DE102018117283B3

DE102018117283B3 - Kontaktanordnung für Stirnseiten von Kondensatorwickeln

Info

Publication number: DE102018117283B3
Application number: DE102018117283.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Limmer; Markus Rosenberg; Thomas Behne; Volker Geitner
Original assignee: ELECTRONICON KONDENSATOREN GmbH
Current assignee: ELECTRONICON KONDENSATOREN GmbH
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: CN110600267A; CN110600267B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Stirnseiten von Kondensatorwickeln zum lötfreien Aufbau von ein- oder mehrphasigen Becherkondensatoren, bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Federelement mit einer Anschlussfläche für ein Schaltband und/oder einen Schalt- oder Sicherungsdraht, wobei sich das Federelement entlang der Oberfläche der zu kontaktierenden jeweiligen Stirnseite erstreckt und dort zur Anlage kommt. Erfindungsgemäß ist das Federelement als mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen ausgebildet, wobei die Finger in V-Form ausgeführt sind und sich die Anschlussfläche im Schnittpunkt der Finger befindet. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein ein- oder mehrphasiger Becherkondensator mit der vorgestellten Kontaktanordnung zur internen elektrischen Verbindung des oder der Wickel untereinander bzw. zu einem Anschlussterminal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Stirnseiten von Kondensatorwickeln zum lötfreien Aufbau von ein- oder mehrphasigen Becherkondensatoren, bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Federelement mit einer Anschlussfläche für ein Schaltband und/oder einem Schalt- oder Sicherungsdraht, wobei sich das Federelement entlang der Oberfläche der zu kontaktierenden jeweiligen Stirnseite erstreckt und dort zur Anlage kommt gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 34 43 069 A1 ist ein elektrischer Kondensator mit Stirnkontaktierung und bestehend aus mindestens zwei Kondensatorwickeln vorbekannt. Die Wickel sind über dortige Stirnkontaktschichten durch elektrisch leitfähige Kontaktfedern lötfrei miteinander verbunden. Die Kontaktfedern sind im Kernloch des Kondensatorwickels mit einem Befestigungsanteil verspannt und weisen einen Kontakt- und Feder-Anteil auf. Der Kontakt-Feder-Anteil der Laschen ist scharfkantig ausgebildet und dringt in die darunterliegende Stirnkontaktschicht ein.
Die GB 398 929 A betrifft einen elektrischen Kondensator mit einem Stapel abwechselnder Schichten auf leitfähigem und dielektrischem Material, wobei ein Drahtglied um den Stapel gedreht bzw. gewickelt ist, um den Stapel unter Druck zu halten. Ein Teil des Drahtgliedes ist vom Stapel weggebogen, um eine elektrische Verbindung herstellen zu können. Das Drahtglied weist insofern Federeigenschaften auf.
Aus der DE 24 51 506 C2 ist ein elektrischer Zündkondensator vorbekannt. Dieser Kondensator besitzt ein becherartiges Gehäuse, in dem ein in Umfangsrichtung des Gehäuses gerollter Wickel untergebracht ist. Der Wickel enthält voneinander isolierte Beläge, von denen ein Belag mit dem Gehäuse und der weitere Belag mit einem Verbindungskörper elektrisch kontaktiert ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem entsprechenden Belag des Wickels wird durch eine am Boden des Gehäuses eingelegte, sich gegen das Gehäuse abstützende Federscheibe hergestellt. Die Federscheibe weist eine einfache Wellenstruktur auf und entspricht ansonsten der Zylinderform des Gehäuses.
Bei dem Kondensator für niederinduktive Zwischenkreisaufbauten nach DE 198 47 028 A1 wird von einem Wickel aus folienhaften Bahnen dielektrischen und leitenden Materials mit einer oberen Anschlussfläche, einer unteren Anschlussfläche, einem Randabschluss und einem zentrisch gelegenen Bereich ohne Wickel in Form einer sich von der oberen Seite bis zur unteren Seite des Kondensatoraufbaus erstreckenden Hülse ausgegangen. Die Hülse wird zur Kontaktierung mit Anschlüssen versehen. Weiterhin ist die Kontaktierung als Druckkontakt realisiert und weist ein Kontaktteil aus einem federnden Material auf.
