugsweise einen Filmstapel mit mehreren Innenelektroden und dazwischen angeordneten dielektrischen Filmen auf. Dieser Filmstapel wird vorzugsweise durch den Trägerfilmstrang gebildet. Der Trägerfilmstrang kann zwei Trägerfilme aufweisen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den Trägerfilmen um Polymerfilme. Die Trägerfilme können auf zumindest einer Außenfläche wenigstens partiell metallisiert sein. In diesem Fall werden die Innenelektroden durch die Metallisierung des Trägerfilmstrangs gebildet. Vorzugsweise sind die zumindest partiell metallisierten Trägerfilme derart übereinander angeordnet, dass sich dielektrische Schichten und metallische Schichten in dem aufgewickelten Filmstapel entlang der Flächennormale des Trägerfilmstrangs abwechseln.
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Der metallisierte Trägerfilmstrang kann zu einem Kondensatorwickel, beispielsweise einem ringförmigen Kondensatorwickel, aufgewickelt sein. Die Stirnseiten dieses Kondensatorwickels, die parallel zur Flächennormale des Trägerfilmstrangs sind, können zumindest teilweise mit einer Metallisierung beschichtet werden. Diese Metallisierung wird auch als Schoopschicht bezeichnet.
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Das zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelte Element kann zumindest ein weiterer Film oder zumindest eine weitere Folie sein. Dieser Film oder diese Folie können zusammen mit dem Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper gewickelt sein. Es ist ferner möglich, den Film oder die Folie derart zu dimensionieren, dass er nur in manchen Bereichen des Grundkörpers zusammen mit dem Trägerfilm gewickelt ist und in anderen Bereichen der Trägerfilm ohne den weiteren Film zu dem Grundkörper gewickelt ist.
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Weist der Trägerfilmstrang zwei Filme auf, so kann der weitere Film wie folgt zusammen mit dem Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper gewickelt sein. Es werden die Trägerfilme des Trägerfilmstrangs und der weitere Film übereinander gelegt, so dass sich beispielsweise eine Schichtung aus erstem Trägerfilm, zweitem Trägerfilm und weiterem Film ergibt. Diese Schichtung der drei Filme wird nunmehr zu dem Grundkörper gewickelt. In radialer Richtung nach außen liegen dementsprechend abwechselnd der erste Trägerfilm, der zweite Trägerfilm und der weitere Film. Der weitere Film ist somit zumindest teilweise in den Trägerfilmstrang eingewickelt.
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Alternativ kann der weitere Film oder die weitere Folie beim Aufwickeln zwischen den beiden Trägerfilmen des Trägerfilmstrangs angeordnet sein. Dementsprechend liegen in radialer Richtung nach außen der erste Trägerfilm, der weitere Film und der zweite Trägerfilm in dieser Reihenfolge abwechselnd übereinander.
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Der zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelte Film kann eine elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils ausbilden. Es kann sich dabei in Abhängigkeit von dem Material und der Dimensionierung des Films beispielsweise um eine weitere Kapazität, eine Induktivität oder einen Widerstand handeln.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Film, der die weitere elektrische Funktionskomponente ausbildet, ein Trennfilm. Vorzugsweise weist der Trennfilm ein isolierendes Material auf und ist zusammen mit dem Trägerfilmstrang in den Grundkörper gewickelt.
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Da der Trennfilm zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelt ist, kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden. Insbesondere ist es möglich, den Grundkörper in einem vollautomatischen Prozess zu wickeln.
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Vorzugsweise separiert der Trennfilm den Grundkörper in zwei voneinander isolierte Kapazitäten. In diesem Fall kann die zweite Kapazität der weiteren elektrischen Funktionskomponente des Grundkörpers entsprechen.
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Insbesondere kann der Trennfilm auch die auf den Stirnseiten des Grundkörpers angeordneten Schoopschichten in zwei voneinander elektrisch isolierte Bereiche trennen. Dementsprechend kann beispielsweise an jeden dieser Bereiche ein anderes Potential angelegt werden. Auf diese Weise können in dem Grundkörper mehrere Kapazitäten ausgebildet werden, die beliebig miteinander verschaltet sein können.
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Ferner kann das Kondensator-Bauteil weitere Trennfilme aufweisen, die den Grundkörper in mehrere Kapazitäten isolieren.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Kondensator-Bauteil zwei Trennfilme auf, so dass der Grundkörper in eine erste, eine zweite und eine dritte Kapazität separiert wird, die voneinander elektrisch isoliert sind. Die zweite und die dritte Kapazität können in Reihe zueinander und parallel zu der ersten Kapazität geschaltet sein, so dass die zweite und dritte Kapazität zu einem Y-Kondensator verschaltet sind. Dementsprechend kann ein Y-Kondensator, der die zweite und dritte Kapazität aufweist, in ein Kondensator-Bauteil, das ferner die erste Kapazität aufweist, integriert sein. Eine Kapazität kann beispielsweise dann als „integriert in ein Bauteil” bezeichnet werden, wenn das Bauteil und die Kapazität zumindest eine gemeinsame Spannungsversorgung oder ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Die drei in den Grundkörper integrierten Kapazitäten können durch einen einzigen Trägerfilmstrang und zwei Trennfilme, die zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelt sind, ausgebildet werden. Dementsprechend ist jede der drei Kapazitäten eine elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils.
