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Die Erfindung betrifft einen Leistungskondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal und Kondensatorwickel, wobei der Gehäusebecher einstückig geformt mit Gehäuseboden ausgebildet ist, gemäß Anspruch 1.
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Aus der
EP 1 678 993 B1 ist ein Gehäusebecher für ein elektronisches Bauteil mit integriertem Kühlkörper vorbekannt. Der diesbezüglich beschriebene Gehäusebecher soll die Wärmeabgabefähigkeit eines elektronischen Bauteils verbessern. Hierfür wird ein Kühlkörper in den Gehäusebecher integriert. Der Kühlkörper umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen, die im Wesentlichen in Axialrichtung des Gehäusebechers von dem Becherboden abstehen. Bei weiteren Varianten sind diese Vorsprünge wahlweise stiftartig, prismenförmig oder lamellenartig ausgebildet. Die Grundform des Gehäusebechers ist im Wesentlichen zylindrisch. Der vorbekannte Gehäusebecher ist einseitig offen, wobei die Anschlüsse des im Becher befindlichen elektronischen Bauelements, insbesondere eines Kondensators, durch einen einsetzbaren Gehäusedeckel hindurchgeführt werden. Der Becherboden selbst bildet die Grundfläche des einstückig mit dem Gehäusebecher ausgebildeten Kühlkörpers.
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Bei der Kondensatorbefestigungsvorrichtung nach
DE 10 2006 012 402 A1 wird ein Kondensator als komplettes Bauteil in einen Becher eingesetzt, wobei der Boden des Bechers zwei Bohrungen besitzt. In der Nähe des Einführungsbereichs des Bechers sind zwei Befestigungslaschen angeformt, um den Becher auf einer Montageplatte zu fixieren.
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Ein insbesondere Gleichspannungskondensator soll in den Becher ohne großen Kraftaufwand einführbar sein. Notwendigerweise muss der Kondensator vom Becher eng umschlossen und verliersicher in diesem angeordnet werden.
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Die vom Kondensator erzeugte Wärme wird an den Becher abgegeben und über die Becherwandung sowie eine thermisch leitfähige Folie an die Montageplatte weitergeleitet.
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Mit einer derartigen Konstruktion ist es nicht möglich, spannungsfeste Leistungskondensatoren insbesondere in niederinduktiver Ausführungsform zu realisieren.
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Bei dem Gehäuseteil für einen Kondensator nach
DE 10 2005 038 409 B4 umfasst das Gehäuseteil ein rohrförmiges Profil mit polygonalem Außenumriss und wenigsten einen sich in Längsrichtung erstreckenden Aufnahmeraum für den Kondensator. Weiterhin ist wenigstens eine Kühlkammer oder ein Kühlkanal im Gehäuse vorhanden. Der Kondensatorwickel wird in das Gehäuseteil eingebracht, wobei stirnseitig ein Anschlussbolzen ausgebildet ist. Ober- und unterseitig wird dann das Gehäuseteil mit einem Kondensatordeckel bzw. einem Kondensatorboden verschlossen.
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Ein klassischer Becherkondensator mit Kondensatorwickel ist in der
DE 10 2008 049 357 A1 gezeigt. Der Becher besitzt einen Verschluss, der Durchführungslöcher für elektrische Zuleitungen zum Kondensatorwickel besitzt. Der Verschluss kann z. B. elektrisch isolierend, insbesondere als Gummistopfen ausgeführt werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Verschluss mit einem Vorsprung oder einer Nase zu versehen, welche über die Ebene einer ausgeführten Bördelung hinaus absteht, um hiermit den Kondensator auf einer Leiterplatte abzustützen und mechanische Schwingungen aufzunehmen.