Federkontaktierungen für Energiespeicher bzw. Kondensatoren sind darüber hinaus aus der EP 2 697 847 B1 , der GB 678 334 A oder der GB 2 065 976 A bekannt.
Aus der US 2018/0247768 A1 ist eine Kontaktanordnung für Stirnseiten für Kondensatoren vorbekannt. Diese besteht aus einem elektrisch leitfähigen Federelement mit einer Anschlussfläche für ein Schaltband. Das Federelement erstreckt sich entlang der Oberfläche der zu kontaktierenden jeweiligen Stirnseite und kommt dort zur Anlage. Das Federelement ist als zweifingeringer Flachfederstreifen ausgebildet, wobei die Finger in U-Form ausgeführt sind.
Bei dem elektrischen Wickelkondensator nach DE 26 24 334 A1 ist in einem becher- oder rohrförmigen Gehäuse ein Kondensatorwickel untergebracht. Eine stirnseitige Scheibe des Wickels dient als äußere Abschlussplatte für das Gehäuse und ist gas- und luftdicht mit dem Gehäuse verbunden.
Der Wickeldorn weist radial eingespritzte oder eingepresste elektrische Anschlussdurchführungen auf, die im Hohlraum des Wickeldorns zum Anbringen von Anschlüssen von außen zugänglich sind.
Bei einer Ausführungsform ist das Gehäuse becherförmig ausgebildet und mit Dehnungssicken versehen. Bei dieser Variante ist nur eine stirnseitige Scheibe am Wickeldorn ausgebildet, die als Abschlussplatte dient. Eine zweite elektrische Durchführung für die leitende Verbindung mit der einer Abdeckplatte abgewandten Stirnfläche des Wickels endet in einer an der unteren Stirnfläche des Wickeldorns freiliegenden Kontaktfläche, die mit einer frei auf einer am Becherboden vorgesehenen Isolatorscheibe liegenden, radial gewellten, elektrisch leitenden und federelastischen Kontaktscheibe derart zusammenwirkend angeordnet ist, dass sie unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes zur Kontaktscheibe einen im entspannten Zustand der Kontaktscheibe hochliegenden zentralen konvexen Kreiswulst niederdrückt.
Auf diese Weise soll ein elektrischer Kontakt gegen die Stirnseite des Wickels gedrückt werden.
Die federelastische Kontaktscheibe selbst ist annähernd kreisrund realisiert und mithin materialintensiv. Bei zyklischen Wechselbelastungen, insbesondere mechanischen Belastungen, hat die federelastische Kontaktscheibe aufgrund der gewählten Konstruktion nicht genügend Freiraum auszuweichen, so dass Beschädigungen der Stirnkontaktseite des Wickels nicht ausgeschlossen werden können.
Bei dem Kontaktteil zum Kontaktieren von Stirnkontaktschichten auf den Stirnseiten eines Kondensatorwickels gemäß der gattungsbildenden DE 10 2011 104 255 B4 ist ein Kontaktträger mit einem Anschlussbereich zum Anschließen eines elektrischen Leiters vorhanden. Der Kontaktträger ist ringförmig und der Anschlussbereich weist eine Anschlussfahne auf. Darüber hinaus erstreckt sich mindestens ein senkrecht aus dem Kontaktträger herausragendes Kontaktstück, das mit mindestens einer in eine Stirnkontaktschicht eines Kondensatorwickels eindrückbaren Kontaktspitze versehen ist. Durch das Eindrücken der Kontaktspitze soll eine ausreichende elektrische Verbindung mit der entsprechenden Stirnkontaktschicht realisiert werden. Um die Eindringtiefe der Kontaktspitze zu begrenzen, ist ein entsprechender Anschlag vorgesehen.
Auch bei dieser Lösung des Standes der Technik sind bei mechanischen und elektrischen Dauerbelastungen nachhaltige Beschädigungen des Kondensatorwickels nicht ausgeschlossen.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Kontaktanordnung für Stirnseiten von Kondensatorwickeln zum lötfreien Aufbau von ein- oder mehrphasigen Becherkondensatoren anzugeben, wobei die Kontaktanordnung besonders kostengünstig herstellbar sein soll und darüber hinaus allen mechanischen und elektrischen Belastungen, insbesondere auch gegenüber extremen Vibrationen, genügt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Kontaktanordnung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1 sowie durch einen ein- oder mehrphasigen Becherkondensator, welcher die erfindungsgemäße Kontaktanordnung aufweist.