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Vorzugsweise weist der Trägerfilmstrang metallisierte Bereiche und Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, auf. Die metallisierten Bereiche und die Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, können sich entlang einer Wickelrichtung des Trägerfilmstrangs abwechseln.
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Die Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, können durch eine Demetallisierung des Trägerfilmstrangs erzeugt sein. Alternativ kann bei der Metallisierung des Trägerfilmstrangs eine Maskierung verwendet werden, die eine Metallisierung bestimmter Bereiche des Trägerfilmstrangs verhindert.
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Vorzugsweise ist der Trägerfilmstrang derart metallisiert, dass der Grundkörper in zwei voneinander isolierte Kapazitäten separiert ist.
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Wenn der Trägerfilmstrang zu einem Grundkörper gewickelt ist, sind die metallisierten Bereiche vorzugsweise derart in dem Grundkörper angeordnet, dass sie sich in einer Richtung parallel zur Flächennormale des Trägerfilmstrangs überlappen. Ferner überlappen sich vorzugsweise die Bereiche, die von der Metallisierung frei sind, in einer Richtung parallel zur Flächennormale des Trägerfilmstrangs ebenfalls.
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Ist der Grundkörper des Trägerfilmstrangs ringförmig, so überlappen sich jeweils die metallisierten Bereiche und die Bereiche, die von der Metallisierung frei sind, vorzugsweise in radialer Richtung.
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Die Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, verlaufen auf dem Trägerfilmstrang vorzugsweise derart, dass sie sich von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite erstrecken. Ist in dem Teil der Stirnseite des Grundkörpers, der dem überlappenden Bereich der von der Metallisierung freien Trägerfilme entspricht, keine Schoopschicht aufgebracht, so kann der Grundkörper in voneinander isolierte Abschnitte getrennt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die weitere elektrische Funktionskomponente durch eine Folie aufweisend eine hohe Leitfähigkeit ausgebildet werden. Vorzugsweise bildet die Folie eine Induktivität aus. Die gut leitende Folie kann beispielsweise Kupfer aufweisen. Insbesondere kann die Folie einen Kupferstreifen aufweisen oder mit einem kupferhaltigen Material metallisiert sein. Vorzugsweise weist die Folie ein Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit auf. Vorzugsweise ist die Leitfähigkeit der Folie höher als die Leitfähigkeit der Metallisierung des Trägerfilmstrangs. Die Folie kann beispielsweise mit Kupfer metallisiert werden, wobei die Kupferschicht anschließend galvanisch verstärkt werden kann.
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Dementsprechend kann die Folie, die zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelt ist, als weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils eine Induktivität ausbilden, insbesondere zusammen mit dem Trägerfilmstrang eine L-C Kombination bilden.
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Die Folie kann mittels Fotoätztechnik strukturiert sein. Beispielsweise kann mittels Fotoätztechnik eine spiralförmige Struktur einer Metallisierung der Folie erzeugt werden. Die Folie kann beispielsweise eine spiralförmige Leiterbahn aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die zumindest eine Folie eine geringe Leitfähigkeit auf. Vorzugsweise bildet die Folie als weitere elektrische Funktionskomponente einen Widerstand aus. Die Folie kann zumindest ein Material ausgewählt aus Chrom und Nickel aufweisen. Eine Metallisierung der Folie kann beispielsweise durch Aufsputtern erzeugt werden. Die Folie mit geringer Leitfähigkeit weist vorzugsweise eine geringere Leitfähigkeit als die Folie mit hoher Leitfähigkeit auf. Vorzugsweise ist die Leitfähigkeit der Folie mit geringer Leitfähigkeit geringer als die Leitfähigkeit der Metallisierung des Trägerfilmstrangs. Dementsprechend kann die Folie mit geringer Leitfähigkeit, die zusammen mit dem Trägerfilmstrang gewickelt ist, als weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils einen Widerstand ausbilden, insbesondere zusammen mit dem Trägerfilmstrang eine C-R Kombination bilden. Es kann sich dabei um einen Entladewiderstand handeln.
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Werden zusammen mit dem Trägerfilmstrang eine erste gut leitende und eine zweite schlecht leitende Folie gewickelt, so kann der Grundkörper eine L-C-R Kombination ausbilden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Kondensator-Bauteil einen mit Komponenten bestückten Film auf, der zusammen mit dem Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper gewickelt ist. Ein solcher Film ermöglicht es, weitere Funktionskomponenten in das Kondensator-Bauteil zu integrieren. Bei den Komponenten kann es sich beispielsweise um Halbleiterelemente handeln. Es könnte ein Sensor in den Grundkörper gewickelt werden.