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Durch die notwendige geometrische Ausbildung insbesondere Dicke des Verschlussstopfens ergeben sich große räumliche Abstände zwischen der Außenseite und der Innenseite des entsprechenden elektrischen Anschlusses, so dass eine bei Leistungskondensatoren gewünschte niedrige Induktivität im Anschlussbereich nicht realisiert werden kann. Um das Problem einer zu erreichenden niederinduktiven elektrischen Verbindung zu lösen, ist nach
DE 10 2008 049 357 A1 vorgeschlagen worden, ein überstehendes Ende einer Wickelfolie des Kondensatorwickels, welche den ersten Pol trägt, mit dem Gehäuseboden elektrisch zu kontaktieren. Dabei ist bevorzugt, dass das entsprechende Ende der Folie umgebogen wird, um dabei möglichst flächig auf der Innenseite des Gehäusebodens anliegen zu können. Eine solche Variante setzt jedoch voraus, dass das Gehäuse grundsätzlich elektrisch leitfähig ist und damit potentialbehaftet ausgeführt werden muss. Es verbleibt aber auch bei einer solchen Lösung durch die erforderliche zweipolige Ausbildung der Anschlussterminals eine an sich zu vermeidende Induktivität.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Leistungskondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal und Kondensatorwickel anzugeben, wobei einerseits die Herstellungstechnologie zu vereinfachen ist sowie andererseits niederinduktive Anschlussverhältnisse vorliegen.
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Je nach Applikations- bzw. Einsatzfall des Leistungskondensators soll die Möglichkeit bestehen, für geeignete Kühlmaßnahmen zu sorgen, wobei auf ein einheitliches konstruktives Grundkonzept mit minimierter Lagerhaltung der Einzelteile abzustellen ist.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Leistungskondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal gemäß Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Es wird demnach von einem Leistungskondensator in becherartiger Gehäuseausführung mit stirnseitigem Anschlussterminal und mindestens einem Kondensatorwickel ausgegangen, wobei der Gehäusebecher einstückig geformt mit Gehäuseboden ausgebildet ist.
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Bevorzugt weist der Gehäusebecher eine hohlzylindrische Form mit integralem Boden auf.
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Der erfindungsgemäße Lösungsansatz liegt nun darin, von einem vom klassischen Becherkondensator umgekehrten Prinzip auszugehen.
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Es wird erfindungsgemäß der Becherboden nicht geschlossen gehalten, sondern mit mindestens einer Durchführung für ein Anschlussterminal versehen. Der entsprechende Kondensatorwickel kann dann von der offenen Seite des Bechers in diesen eingebracht und wickelstirnseitig mit dem hineinragenden Ende des Anschlussterminals eng benachbart kontaktiert werden, was für die gewünschte Niederinduktivität der Gesamtanordnung sorgt.
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Die offene Seite des Bechers kann dann dem an sich bekannten Einbringen eines Gießharzes oder einer Gasfüllung dienen. Die offene Seite wird in einem anschließenden technologischen Schritt mit einem passenden Einsatz verschlossen. Dieses Verschließen kann durch einen Bördelvorgang form- und kraftschlüssig vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß bildet der Einsatz in seiner geometrischen Ausführungsform, seiner Dimensionierung und/oder seiner Materialwahl eine Wärmesenke für aus dem Becherinneren abzuführende am oder im Kondensatorwickel bei Betrieb des Kondensators entstehender Wärme.
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Darüber hinaus kann am Einsatz ein Befestigungsmittel, z. B. ein Bolzen oder dergleichen Gewindestift vorhanden sein, um den Leistungskondensator mechanisch zu fixieren.
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Bei der vorstehend geschilderten Ausführungsform wird die mechanische Befestigung von der elektrischen Kontaktierung getrennt realisiert.
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Je nach Einsatzgebiet, Betriebsbedingungen oder sonstigen geforderten Eigenschaften kann bei einer quasi Standardkonstruktion von becherartigem Gehäuse, Kondensatorwickel und Anschlussterminal der Einsatz individuell ausgeführt werden.
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Bei einer Variante der Erfindung besteht die Möglichkeit, über den Einsatz ein fluides Kühlmittel in das Kondensatorinnere einzubringen oder hindurchzuführen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
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Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Befestigungsvorrichtung potentialbehaftet auszubilden.
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Der Gehäusebecher kann aus einem metallischem Material, aber auch aus einen Kunststoffmaterial bestehen. Dabei ist es nicht zwingend, dass das Material des Gehäusebechers selbst maßgeblich zur Wärmeabfuhr beiträgt, da über den Einsatz für den offenen Teil des Bechers die notwendige Kühlung realisierbar ist.