Die Unteransprüche stellen mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Kontaktanordnung bzw. des Becherkondensators dar.
Es wird demnach von einer Kontaktanordnung für die Stirnseiten von Kondensatorwickeln zum lötfreien Aufbau von ein- oder mehrphasigen Becherkondensatoren ausgegangen. Die Kontaktanordnung besteht aus einem elektrisch leitfähigen Federelement mit einer Anschlussfläche für ein Schaltband und/oder einen Schalt- oder Sicherungsdraht.
Das Federelement erstreckt sich entlang der Oberfläche der zu kontaktierenden jeweiligen Stirnseite und kommt dort zur Anlage.
Erfindungsgemäß ist das Federelement als mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen ausgebildet, wobei die Finger in V-Form ausgeführt sind und sich die Anschlussfläche im Schnittpunkt der Finger befindet.
Obwohl eine V-Form bevorzugt ist, kommt auch eine angenäherte V-Form erfindungsgemäß zur Anwendung. Auch die Kombination einer V-Form in Richtung der Bildung eines W oder M liegt im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung.
Der jeweilige Finger besitzt eine Wellenstruktur derart, dass mindestens zwei Berührungsabschnitte bezogen auf die Oberfläche der jeweiligen Stirnseite des Kondensatorwickels gebildet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Federelement aus einem Federbronzematerial, es kann aber auch aus einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Federmaterial bestehen.
Die Schaltbänder können aus einem Kupfer- oder Aluminiummaterial oder einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Material bestehen. Das Federelement kann mit dem jeweiligen Schaltband durch Verschweißen elektrisch und mechanisch verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Flachfederstreifen eine Wellenstruktur, welche einer Sinuskurve entspricht oder einer solchen Sinuskurve angenähert ist.
Die Berührungsabschnitte kontaktieren in einer Linie über die jeweilige Breite des Flachfederstreifens eindrück- und zerstörungsfrei die jeweilige Oberfläche des jeweiligen Kondensatorwickels. Durch den sich ergebenden Linienkontakt, der von einem Punktkontakt einer aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktspitze abweicht, ist eine Beschädigung durch Eindringen in die Oberfläche der Stirnseite des Wickels ausgeschlossen. In überraschender Weise hat sich gezeigt, dass im Ergebnis umfangreicher Stoß- und Schwingungsprüfungen lediglich leichte Druck- oder Rüttelstellen im Kontaktierungsbereich Federelement/Stirnseite erkennbar sind, ohne jedoch elektrisch wirksame Schäden nach sich zu ziehen. Auch bei einer vielfachen Prüf-Stoßentladungsbelastung erfindungsgemäßer Kondensatoren, welche die erfindungsgemäße Kontaktanordnung anwenden, konnten keine nachteiligen, veränderten elektrischen Eigenschaften festgestellt werden.
Die erfindungsgemäß eingesetzten gewellten Flachfederstreifen können als Bandmaterial geliefert, entsprechend abgelängt und durch Punktschweißen oder eine andere elektrisch leitende Anschlusstechnik unter Erhalt der V-Form verbunden werden. Dabei ist in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Wickeldurchmesser durch Längenauswahl der betreffenden Finger möglich, ohne dass, wie beim Stand der Technik erforderlich, eine Vielzahl von Wellfedern mit unterschiedlichen kreisrunden Abmessungen vorrätig gehalten werden muss.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein ein- oder mehrphasiger Becherkondensator mit einem durch einen Deckel verschließbaren zylindrischen Gehäuse, wobei im Gehäuse ein oder, axial gestapelt, mehrere Kondensatorwickel befindlich sind.
Der oder die Kondensatorwickel weisen stirnseitige Kontaktflächen sowie mindestens ein internes Schaltband und einen am Deckel fixierten Anschlussterminal auf.
Erfindungsgemäß ist für die interne Kontaktierung der jeweiligen stirnseitigen Kontaktfläche des betreffenden Wickels ein mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen vorgesehen, wobei die Finger in V-Form ausgeführt sind und sich eine Schaltband- oder sonstige Anschlussfläche im Schnittpunkt der Finger befindet.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie von Figuren näher erläutert werden.