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Vorzugsweise ist der mit Komponenten bestückte Film derart gewickelt, dass die Komponenten auf der Außenseite des Grundkörpers angeordnet sind. Dementsprechend kann der mit Komponenten bestückte Film beispielsweise nur mit der letzten Wicklung des Trägerfilmstrangs gewickelt werden und auf diese Weise die äußerste Lage eines Folienwickels bilden. Wird der Grundkörper dann in ein Gehäuse eingesetzt, so kann das Gehäuse entsprechende Ausnehmungen aufweisen, die die Komponenten umschließen. Es ist ferner möglich, dass auf der Außenseite des Grundkörpers eine Stromschiene zur Kontaktierung der Innenelektroden des Kondensators gewickelt ist. Die Stromschiene kann ebenfalls Ausnehmungen für die Komponenten aufweisen.
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Beispielsweise kann der Grundkörper radialsymmetrisch zu einer Symmetrieachse geformt sein. In diesem Fall eignet sich das Kondensator-Bauteil besonders gut für den Einsatz in einem radialsymmetrischen Einbauraum.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper ringförmig.
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Ein ringförmiger Grundkörper kann in azimutaler und in radialer Richtung in mehrere Kapazitäten separiert werden.
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Beispielsweise ist der Grundkörper durch einen isolierenden Trennfilm in radialer Richtung in zwei Kapazitäten separiert. Der isolierende Trennfilm kann zusammen mit dem Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper gewickelt werden, so dass der Trägerfilmstrang aufgrund der Trennung durch den isolierenden Trennfilm die zwei Kapazitäten als elektrische Funktionskomponenten des Kondensator-Bauteils ausbildet.
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Beispielsweise ist der Trägerfilmstrang derart metallisiert, dass der Grundkörper in azimutaler Richtung in zwei Kapazitäten separiert ist. Dazu können auf dem Trägerfilmstrang Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, derart angeordnet werden, dass sie im Grundkörper in radialer Richtung überlappen. Vorzugsweise sind die entsprechenden Bereiche auf den Stirnseiten des Grundkörpers frei von einer Schoopschicht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist zusammen mit dem Trägerfilmstrang ein Film zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit aufgewickelt. Mit Hilfe dieses Films können im Grundkörper zwei Kapazitäten erzeugt werden, die sich in ihrer Spannungsfestigkeit unterscheiden, indem für die eine Kapazität nur der Trägerfilmstrang aufgewickelt wird und für die andere Kapazität der Trägerfilmstrang zusammen mit dem Film zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit aufgewickelt wird. Kapazitäten mit verschiedenen Spannungsfestigkeiten innerhalb eines Kondensator-Bauteils erhöhen die Design- und Einsatz-Flexibilität für das Kondensator-Bauteil.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils. Insbesondere kann mit diesem Verfahren ein Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 1 hergestellt werden.
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Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils angegeben, bei dem ein zumindest partiell metallisierter Trägerfilmstrang zu einem Grundkörper gewickelt wird, wobei durch den Trägerfilmstrang eine erste Kapazität ausgebildet wird und wobei eine weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils durch den Trägerfilmstrang des Kondensator-Bauteils und/oder durch ein zusammen mit dem Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper gewickeltes Element ausgebildet wird. Vorzugsweise wird durch das Element eine weitere elektrische Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils ausgebildet.
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Insbesondere kann zumindest ein Bereich des Trägerfilmstrangs vor dem Aufwickeln demetallisiert werden. Zu diesem Zweck kann eine Wickelmaschine mit einer Demetallisierungs-Vorrichtung ausgestattet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen, schematischen Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 den Grundkörper eines Kondensator-Bauteils,
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2 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch den in 1 gezeigten Grundkörper.
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3 die Aufsicht auf einen Grundkörper eines Kondensator-Bauteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch den in 3 gezeigten Grundkörper,
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5 die Aufsicht auf einen Grundkörper eines Kondensator-Bauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
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6 einen Ausschnitt eines Trägerfilms.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht den Grundkörper 2 eines Kondensator-Bauteils 1. Der Grundkörper 2 ist ringförmig. Es handelt sich bei dem Kondensator-Bauteil 1 um einen Filmkondensator, wobei im Grundkörper 2 übereinander gewickelte, einseitig metallisierte dielektrische Filme angeordnet sind. Insbesondere ist ein Trägerfilmstrang zu dem Grundkörper 2 gewickelt, wobei der Trägerfilmstrang zwei einseitig metallisierte dielektrische Filme, die Trägerfilme, aufweist.