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Ausgehend von der dem Becherinneren zugewandten Seite des Einsatzes kann sich ein Finger erstrecken, der zum Kondensatorwickel reicht oder in diesen eintaucht. Dabei bildet der Finger eine Wärmesenke zum Zweck der Wärmeübertragung zum Einsatz hin und zur Wärmeabfuhr in die Umgebung.
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Erfindungsgemäß durchdringt das mindestens eine Anschlussterminal Öffnungen im Gehäuseboden und steht becherinnenseitig mit dem Kondensatorwickel in Kontakt. Der Kondensatorwickel ist zum Anschlussterminal eng benachbart angeordnet, um die notwendige Niederinduktivität zu gewährleisten.
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Die dem Gehäuseboden gegenüberliegende Becherseite wird mit dem vorerwähnten Einsatz verschlossen, der je nach Kondensatorwickelausführung und den gewünschten Kühl- und Befestigungsaspekten anpassbar ist.
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Der Einsatz kann eine zusätzliche Masse besitzen oder als zusätzliche Masse im Sinne einer Wärmesenke ausgeführt werden, wobei der Einsatz zum Befestigen des Leistungskondensators dient, indem am Einsatz ein z. B. Gewindebolzen vorhanden ist.
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Alternativ kann der Einsatz einen Rücksprungabschnitt mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Befestigungsschraube oder dergleichen Mittel besitzen.
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In Weiterbildung der Erfindung kann im Inneren des Gehäusebechers mit dem Kondensatorwickel in thermischem Kontakt stehend ein wärmeleitfähiges Material eingebracht werden, welches dann wiederum in thermischen Kontakt mit dem Einsatz bringbar ist.
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Zwischen den Öffnungen im Gehäuseboden und dem Anschlussterminal sind Isolations- und Dichtmittel vorgesehen, wobei der Boden außenseitig mit einer Isolierkappe umgeben ist.
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Auch das Anschlussterminal kann becherinnenseitig in mindestens einen Abschnitt des Kondensatorwickelkerns hineingeführt werden und dort eine Wärmesenke bilden. In diesem Fall übernimmt das Anschlussterminal zumindest teilweise das Abführen von im Betrieb des Kondensators entstehender thermischer Energie.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Leistungskondensators mit einem metallischen Gehäusebecher und einem modularen, anpassbaren Boden mit optionaler Befestigungs- und/oder Kühlvorrichtung;
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2 eine Längsschnittdarstellung eines Leistungskondensators in becherartiger Gehäuseausführung und zweipoligen, axial gegenüberliegenden Anschlusselementen, die insgesamt das Anschlussterminal bilden, und
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3 eine Längsschnittdarstellung eines Leistungskondensators mit Kunststoffbecher, wobei das Kunststoffgehäuse optional fremdgekühlt werden kann und eine modulare Bauweise durch eine frei anpassbare Terminalstruktur mit elektrischem Anschluss und optionaler Kühlvorrichtung vorliegt.
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Bei dem Leistungskondensator in becherartiger Ausführung gemäß 1 ist ein stirnseitiges Anschlussterminal mit zwei Anschlussbolzen 1 und 2 vorgesehen.
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Im Inneren des Gehäusebechers 3 ist ein, im gezeigten Beispiel zweiteiliger, Kondensatorwickel 4 eingebracht.
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Der obere Kondensatorwickel 4 ist eng benachbart zur Innenseite des Gehäusebodens befindlich, so dass nur ein kurzer elektrischer Weg zum jeweiligen inneren Ende des entsprechenden Anschlussterminals 1 oder 2 zurückzulegen ist.
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Die dem Gehäuseboden gegenüberliegende Becherseite ist mit einem je nach Kondensatorwickelausführung anpassbaren Einsatz 5 verschlossen. Dieser Einsatz 5 ist mit dem Bechermaterial bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig in Verbindung stehend. Der Einsatz 5 stellt eine Wärmesenke dar und kann diesbezüglich weitere geeignete wärmeleitfähige Komponenten besitzen, insbesondere ausgebildet als in den Kern des Kondensatorwickels 4 hineinreichende Kühlung 6, z. B. ausgebildet als Kühlfinger.
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Am Einsatz 5 ist eine Befestigungsvorrichtung, insbesondere ausgebildet als Gewindebolzen 7 vorhanden.
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Dieser Gewindebolzen 7 stellt ebenfalls eine Wärmesenke dar.