Die 1 zeigt hierbei einen Kondensatoreinbau am Beispiel eines dreiphasigen Kondensators mit Bändern zur elektrischen Verschaltung und erfindungsgemäßen Federelementen. Die 2 illustriert das erfindungsgemäße Federelement in mehreren Ansichten.
Der in der 1 gezeigte Einbau wird in ein hohlzylindrisches, becherartiges Gehäuse eingesetzt und mit einem Deckel verschlossen, welcher ein entsprechendes Anschlussterminal aufweist. Je nach Ausführungsform kann der Becher noch mit einem Gas oder einem Öl gefüllt werden und eine Überdrucksicherung, insbesondere in Form einer Überdruckabreißsicherung, aufweisen.
Der Aufbau gemäß 1 und Ausführungsbeispiel geht von drei Kondensatorwickeln 1 aus. Ein entsprechender Kondensatorwickel besteht aus einem Dielektrikum aus Kunststofffolie und zwei entsprechenden Kontaktschichten.
Schaltbänder 2 dienen der elektrischen Kontaktierung der einzelnen Kondensatorwickel 1. Die Schaltbänder 2 können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material bestehen, welche sich mit den Federelementen 3, zum Beispiel durch einen Schweißprozess, elektrisch gut verbinden lässt.
Am unteren und oberen Ende des in der 1 gezeigten Aufbaus ist ein auf die Abmessungen des nicht gezeigten Gehäuses abgestimmtes kappenartiges Isolationsteil 4 vorhanden. Das obere Isolationsteil 4 weist einen Durchbruch zum Hindurchführen von Schalt- oder Sicherungsdrähten 5 auf.
Auf einer Isolierscheibe 6 sind abgewinkelt jeweils Enden von Schaltbändern 2 befindlich, die elektrisch mit dem entsprechenden Schalt- oder Sicherungsdraht 5 kontaktiert sind.
Das erfindungsgemäße Federelement 3 ist als mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen ausgebildet.
Die Finger 3 bzw. 30 sind in V-Form ausgeführt.
Im Schnittpunkt der Finger 3; 30 befindet sich eine Anschlussfläche, entweder für ein Ende des jeweiligen Schaltbandes 2 bzw. ein entsprechendes Ende des Schalt- oder Sicherungsdrahtes 5.
Dort wo elektrisch notwendig, sind die Schaltbänder 2 mit einer Isolationsumhüllung versehen, um Kurzschlüsse zu vermeiden und die notwendigen Trennstrecken zu gewährleisten.
Aus der 1 ist ersichtlich, dass der jeweilige Finger 3; 30 eine Wellenstruktur derart besitzt, dass mindestens zwei Berührungsabschnitte bezogen auf die Oberfläche der jeweiligen Stirnseite 10 des Kondensatorwickels 1 gebildet sind.
Die Flachfederstreifen respektive die Finger 3; 30 besitzen hierbei eine Wellenstruktur, welche einer Sinuskurve entspricht oder dieser angenähert ist.
Die Berührungsabschnitte der Flachfederstreifen kontaktieren die jeweilige Stirnseite 10 des jeweiligen Wickels deformations- und zerstörungsfrei. Insofern sind die Berührungsabschnitte linienförmig über die jeweilige Breite des Flachfederstreifens realisiert. Wird der Flachfederstreifen breiter gewählt, ergibt sich eine Berührungsabschnittslinie größerer Länge mit der Folge einer größeren Stromtragfähigkeit.
Die vorgestellte Kontaktanordnung findet insbesondere Anwendung für ein- oder mehrphasige Becherkondensatoren mit einem durch einen Deckel verschließbaren zylindrischen Gehäuse, wobei im Gehäuse ein, oder axial gestapelt, mehrere Kondensatorwickel befindlich sind. Der oder die Kondensatorwickel weisen stirnseitige Kontaktflächen auf, wie dies aus der 1 nachvollzogen werden kann. Weiterhin ist mindestens ein Schaltband und ein am Deckel fixiertes Anschlussterminal vorhanden.
Für die interne Kontaktierung der jeweiligen stirnseitigen Kontaktflächen kommt der vorgestellte, mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen zum Einsatz, wobei die Finger in V-Form ausgeführt sind und sich eine Schaltbandanschlussfläche im Schnittpunkt der Finger befindet.