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Der Grundkörper 2 ist radialsymmetrisch um eine Symmetrieachse 3 geformt. Der Grundkörper 2 weist eine erste Stirnseite 4 und eine dieser gegenüberliegenden zweite Stirnseite 5 auf, wobei die Flächennormale der ersten Stirnseite 4 und die Flächennormale der zweiten Stirnseite 5 jeweils parallel zur Achsenrichtung der Symmetrieachse 3 sind. Jede der beiden Stirnseiten 4, 5 ist zumindest teilweise mit einer Metallschicht, der sogenannten Schoopschicht 6, 7, bedeckt. Die erste Stirnseite 4 weist eine erste Schoopschicht 6 auf. Die zweite Stirnseite 5 weist eine zweite Schoopschicht 7 auf.
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Das Kondensator-Bauteil 1 kann ferner Elemente zur Kontaktierung des Grundkörpers 2 aufweisen. Beispielsweise kann das Kondensator-Bauteil 1 Stromschienen aufweisen, die die Innenelektroden des Grundkörpers 2 mit einer externen Spannungsquelle kontaktieren.
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Der Grundkörper 2 weist einen ersten und eine zweiten Trennfilm 23, 24 auf. Der erste und der zweite Trennfilm 23, 24 können einen Kunststoff, beispielsweise Polyimid, aufweisen. Der erste Trennfilm 22 kann dabei derart dimensioniert sein, dass er aus dem übrigen Grundkörper 2 herausragt. Insbesondere ragt der Trennfilm 23 in axialer Richtung über die erste Schoopschicht 6 hinaus. Dementsprechend wird die erste Schoopschicht 6 in zwei voneinander isolierte Bereiche getrennt. Ferner kann der zweite Trennfilm 24 derart dimensioniert sein, dass er aus dem übrigen Grundkörper 2 herausragt. Insbesondere ragt der Trennfilm 24 in axialer Richtung über die zweite Schoopschicht 7 hinaus. Dementsprechend wird die zweite Schoopschicht 7 in zwei voneinander isolierte Bereiche getrennt.
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Durch die ringförmige Form des Grundkörpers 2 wird eine radiale Richtung R definiert, die von der Symmetrieachse 3 wegweist.
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2 zeigt schematisch einen Schnitt durch den in 1 dargestellten Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 wird durch das Aufwickeln eines Trägerfilmstrangs 8 erzeugt. Der Trägerfilmstrang 8 weist einen ersten und einen zweiten Trägerfilm 9, 10 auf. Bei den Trägerfilmen 9, 10 handelt es sich um dielektrische Filme. Der Trägerfilmstrang kann beispielsweise Polypropylen aufweisen. Zumindest eine Seite der Trägerfilme 9, 10 kann partiell metallisiert sein.
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In radialer Richtung R von innen nach außen gesehen weist der Grundkörper 2 mehrere Bereiche auf. In radialer Richtung R von innen nach außen gesehen weist der Grundkörper 2 einen Anfangsleerwindungsbereich 11, einen ersten Kondensatorbereich 12, einen ersten Trennbereich 13, einen zweiten Kondensatorbereich 14, einen zweiten Trennbereich 15, einen dritten Kondensatorbereich 16 und einen Endleerwindungsbereich 17 auf.
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Jeder Bereich 11–17 des Grundkörpers 2 weist den Trägerfilmstrang 8 auf. Der Trägerfilmstrang 8 ist zu dem Grundkörper 2 des Kondensator-Bauteils 1 gewickelt, wobei der Trägerfilmstrang 2 metallisierte Bereiche und Bereiche, die frei von einer Metallisierung sind, aufweist. Ferner sind abschnittsweise weitere Filme zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 zu dem Grundkörper 2 gewickelt. Die weiteren Filme können über, unter oder zwischen den beiden Trägerfilmen des Trägerfilmstrangs 8 gewickelt sein.
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Der Anfangsleerwindungsbereich 11 weist den Trägerfilmstrang 8 auf. In diesem Bereich sind keine weiteren Filme zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 gewickelt. Im Anfangsleerwindungsbereich 11 ist der Trägerfilmstrang 8 demetallisiert. Dementsprechend weist keine der Außenflächen des ersten und des zweiten Trägerfilms 9, 10 eine Metallisierung auf.
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In radialer Richtung R schließt sich an den Anfangsleerwindungsbereich 11 ein erster Kondensatorbereich 12 an. In dem ersten Kondensatorbereich 12 ist der Trägerfilmstrang 8 partiell metallisiert und der metallisierte Trägerfilmstrang 8 ist in diesem Bereich 12 zu dem Grundkörper gewickelt. Im ersten Kondensatorbereich 12 werden keine weiteren Filme zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 gewickelt.
