DE102021104389A1

DE102021104389A1 - Kondensatoreinrichtung

Info

Publication number: DE102021104389A1
Application number: DE102021104389.1A
Authority: DE
Inventors: Johannes Klier
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-07-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kondensatoreinrichtung mit einem elektrisch leitenden ersten und zweiten Flachleiter (2,3), zwischen denen Kondensatoren (4) angeordnet sind, wobei die Kondensatoren (4) jeweilig einen elektrischen ersten Kondensatoranschluss (4a) aufweisen, der mit dem ersten Flachleiter (2) elektrisch leitend verbunden ist, und jeweilig einen elektrischen zweiten Kondensatoranschluss aufweisen, der mit dem zweiten Flachleiter (3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei zumindest einige der Kondensatoren (4) eine derartige äußere Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen diesen Kondensatoren (4) ein Zwischenraum (5) ausgebildet ist, wobei ausgehend von dem ersten Flachleiter (2) ein mit dem ersten Flachleiter (2) verbundenes Wärmeleitelement (6) in den Zwischenraum (5) hineinverläuft, wobei der Zwischenraum (5) mit einem Füllstoff verfüllt ist, wobei der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt mit dem Wärmeleitelement (6) und mit mindestens einem der Kondensatoren (4), zwischen denen der Zwischenraum (5) vorhanden ist, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatoreinrichtung.
Aus der DE 20 2018 102 388 U1 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Kondensatoreinrichtung bekannt. Eine solche Kondensatoreinrichtung wird in der Stromrichtertechnik, insbesondere als Zwischenkreiskondensator, eingesetzt. Beim Betrieb eines Stromrichters entstehen im Zwischenkreiskondensator elektrische Verluste, die zu einer Erwärmung des Zwischenkreiskondensators führen. Ein Zwischenkreiskondensator wird deshalb in der Regel mittels eines Kühlkörpers gekühlt. Um eine effiziente Kühlung der Kondensatoren eines Zwischenkreiskondensators von einem Kühlkörper zu ermöglichen, müssen dessen Kondensatoren effizient entwärmbar sein. Weiterhin muss ein Zwischenkreiskondensator, um im Betrieb des Stromrichters auftretende Überspannungen zu vermeiden, niederinduktiv ausgebildet sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine niederinduktiv ausgebildete Kondensatoreinrichtung, deren Kondensatoren effizient entwärmbar sind, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kondensatoreinrichtung mit einem elektrisch leitenden ersten und zweiten Flachleiter, zwischen denen Kondensatoren angeordnet sind, wobei die Kondensatoren jeweilig einen elektrischen ersten Kondensatoranschluss aufweisen, der mit dem ersten Flachleiter elektrisch leitend verbunden ist, und jeweilig einen elektrischen zweiten Kondensatoranschluss aufweisen, der mit dem zweiten Flachleiter elektrisch leitend verbunden ist, wobei zumindest einige der Kondensatoren eine derartige äußere Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen diesen Kondensatoren ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei ausgehend von dem ersten Flachleiter ein mit dem ersten Flachleiter verbundenes Wärmeleitelement in den Zwischenraum hineinverläuft, wobei der Zwischenraum mit einem Füllstoff verfüllt ist, wobei der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt mit dem Wärmeleitelement und mit mindestens einem der Kondensatoren, zwischen denen der Zwischenraum vorhanden ist, aufweist.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Wärmeleitelement mit dem ersten Flachleiter einstückig ausgebildet ist. Hierdurch wird eine sehr gute thermisch leitende Verbindung des Wärmeleitelements mit dem ersten Flachleiter erzielt.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Wärmeleitelement als ein in Richtung auf den zweiten Flachleiter zu gebogener, aus dem ersten Flachleiter teilweise freigestellter, vorzugsweise U-förmiger Bereich ausgebildet ist. Hierdurch wird eine rationelle Herstellung des Wärmeleitelements ermöglicht.