Nach dem Einbau der Anordnung gemäß 1 in ein dort nicht gezeigtes becherartiges Gehäuse und anschließendem Verschluss mittels Deckel steht die Stapelkonstruktion unter axialer Vorspannung, die sich durch die Wellenstruktur der Flachfederstreifen aufbaut, so dass unter allen Betriebsumständen, insbesondere bei thermischer und mechanischer Belastung, die gewünschte Kontaktsicherheit mit entsprechendem Betriebsverhalten bei hoher Langzeitstabilität des Kondensators gegeben ist.
Die 2 zeigt mehrere Ansichten des erfindungsgemäßen Federelementes mit den Fingern 3; 30 in V-Form.
Die perspektivische Ansicht sowie die Seitenansicht gemäß 2 lässt die Wellenstruktur der Finger 3; 30 deutlich werden.
Die Anschlussfläche für das Schaltband 2 besteht im gezeigten Beispiel aus zwei Verschweißungsabschnitten 20. Die Wellenstruktur der Finger 3; 30 ist so gebildet, dass mindestens zwei Berührungsabschnitte 31; 32 bezogen auf die Oberfläche des in der 2 nicht gezeigten Kondensatorwickels gebildet sind.

Claims

Kontaktanordnung für Stirnseiten für Kondensatorwickeln (1) zum lötfreien Aufbau von ein- oder mehrphasigen Becherkondensatoren, bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Federelement (3) mit einer Anschlussfläche für ein Schaltband (2) und/oder einem Schalt- oder Sicherungsdraht (5), wobei sich das Federelement (3) entlang der Oberfläche der zu kontaktierenden jeweiligen Stirnseite (10) erstreckt und dort zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) als mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen ausgebildet ist, wobei die Finger (3; 30) in V-Form ausgeführt sind und sich die Anschlussfläche im Schnittpunkt der Finger (3; 30) befindet.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Finger (3; 30) eine Wellenstruktur derart besitzt, dass mindestens zwei Berührungsabschnitte (31; 32) bezogen auf die Oberfläche der jeweiligen Stirnseite (10) des Kondensatorwickels (1) gebildet sind.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) aus Federbronzematerial oder einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Federmaterial (3) besteht.
Kontaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Schaltband (2) aus Kupfer- oder Aluminiummaterial oder einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Material besteht.
Kontaktanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachfederstreifen eine Wellenstruktur besitzen, welche einer Sinuskurve entspricht oder dieser angenähert ist.
Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsabschnitte (31; 32) in einer Linie über die jeweilige Breite des Flachfederstreifens deformations- und zerstörungsfrei die jeweilige Oberfläche des jeweiligen Kondensatorwickels (1) kontaktieren.
Ein- oder mehrphasiger Becherkondensator mit einem durch einen Deckel verschließbaren zylindrischen Gehäuse, wobei im Gehäuse ein, oder axial gestapelt, mehrere Kondensatorwickel (1) befindlich sind, der oder die Kondensatorwickel (1) stirnseitige Kontaktflächen (10) aufweisen sowie mit mindestens einem internen Schaltband (2) und einem am Deckel fixierten Anschlussterminal, dadurch gekennzeichnet, dass für die interne Kontaktierung der jeweiligen stirnseitigen Kontaktfläche des Kondensatorwickels (1) ein mindestens zweifingeriger, gewellter Flachfederstreifen ausgebildet ist, wobei die Finger (3; 30) in V-Form ausgeführt sind und sich eine Schaltband-Anschlussfläche im Schnittpunkt der Finger (3; 30) befindet.
Ein- oder mehrphasiger Becherkondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Finger eine Wellenstruktur derart besitzt, dass mindestens zwei Berührungsabschnitte (31; 32) bezogen auf die Oberfläche der jeweiligen Stirnseite (10) des Kondensatorwickels (1) gebildet sind.
Ein- oder mehrphasiger Becherkondensator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) aus einem Federbronzematerial oder einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Federmaterial (3) besteht.
Ein- oder mehrphasiger Becherkondensator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachfederstreifen eine Wellenstruktur besitzen, welche einer Sinuskurve entspricht oder dieser angenähert ist.
Ein- oder mehrphasiger Becherkondensator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsabschnitte (31; 32) in einer Linie über die jeweilige Breite des Flachfederstreifens deformations- und zerstörungsfrei die jeweilige Oberfläche des jeweiligen Kondensatorwickels kontaktieren.