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Der erste Trägerfilm 9 des Trägerfilmstrangs 8 ist hier auf einer Außenfläche mit einer Metallisierung 18 versehen. Die Metallisierung 18 ist derart angeordnet, dass die Metallisierung 18 mit einer ersten Schoopschicht 6 auf der ersten Stirnseite 4 des Grundkörpers 2 kontaktiert ist. Zwischen der Metallisierung 18 des ersten Trägerfilms 9 und der zweiten Schoopschicht 7 auf der zweiten Stirnseite 5 des Grundkörpers 2 befindet sich ein Spalt, so dass die Metallisierung 18 des ersten Trägerfilms 9 nicht mit der zweiten Schoopschicht 6 kontaktiert ist.
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Der zweite Trägerfilm 10 weist auf einer Außenfläche ebenfalls eine Metallisierung 19 auf. Diese Metallisierung 19 des zweiten Trägerfilms 10 ist derart angeordnet, dass sie mit der zweiten Schoopschicht 7 kontaktiert ist. Zwischen der ersten Schoopschicht 6 und der Metallisierung 19 des zweiten Trägerfilms 10 befindet sich ein Spalt, sodass die Metallisierung 19 des zweiten Trägerfilms 10 nicht mit der ersten Schoopschicht 6 kontaktiert ist.
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Zwischen den Metallisierungen 18, 19 des ersten und des zweiten Trägerfilms 9, 10 und durch das dielektrische Material der Trägerfilme 9, 10, das zwischen den Metallisierungen 18, 19 angeordnet ist, wird in dem ersten Kondensatorbereich 12 eine erste Kapazität des Kondensator-Bauteils 1 ausgebildet. Die Metallisierungen 18, 19 des Trägerfilmstrangs 8 bilden Innenelektroden der ersten Kapazität. Es kann sich bei diesem Bereich 12 des Grundkörpers 2 beispielsweise um einen Zwischenkreiskondensator handeln, der in den Grundkörper 2 des Kondensator-Bauteils 1 integriert ist.
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In radialer Richtung R nach außen schließt sich an den ersten Kondensatorbereich 12 der erste Trennbereich 13 an. Im ersten Trennbereich 13 ist der Trägerfilmstrang 8 vollständig demetallisiert. Der demetallisierte Trägerfilmstrang 8 wird in diesem Bereich 13 zusammen mit einem ersten und einem zweiten Film 20, 21 eines weiteren Filmstrangs 22 und dem ersten Trennfilm 23 aufgewickelt. Insbesondere ist im ersten Trennbereich 13 eine Schichtfolge aufweisend den ersten Trägerfilm 9, den ersten Film 20 des weiteren Filmstrangs 22, den zweiten Trägerfilm 10, den zweiten Film 21 des weiteren Filmstrangs 22 und den ersten Trennfilm 23 aufgewickelt.
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Der erste Trennfilm 23 isoliert die erste Kapazität von den in radialer Richtung R weiter außen gelegenen Bereichen des Kondensator-Bauteils 1. Der erste Trennfilm 23 kann dabei derart dimensioniert sein, dass er aus dem übrigen Grundkörper 2 herausragt. Insbesondere ragt der Trennfilm 23 in axialer Richtung der Symmetrieachse 3 über die erste Schoopschicht 6 hinaus. Dementsprechend wird die erste Schoopschicht 6 in zwei voneinander isolierte Bereiche getrennt. Der erste Trennfilm 23 kann Polyimid aufweisen.
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Der weitere Filmstrang 22 weist ein dielektrisches Material auf. Beispielsweise kann der weitere Filmstrang 22 Polypropylen aufweisen. Die Filme 20, 21 des weiteren Filmstrangs 22 weisen eine höhere Dicke auf als die Trägerfilme 9, 10 des Trägerfilmstrangs 8.
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In radialer Richtung R außen schließt sich an den ersten Trennbereich 13 ein zweiter Kondensatorbereich 14 an. Im zweiten Kondensatorbereich 14 ist der Trägerfilmstang 8 metallisiert und zusammen mit dem weiteren Filmstrang 22 aufgewickelt. Insbesondere ist im zweiten Kondensatorbereich 14 eine Schichtfolge aufweisend den metallisierten ersten Trägerfilm 9, den ersten Film 20 des weiteren Filmstrangs 22, den metallisierten zweiten Trägerfilm 10 und den zweiten Film 21 des weiteren Filmstrangs 22 aufgewickelt.
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In dem zweiten Kondensatorbereich 14 sind Metallisierungen 18 des ersten Trägerfilms 9 derart angeordnet, dass die Metallisierungen 18 des ersten Trägerfilms 9 mit der ersten Schoopschicht 6 kontaktiert sind und mit der zweiten Schoopschicht 7 nicht kontaktiert sind. Auf dem zweiten Trägerfilm 10 des Trägerfilmstrangs 8 sind Metallisierungen 19 derart angeordnet, dass die Metallisierungen 19 mit der zweiten Schoopschicht 7 kontaktiert sind und mit der ersten Schoopschicht 6 nicht kontaktiert sind. Die Metallisierungen 18, 19 des Trägerfilmstrangs 8 bilden Innenelektroden einer zweiten Kapazität. Dementsprechend ist zwischen den Metallisierungen 18, 19 des ersten und des zweiten Trägerfilms 9, 10 eine zweite Kapazität des Kondensator-Bauteils 1 ausgebildet. Die zweite Kapazität kann einen Kondensator eines Y-Kondensators bilden.