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt mit dem Wärmeleitelement und mit den Kondensatoren, zwischen denen der Zwischenraum vorhanden ist, aufweist. Hierdurch wird eine gut thermisch leitende Verbindung des Wärmeleitelements mit den Kondensatoren, zwischen denen der Zwischenraum vorhanden ist, erzielt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Füllstoff als Klebstoff, insbesondere als thermisch leitfähiger Klebstoff und/oder als Vergussmaterial, insbesondere als thermisch leitfähiges Vergussmaterial oder als Wärmeleitpaste ausgebildet ist. Hierdurch wird eine zuverlässige, insbesondere gut thermisch leitende, Verbindung des Wärmeleitelements mit dem jeweiligen Kondensator erzielt.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kondensatoren als, vorzugsweise ungehauste, Kondensatorwickel ausgebildet sind. Hierdurch ist die Kondensatoreinrichtung besonders platzsparend ausgebildet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Anzahl der Kondensatoren, zwischen denen der Zwischenraum vorhanden ist, mindestens drei beträgt. Hierdurch können über ein Wärmeleitelement mindestens drei Kondensatoren entwärmt werden.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kondensatoren, zwischen denen der Zwischenraum vorhanden ist, einen mechanischen Kontakt zueinander aufweisen, so dass diese Kondensatoren den Zwischenraum in senkrechter Richtung zur Normalenrichtung des ersten Flachleiters begrenzen. Hierdurch wird ein lateral begrenzter Zwischenraum geschaffen.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Betrieb der Kondensatoreinrichtung der erste Flachleiter ein elektrisches erstes Potential und der zweite Flachleiter ein elektrisches zweites Potential aufweist. Hierdurch bilden der erste und zweite Flachleiter eine Gleichspannungsverschienung aus.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kondensatoren der Kondensatoreinrichtung vollständig innerhalb eines zwischen dem ersten und zweiten Flachleiter ausgebildeten Raums angeordnet sind. Hierdurch ist die Kondensatoreinrichtung besonders niederinduktiv ausgebildet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kondensatoren der Kondensatoreinrichtung matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet sind. Hierdurch ist die Kondensatoreinrichtung besonders leicht herstellbar.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn zueinander direkt benachbarte Kondensatoren einen mechanischen Kontakt zueinander aufweisen. Hierdurch ist die Kondensatoreinrichtung besonders platzsparend ausgebildet.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Flachleiter zur thermisch leitenden Ankopplung an einen dem ersten Flachleiter zugewandten Kühlkörper vorgesehen ist. Wenn der erste Flachleiter thermisch leitend an einen dem ersten Flachleiter zugewandten Kühlkörper angekoppelt ist, können die Kondensatoren vom Kühlkörper effizient gekühlt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung,
2 eine weitere perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung, wobei nicht sichtbare Linien gestrichelt dargestellt sind, und
3 eine weitere perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung, wobei ein erster Flachleiter der erfindungsgemäßen Kondensatoreinrichtung nicht dargestellt ist.

In 1 und 2 sind perspektivische Ansichten auf eine erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung 1 dargestellt. In 3 ist eine weitere perspektivische Ansicht auf die erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung 1 dargestellt, wobei ein erster Flachleiter 2 der erfindungsgemäßen Kondensatoreinrichtung 1 nicht dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Kondensatoreinrichtung 1 weist einen elektrisch leitenden ersten Flachleiter 2 und einen elektrisch leitenden zweiten Flachleiter 3 auf. Der erste und der zweite Flachleiter 2 und 3 sind vorzugsweise als Blechelemente ausgebildet und sind vorzugsweise, zumindest im Wesentlichen, aus Kupfer ausgebildet. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der erste Flachleiter 2 einen elektrischen ersten Anschlussbereich 2a und der zweite Flachleiter 3 einen elektrischen zweiten Anschlussbereich 3a auf. Der jeweilige Anschlussbereich 2a bzw. 3a weist jeweilig ein zugehöriges Durchgangsloch 2b bzw. 3b zur Realisierung einer Schraubverbindung mit einem jeweilig zugehörigen elektrischen externen Anschlusselement auf.
