DE102015001508B4

DE102015001508B4 - Elektrisches Durchführungsfilter

Info

Publication number: DE102015001508B4
Application number: DE102015001508.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Fromm
Original assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: DE102015001508A1

Abstract

Elektrisches Durchführungsfilter zur Entstörung einer als massive Stromschiene (1) ausgebildeten Ausgangsleitung eines elektrischen Leistungswandlers, der in einem allseitig geschlossenen Metallgehäuse aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene durch eine Öffnung (2') in einer Gehäusewand (2) des Metallgehäuses hindurchgeführt ist, und in der Umgebung der Öffnung ein Element mit einer sich parallel zur Gehäusewand erstreckenden Hauptfläche (3') ausbildet, das in Kooperation mit der Gehäusewand (2) einen Kondensator des Durchführungsfilters bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Durchführungsfilter zur Entstörung einer als massive Stromschiene ausgebildeten Ausgangsleitung eines elektrischen Leistungswandlers, der in einem allseitig geschlossenen Metallgehäuse aufgenommen ist.
Solche elektrischen Leistungswandler werden etwa in Kraftfahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb als sogenannte DC/DC-Wandler eingesetzt, die die Betriebsspannung der Traktionsbatterie, die mehrere hundert Volt beträgt, auf eine kraftfahrzeugübliche Bordnetzspannung von 12 oder 48 Volt herabsetzen, mit der die elektrischen Verbraucher, wie die Fahrzeugbeleuchtung oder diverse Verstellmotoren, versorgt werden. Der Leistungswandler arbeitet dabei als Schaltnetzteil mit Schaltfrequenzen im Bereich mehrerer Kilohertz und erzeugt daher erhebliche Störspannungen.
Darüber hinaus werden im Rahmen der CO₂-Reduzierung auch herkömmliche Fahrzeuge zunehmend mit einem zusätzlichen 48V-Bordnetz ausgestattet. Dieses Netz dient zum Speichern elektrischer Energie, die beim Bremsen zurückgespeist wird (Rekuperation). Die Steuergeräte des Fahrzeugs werden weiterhin mit 12V betrieben. Somit ist ein DC-DC-Wandler von 48V auf 12V nötig. Dieser arbeitet nach dem gleichen Prinzip, wie der zuvor beschriebene.
Durchführungsfilter, die in derartigen elektrischen Leistungswandlern verwendet werden, müssen in der Lage sein, solche Störspannungen, die in die Ausgangsleitung eingekoppelt werden, so abzudämpfen, dass diese nicht in nennenswertem Umfang im Außenraum in Erscheinung treten.
Bei Leistungswandlern mit einer typischen Leistung von 3 kW fließt auf der 12 Volt Seite ein Strom von 250 Ampere. So hohe Ströme können nur noch über massive Stromschienen geleitet werden. Es ist äußerst schwierig, ein Durchführungsfilter und dabei insbesondere einen Kondensator induktionsarm an eine solche Stromschiene anzubinden.
Die Offenlegungsschrift DE 103 49 301 A1 zeigt ein elektromagnetisches Durchführungsfilter für ein Substrat, bei dem ein als Plattenkondensator ausgeführtes, separates Bauteil mit einem Durchführungsleiter in elektrischen Kontakt gestellt und an der Durchführungsöffnung angebracht ist.
Die DE 20 2004 015 549 U1 und die DE 699 23 805 T2 zeigen weitere, relativ aufwendige, konstruktive Ausführungen elektromagnetischer Durchführungsfilter für einen Durchführungsleiter, wobei ebenfalls separate Bauteile eingesetzt werden.
Das elektrische Durchführungsfilter gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine sehr robuste und kostengünstige Möglichkeit zur Realisierung der erforderlichen Entstörwirkung zur Verfügung.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Stromschiene durch eine Öffnung in einer Gehäusewand des Metallgehäuses hindurchgeführt ist, und in der Umgebung der Öffnung ein Element mit einer sich parallel zur Gehäusewand erstreckenden Hauptfläche ausbildet, das in Kooperation mit der Gehäusewand einen Kondensator des Durchführungsfilters bildet.
Eine besonders einfache und wirksame Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Durchführungsfilters sieht vor, dass das Element der Stromschiene mit seiner sich parallel zur Gehäusewand erstreckenden Hauptfläche als kreisrunde Scheibe ausgebildet ist, und dass zwischen der Hauptfläche der Scheibe und der Gehäusewand eine dünne Unterlegscheibe aus einem dielektrischen Material eingebracht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Durchführungsfilters sind auf der Außenseite der Gehäusewand auf der Stromschiene eine weitere dünne Unterlegscheibe aus dem dielektrischen Material und eine Scheibe mit einer Hauptfläche parallel zu der Gehäusewand aus dem gleichen Material wie die Stromschiene und elektrisch leitend mit dieser verbunden aufgebracht, die in Kooperation mit der Gehäusewand einen weiteren Kondensator des Durchführungsfilters bilden.
Zur vorteilhaften Befestigung der Stromschiene an der Gehäusewand ist die Stromschiene im Bereich ihres Austritts aus der Gehäusewand mit einem Außengewinde versehen, auf dem eine Befestigungsmutter aufgeschraubt ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stromschiene im Bereich ihres Durchtritts durch die Gehäusewand von einer ringförmigen Hülse aus einem Ferritmaterial umgeben ist, die eine induktive Komponente des Durchführungsfilters bildet.
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt die Zeichnung in der einzigen Figur eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Durchführungsfilters in einem Längsschnitt durch eine Stromschiene 1. Die Stromschiene 1 bildet die Ausgangsleitung eines elektrischen Leistungswandlers, der in einem allseitig geschlossenen Metallgehäuse mit Gehäusewänden 2 aufgenommen ist. Die Stromschiene 1, die maximale Ströme von bis zu 250 Ampere tragen muss, ist im Bereich ihrer Durchführung durch die Gehäusewand 2 im Querschnitt kreisrund mit einem Durchmesser von 8 bis 12 mm ausgeführt, und tritt durch eine entsprechend große Öffnung 2' in der Gehäusewand 2 hindurch. Auf der Innenseite der Gehäusewand 2 ist an die Stromschiene 1 einstückig eine Verdickung angeformt, die in eine kreisrunde Scheibe 3 mündet, die sich mit ihrer Hauptfläche 3' parallel zu der Gehäusewand 2 erstreckt. Zwischen der Hauptfläche 3' der Scheibe 3 und der Gehäusewand ist eine dünne, kreisrunde Unterlegscheibe 4 aus einem dielektrischen Material eingebracht. Auf der Außenseite des Gehäuses sind auf der Stromschiene 1 eine weitere dünne Unterlegscheibe 5 aus dem dielektrischen Material, eine Scheibe 6 mit einer Hauptfläche parallel zu der Gehäusewand 2 aus dem gleichen Material wie die Stromschiene, sowie eine Befestigungsmutter 7 aufgebracht. Die Stromschiene 1 ist mit der Scheibe 6 aus dem gleichen Material elektrisch leitend verbunden und in diesem Bereich mit einem Außengewinde versehen, auf dem die Befestigungsmutter 7 aufgeschraubt ist. Im Bereich ihres Durchtritts durch die Gehäusewand 2 ist die Stromschiene 1 außerdem von einer ringförmigen Hülse 8 aus einem Ferritmaterial umgeben.
Die Scheiben 3 und 6 bilden mit den dielektrischen Unterlegscheiben 4 und 5 und der Gehäusewand 2 im Bereich ihrer sich parallel zu der Gehäusewand 2 erstreckenden Hauptfläche 3' jeweils einen Plattenkondensator aus. Diese beiden Plattenkondensatoren fungieren als kapazitive Komponenten des Durchführungsfilters. Die ringförmige Hülse 8 aus Ferritmaterial fungiert als eine zusätzliche induktive Komponente des Durchführungsfilters.