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Der weitere Filmstrang 22 erhöht die Spannungsfestigkeit des zweiten Kondensatorbereichs 14. Insbesondere weist der zweite Kondensatorbereich 14 eine höhere Spannungsfestigkeit als der erste Kondensatorbereich 12.
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In radialer Richtung R nach außen schließt sich an den zweiten Kondensatorbereich 14 der zweite Trennbereich 15 an. Der zweite Trennbereich 15 ist im Wesentlichen baugleich mit dem ersten Trennbereich 13.
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Im zweiten Trennbereich 15 ist der Trägerfilmstrang 8 demetallisiert. Der demetallisierte Trägerfilmstrang 8 wird in diesem Bereich zusammen mit zwei Filmen 20, 21 des weiteren Filmstrangs 22 und dem zweiten Trennfilm 24 aufgewickelt. Insbesondere ist im zweiten Trennbereich 15 eine Schichtfolge aufweisend den ersten Trägerfilm 9, den ersten Film 20 des weiteren Filmstrangs 22, den zweiten Trägerfilm 10, den zweiten Film 21 des weiteren Filmstrangs 22 und den zweiten Trennfilm 24 aufgewickelt.
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Der zweite Trennfilm 24 isoliert die zweite Kapazität von den in radialer Richtung R weiter außen gelegenen Bereichen des Kondensator-Bauteils 1. Der zweite Trennfilm 24 kann dabei derart dimensioniert sein, dass er aus dem übrigen Grundkörper 2 herausragt. Insbesondere ragt der Trennfilm 24 in axialer Richtung über die zweite Schoopschicht 7 hinaus.
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Dementsprechend wird die zweite Schoopschicht 7 in zwei voneinander isolierte Bereiche getrennt. Der zweite Trennfilm 24 kann Polyimid aufweisen.
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In radialer Richtung R nach außen schließt sich an den zweiten Trennfilmbereich 15 ein dritter Kondensatorbereich 16 an. Der dritte Kondensatorbereich 16 ist im Wesentlichen baugleich zu dem zweiten Kondensatorbereich 14.
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Im dritten Kondensatorbereich 16 ist der Trägerfilmstang 8 metallisiert und zusammen mit dem weiteren Filmstrang 22 aufgewickelt. Insbesondere ist im dritten Kondensatorbereich 16 eine Schichtfolge aufweisend den metallisierten ersten Trägerfilm 9, den ersten Film 20 des weiteren Filmstrangs 22, den metallisierten zweiten Trägerfilm 10 und den zweiten Film 21 des weiteren Filmstrangs 22 aufgewickelt.
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In dem dritten Kondensatorbereich 16 sind Metallisierungen 18 des ersten Trägerfilms 9 derart angeordnet, dass die Metallisierungen 18 des ersten Trägerfilms 9 mit der ersten Schoopschicht 6 kontaktiert sind und mit der zweiten Schoopschicht 7 nicht kontaktiert sind. Auf dem zweiten Trägerfilm 10 des Trägerfilmstrangs 8 sind Metallisierungen 19 derart angeordnet, dass die Metallisierungen 19 mit der zweiten Schoopschicht 7 kontaktiert sind und mit der ersten Schoopschicht 6 nicht kontaktiert sind. Die Metallisierungen 18, 19 des Trägerfilmstrangs 8 bilden Innenelektroden einer dritten Kapazität. Dementsprechend ist zwischen den Metallisierungen 18, 19 des ersten und des zweiten Trägerfilms 9, 10 eine dritte Kapazität des Kondensator-Bauteils 1 ausgebildet. Die dritte Kapazität kann einen Kondensator eines Y-Kondensators bilden.
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Der erste, der zweite und der dritte Kondensatorbereich 12, 14, 16 können derart miteinander verschaltet sein, dass die zweite und die dritte Kapazität in Reihe zueinander und parallel zu der ersten Kapazität geschaltet sind, so dass die zweite und dritte Kapazität zu einem Y-Kondensator verschaltet sind. Dementsprechend ist der Y-Kondensator, der die zweite und dritte Kapazität aufweist, in ein Kondensator-Bauteil 1, das ferner die erste Kapazität aufweist, integriert.
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In radialer Richtung R außen schließt sich an den dritten Kondensatorbereich 16 ein Endleerwindungsbereich 17 an. In dem Entleerwindungsbereich 17 ist der Trägerfilmstrang 8 demetallisiert und zusammen mit dem weiteren Film 22 aufgewickelt.