Zwischen dem ersten und zweiten Flachleiter 2 und 3 sind Kondensatoren 4 angeordnet. Die Kondensatoren 4 sind vorzugsweise vollständig innerhalb eines zwischen dem ersten und zweiten Flachleiter 2 und 3 ausgebildeten Raums angeordnet. Die Kondensatoren 4 sind vorzugsweise als ungehauste, Kondensatorwickel ausgebildet. Die Kondensatoren 4 weisen jeweilig einen elektrischen ersten Kondensatoranschluss 4a auf, der mit dem ersten Flachleiter 2 elektrisch leitend verbunden ist, und jeweilig einen elektrischen zweiten Kondensatoranschluss auf, der mit dem zweiten Flachleiter 3 elektrisch leitend verbunden ist. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kondensatoranschlüssen und den Flachleitern 2 und 3 können z.B. als Löt-, Sinter- oder Schweißverbindungen ausgebildet sein. Die ersten und zweiten Kondensatoranschlüsse können eine beliebige Form aufweisen, wobei im Rahmen des Ausführungsbeispiels die ersten und zweiten Kondensatoranschlüsse als auf an zwei gegenüberliegenden Seiten der Kondensatoren 4 angeordnete Flachanschlüsse ausgebildet sind. Die Kondensatoren 4 der Kondensatoreinrichtung 1 sind vorzugsweise matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet. Vorzugsweise weisen zueinander direkt benachbarte Kondensatoren 4 einen mechanischen Kontakt zueinander auf. Es sei dabei angemerkt, dass die Kondensatoreinrichtung 1 selbstverständlich noch mehr Kondensatoren 4 als die in den Figuren dargestellten vier Kondensatoren 4 aufweisen kann. Im Betrieb der Kondensatoreinrichtung 1 weist der erste Flachleiter 2 vorzugsweise ein elektrisches erstes Potential und der zweite Flachleiter 3 ein elektrisches zweites Potential auf. Das erste Potential kann als Positivpotential und das zweite Potential kann als Negativpotential oder umgekehrt realisiert sein. Der erste und zweite Flachleiter 2 und 3 bilden somit vorzugsweise eine Gleichspannungsverschienung aus. Die Kondensatoreinrichtung 1 wird in der Stromrichtertechnik, insbesondere als Zwischenkreiskondensator, eingesetzt.
Zumindest einige der Kondensatoren 4 weisen eine derartige äußere Form auf und sind derart zueinander angeordnet, dass zwischen diesen Kondensatoren 4 ein Zwischenraum 5 ausgebildet ist. Die Kondensatoren 4, zwischen denen der Zwischenraum 5 vorhanden ist, weisen vorzugsweise einen mechanischen Kontakt zueinander auf, so dass diese Kondensatoren 4 den Zwischenraum 5 in senkrechter Richtung zur Normalenrichtung N des ersten Flachleiters 2 begrenzen. Die Anzahl der Kondensatoren 4, zwischen denen der Zwischenraum 5 vorhanden ist, beträgt vorzugsweise mindestens drei.
Ausgehend von dem ersten Flachleiter 2 verläuft ein mit dem ersten Flachleiter 2 verbundenes Wärmeleitelement 6 in den Zwischenraum 5 hinein. Das Wärmeleitelement 6 kann z.B. mittels einer Löt,- Sinter-, Schweiß- oder Klebeverbindung mit dem Wärmeleitelement 6 verbunden sein. Das Wärmeleitelement 6 ist vorzugsweise aus Metall ausgebildet. Das Wärmeleitelement 6 ist vorzugsweise, wie beim Ausführungsbeispiel, mit dem ersten Flachleiter 2 einstückig ausgebildet. Das Wärmeleitelement 6 ist dabei vorzugsweise als ein in Richtung auf den zweiten Flachleiter 3 zu gebogener, aus dem ersten Flachleiter 2 teilweise freigestellter, vorzugsweise U-förmiger, Bereich 7 ausgebildet.