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Bei der Ausführungsform des Leistungskondensators nach 1 ist der elektrische Anschluss über das Anschlussterminal 1; 2 getrennt von der mechanischen Befestigung des Kondensators mit Hilfe des Gewindebolzens 7.
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Die gezeigte Ausführungsform ermöglicht einen niederinduktiven Aufbau aufgrund der geringen Abstände zwischen den äußeren Terminals und den Kondensatorwickeln. Der Gehäusebecher ist oben geschlossen und weist in der 1 erkennbare Gehäusedurchführungen auf. Ergänzend ist eine Isolierkappe 8 aufgesetzt, um die gewünschten Trennungsabstände im Bereich der Anschlussterminals 1; 2 zu gewährleisten.
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Der Einsatz 5 nebst Gewindebolzen ist an die jeweilige Ausführungsform des Kondensators leicht anpassbar und kann diesbezüglich individualisiert werden. Es ergibt sich durch den individuell ausgestaltbaren Einsatz 5 auch die Möglichkeit angepasster Kühlmöglichkeiten, z. B. mit Hilfe eines Kühlfingers direkt im Inneren des Kondensatorwickels 4.
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Der Gehäusebecher 3 ist bei der Variante nach 1 als elektrisch voll isoliertes Metallgehäuse mit separater mechanischer Befestigung mit Hilfe des Bolzens 7 ausgebildet und kann optional fremdgekühlt werden.
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Die Bauweise stellt sich als modular dar, und zwar durch den frei anpassbaren Einsatz.
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Der Gehäusebecher kann mit einer Harzfüllung vergossen werden oder eine Gasfüllung aufweisen.
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Gemäß der Längsschnittdarstellung eines Leistungskondensators in becherartiger Gehäuseausführung nach 2 besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Einsatz 5 mit Gewindebolzen 7 als elektrischen Anschluss, d. h. potentialbehaftet auszubilden.
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Der Gehäusebecher weist bei dieser Ausführungsform ein besonders isoliertes Anschlussterminal 9 auf, welches eine Schraubkontaktierung ermöglicht. Der das Terminal 9 umgebende Isolator verbessert den Trennungsabstand und führt zu einer erhöhten Isolationsfähigkeit der Gesamtanordnung.
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Die Bauformen gemäß den 1 und 2 sind auch für den Betrieb in isolierenden oder zur direkten äußeren Kühlung vorgesehenen flüssigen Medien, z. B. Öl oder Kühlwasser geeignet.
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Bei dem Leistungskondensator mit Kunststoffbecher nach 3 liegt ein zweipoliger Anschluss mit den Terminals 1 und 2 vor, die sich axial gegenüberliegen. Das Kunststoffgehäuse ist vollisoliert und kann optional über die Mittel 6 fremdgekühlt werden. Die Terminalstruktur ist frei anpassbar und z. B. ausgebildet als thermisch gut leitender Bolzen, welcher elektrisch isoliert in das Kondensatorinnere reicht und Verlustwärme abführt.
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Die in der 3 gezeigten Kondensatoren können sehr einfach parallel geschaltet werden, und zwar unter Rückgriff auf (bedarfsweise gekühlte) leitfähige Trägerplatten. Hierdurch sind hohe Leistungsdichten realisierbar und es ist die gewünschte niedrige Induktivität gegeben.
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Die Kühlung über die Mittel 6 kann individuell bedarfsweise ein- oder beidseitig, d. h. von oben und/oder unten vorgenommen werden.
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Der Kunststoffbecher 3 nach 3 kann über die obere Öffnung vergossen werden.
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Der erfindungsgemäße Einsatz ist bei der Lösung nach 3 als Bodenterminal 11 ausgebildet, in der gezeigten Form als Flansch mit einem auch nach innen reichenden Bolzen zur Bildung einer Wärmesenke.
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Der Bolzen bzw. die bolzenartigen Terminals 1 und 2 können eine Hohlbohrung besitzen, um Kühlflüssigkeit oder ein anderes geeignetes Kühlmedium durch die Becheranordnung zu führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1678993 B1 [0002]
- DE 102006012402 A1 [0003]
- DE 102005038409 B4 [0007]
- DE 102008049357 A1 [0008, 0009]