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Alternativ kann im Endleerwindungsbereich 17 lediglich der weitere Film 22 ohne Trägerfilmstrang 8 aufgewickelt werden. Der weitere Film 22 weist keine Metallisierung auf, so dass der Endleerwindungsbereich 17 das Kondensator-Bauteil in radialer Richtung R nach außen hin isoliert. Wird gemäß diesem alternativen Ausführungsbeispiel der weitere Film 22 ohne den Trägerfilmstrang 8 zu dem Entleerwindungsbereich 17 gewickelt, können die Wicklungskosten reduziert werden, da im Endleerwindungsbereich nur ein einziger Film 22 aufgewickelt wird.
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Nicht alle der hier beschriebenen Bereiche 11–17 des Grundkörpers 2 sind in jedem Ausführungsbeispiel vorhanden. Beispielsweise sind Kondensator-Bauteile 1 denkbar, die nur zwei Kondensatorbereich 12, 14 aufweisen, die dementsprechend eine erste und eine zweite Kapazität ausbilden. Alternativ könnte das Kondensator-Bauteil 1 nur einen Kondensatorbereich 12 aufweisen, der eine erste Kapazität ausbildet, wobei durch zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 aufgewickelte Elemente eine weitere Funktionskomponente des Kondensator-Bauteils 1 ausgebildet werden könnte.
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3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Kondensator-Bauteils 1. In 3 ist das Kondensator-Bauteil 1 in einer Ansicht von oben gesehen gezeigt. 4 zeigt einen Schnitt durch das Kondensator-Bauteil 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Das Kondensator-Bauteil 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist in radialer Richtung R von innen nach außen einen Anfangsleerwindungsbereich 11, einen ersten Kondensatorbereich 12, in dem eine erste Kapazität ausgebildet ist, einen ersten Trennbereich 13, einen zweiten Kondensatorbereich 14, in dem eine zweite Kapazität ausgebildet ist, und einen Endleerwindungsbereich 17 auf.
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Diese Bereiche 11, 12, 13, 14, 17 sind im Wesentlichen baugleich zu den im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel diskutierten entsprechenden Bereichen 11, 12, 13, 14, 17. Der Trennfilm 23 des ersten Trennbereichs 13 ist in der in 4 gezeigten Ausführungsform aber so dimensioniert, dass er aus der ersten und der zweiten Schoopschicht 6, 7 herausragt. Dementsprechend sind die erste und die zweite Schoopschicht 6, 7 durch den Trennfilm 23 in je zwei voneinander isolierte Bereiche getrennt.
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Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des Kondensator-Bauteils 1 wird durchlaufend ein Trägerfilmstrang 8 aufgewickelt. Dieser Trägerfilmstrang 8 weist Bereiche auf, in denen er metallisiert ist. Insbesondere weist der Trägerfilmstrang 8 einen ersten Trägerfilm 9 und einen zweiten Trägerfilm 10 auf, die derart metallisiert sind, dass die Metallisierung 18 des ersten Trägerfilms 9 mit der ersten Schoopschicht 6 kontaktiert ist und die Metallisierung 19 des zweiten Trägerfilms 10 mit der zweiten Schoopschicht 7 kontaktiert ist.
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Ferner weist das Kondensator-Bauteil 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den Trennfilm 23 auf, der zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 aufgewickelt wird. In radialer Richtung separiert der Trennfilm 23 den Grundkörper des Kondensator-Bauteils 1 in zwei voneinander isolierte Kapazitäten.
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Ferner kann beispielsweise in dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Trägerfilmstrang eine gut leitende Folie aufgewickelt sein. Die Folie kann beispielsweise Kupfer aufweisen. Durch die gut leitende Folie kann eine Induktivität ausgebildet werden. Insbesondere kann die Kupferfolie durch Fotoätztechnik derart strukturiert werden, dass sie eine Induktivität des Kondensator-Bauteils 1 ausbildet.
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Ferner kann eine schlecht leitende Folie zusammen mit dem Trägerfilmstrang 8 in den Grundkörper 2 aufgewickelt werden. Die schlecht leitende Folie kann eine Leitfähigkeit aufweisen, die geringer ist als die Leitfähigkeit der gut leitenden Folie. Die schlecht leitende Folie kann beispielsweise eine dielektrische Folie sein, die mit Chrom oder Nickel metallisiert ist. Eine solche Folie bildet einen Widerstand aus. Insbesondere kann durch die schlecht leitende Folie ein Entladewiderstand in das Kondensator-Bauteils 1 integriert werden.
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Weisen die Kondensator-Bauteile 1 gemäß dem ersten und gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zumindest eine aus einer gut leitenden Folie und einer schlecht leitenden Folie auf, so kann auch in ein Kondensator-Bauteil 1, das mehrere Kapazitäten aufweist, eine Funktionskomponente integriert sein, die eine Induktivität oder einen Widerstand ausbildet.