Claims

Elektrisches Durchführungsfilter zur Entstörung einer als massive Stromschiene (1) ausgebildeten Ausgangsleitung eines elektrischen Leistungswandlers, der in einem allseitig geschlossenen Metallgehäuse aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene durch eine Öffnung (2') in einer Gehäusewand (2) des Metallgehäuses hindurchgeführt ist, und in der Umgebung der Öffnung ein Element mit einer sich parallel zur Gehäusewand erstreckenden Hauptfläche (3') ausbildet, das in Kooperation mit der Gehäusewand (2) einen Kondensator des Durchführungsfilters bildet.
Elektrisches Durchführungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element der Stromschiene (1) mit einer sich parallel zur Gehäusewand (2) erstreckenden Hauptfläche (3') als kreisrunde Scheibe (3) ausgebildet ist, und dass zwischen der Hauptfläche (3') der Scheibe (3) und der Gehäusewand (2) eine dünne Unterlegscheibe (4) aus einem dielektrischen Material eingebracht ist.
Elektrisches Durchführungsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite der Gehäusewand (2) auf der Stromschiene (1) eine weitere dünne Unterlegscheibe (5) aus dem dielektrischen Material und eine Scheibe (6) mit einer Hauptfläche parallel zu der Gehäusewand (2) aus dem gleichen Material wie die Stromschiene (1) und elektrisch leitend mit dieser verbunden aufgebracht sind, die in Kooperation mit der Gehäusewand (2) einen weiteren Kondensator des Durchführungsfilters bilden.
Elektrisches Durchführungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) im Bereich ihres Austritts aus der Gehäusewand (2) mit einem Außengewinde versehen ist, auf dem eine Befestigungsmutter (7) aufgeschraubt ist.
Elektrisches Durchführungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) im Bereich ihres Durchtritts durch die Gehäusewand (2) von einer ringförmigen Hülse (8) aus einem Ferritmaterial umgeben ist, die eine induktive Komponente des Durchführungsfilters bildet.