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5 zeigt ein Kondensator-Bauteil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das Kondensator-Bauteil 1 weist vier Kondensator-Elemente 25, 26, 27, 28, die in azimutaler Richtung angeordnet sind, auf. Je zwei benachbarte Kondensator-Elemente 25, 26, 27, 28 sind durch demetallisierte Bereiche 29 voneinander getrennt.
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6 zeigt einen Ausschnitt eines Trägerfilms 9 des Trägerfilmstrangs 8, der zu dem Kondensator-Bauteil 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt, gewickelt wird. Der Trägerfilm 8 weist Abschnitte 30 auf, in denen er metallisiert ist, und Abschnitte 31, die frei von einer Metallisierung 18 sind.
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Durch eine entsprechende Anordnung der von der Metallisierung 18 freien Abschnitten 31 auf den Trägerfilmen 9, 10 wird ein Kondensator-Bauteil 1 gebildet, das in azimutaler Richtung voneinander isolierte Kondensator-Elemente 25, 26, 27, 28 aufweist. Ferner ist die erste und die zweite Schoopschicht 6, 7 derart aufgetragen, dass die erste und die zweite Stirnseite 4, 5 zwischen den Kondensator-Elemente 25, 26, 27, 28 jeweils frei von der Schoopschicht 6, 7 ist, so dass die Kondensator-Elemente 25, 26, 27, 28 nicht über die Schoopschicht 6, 7 miteinander kontaktiert werden können.
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Die von der Metallisierung 18, 19 freien Bereiche des Trägerfilmstrangs 8 können durch eine Demetallisierung unmittelbar vor dem Aufwickeln erzeugt werden.
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Alternativ können sie bei einer Metallisierung des Trägerfilmstrangs 8 in einem Maskierungsverfahren erzeugt werden. Bei dem Maskierungsverfahren kann beispielsweise mit Hilfe eines Ölfilms der Trägerfilmstang 8 vor dem Metallisieren derart maskiert werden, dass Bereiche 31 entstehen, die frei von einer Metallisierung bleiben.
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Der Trägerfilmstrang 8 wird durchgängig für die gesamte Komponentenkombination verwendet. Dementsprechend weist jeder Bereich 11–17 des Grundkörpers 2 des Kondensator-Bauteils 1 den Trägerfilmstrang 8 auf. Insbesondere bilden die Metallisierungen 18, 19 des Trägerfilmstrangs 8 mit dem dazwischen liegenden dielektrischen Material eine erste Kapazität des Kondensator-Bauteils aus.
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In einer Variante der Ausführungsbeispiele wird der Trägerfilmstrang 8 zusammen mit einem Film, der mit Komponenten bestückt ist, zu dem Grundkörper 2 gewickelt. Dieser mit Komponenten bestückte Film könnte derart aufgewickelt werden, dass die Komponenten auf der in radialer Richtung R äußeren Seite des Grundkörpers 2 angeordnet sind. Bei den Komponenten könnte es sich beispielsweise um Halbleiterelemente, beispielsweise Sensoren, handeln.
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Die Grundkörper 2 der Kondensator-Bauelemente 1 gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden in einem vollautomatischen Wickelprozess gefertigt. Dabei wird jeweils der Trägerfilmstrang 8 aufgewickelt. Der Trägerfilmstrang 8 kann wahlweise mit weiteren Elementen zusammen gewickelt werden.
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Das erste bis dritte Ausführungsbeispiel können beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kondensator-Bauteil
- 2
- Grundkörper
- 3
- Symmetrieachse
- 4
- erste Stirnseite
- 5
- zweite Stirnseite
- 6
- erste Schoopschicht
- 7
- zweite Schoopschicht
- 8
- Trägerfilmstrang
- 9
- erster Trägerfilm
- 10
- zweiter Trägerfilm
- 11
- Anfangsleerwindungsbereich
- 12
- erster Kondensatorbereich
- 13
- erster Trennbereich
- 14
- zweiter Kondensatorbereich
- 15
- zweiter Trennbereich
- 16
- dritter Kondensatorbereich
- 17
- Endleerwindungsbereich
- 18
- Metallisierung des ersten Trägerfilms
- 19
- Metallisierung des zweiten Trägerfilms
- 20
- erster Film
- 21
- zweiter Film
- 22
- weiterer Filmstrang
- 23
- erster Trennfilm
- 24
- zweiter Trennfilm
- 25
- Kondensator-Element
- 26
- Kondensator-Element
- 27
- Kondensator-Element
- 28
- Kondensator-Element
- 29
- demetallisierter Bereich
- 30
- Abschnitt des Trägerfilms
- 31
- Abschnitt des Trägerfilms
- R
- radiale Richtung