Der Zwischenraum 5 ist mit einem in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Füllstoff verfüllt, wobei der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt, insbesondere einen mechanischen Kontakt, mit dem Wärmeleitelement 6 und mit mindestens einem der Kondensatoren 4, zwischen denen der Zwischenraum 5 vorhanden ist, vorzugsweise mit den Kondensatoren 4, zwischen denen der Zwischenraum 5 vorhanden ist, aufweist. Der Füllstoff ist vorzugsweise als Klebstoff, insbesondere als thermisch leitfähiger Klebstoff und/oder als Vergussmaterial, insbesondere als thermisch leitfähiges Vergussmaterial, oder als Wärmeleitpaste ausgebildet. Der thermisch leitfähige Klebstoff bzw. das thermisch leitfähige Vergussmaterial weist vorzugsweise Partikel, insbesondere Metallpartikel, insbesondere Silberpartikel, und/oder insbesondere Keramikpartikel, auf. Der Klebstoff bzw. das Vergussmaterial kann z.B. Epoxidharz aufweisen. Alternativ kann das Vergussmaterial z.B. Silikon aufweisen.
Es sei angemerkt, dass die Kondensatoreinrichtung 1 selbstverständlich bei entsprechender Anzahl der Kondensatoren 4 mehrere entsprechende Wärmeleitelemente 6 aufweisen kann, die in analoger Weise in entsprechende Zwischenräume 5 hinein verlaufen, wobei die Zwischenräume 5 in analoger Weise mit dem Füllstoff verfüllt sind und der Füllstoff thermisch leitfähige Kontakte mit den Wärmeleitelementen 6 und mit den Kondensatoren 4 aufweist.
Der erste Flachleiter 2 ist vorzugsweise zur thermisch leitenden Ankopplung an einen dem ersten Flachleiter 2 zugewandten Kühlkörper vorgesehen.
Über das Wärmeleitelement 6 kann die in den Kondensatoren 4 bei deren Betrieb entstehende Wärme sehr wirksam auf den ersten Flachleiter 2 übertragen werden, so dass die Kondensatoren 4 somit über das Wärmeleitelement 6 effizient entwärmt werden. Wenn der erste Flachleiter 2 thermisch leitend an einen dem ersten Flachleiter 2 zugewandten Kühlkörper angekoppelt wird, können die Kondensatoren 4 über das Wärmeleitelement 6 vom Kühlkörper effizient gekühlt werden. Dadurch, dass die Kondensatoreinrichtung 1 einen elektrisch leitenden ersten und zweiten Flachleiter 2 und 3 aufweist, zwischen denen die Kondensatoren 4 angeordnet sind, weist die Kondensatoreinrichtung 1 einen niederinduktiven Aufbau auf.
Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere das Wärmeleitelement 6 und der Zwischenraum 5, auch mehrfach in der erfindungsgemäßen Kondensatoreinrichtung 1 vorhanden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202018102388 U1 [0002]

Claims

Kondensatoreinrichtung mit einem elektrisch leitenden ersten und zweiten Flachleiter (2,3), zwischen denen Kondensatoren (4) angeordnet sind, wobei die Kondensatoren (4) jeweilig einen elektrischen ersten Kondensatoranschluss (4a) aufweisen, der mit dem ersten Flachleiter (2) elektrisch leitend verbunden ist, und jeweilig einen elektrischen zweiten Kondensatoranschluss aufweisen, der mit dem zweiten Flachleiter (3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei zumindest einige der Kondensatoren (4) eine derartige äußere Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen diesen Kondensatoren (4) ein Zwischenraum (5) ausgebildet ist, wobei ausgehend von dem ersten Flachleiter (2) ein mit dem ersten Flachleiter (2) verbundenes Wärmeleitelement (6) in den Zwischenraum (5) hineinverläuft, wobei der Zwischenraum (5) mit einem Füllstoff verfüllt ist, wobei der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt mit dem Wärmeleitelement (6) und mit mindestens einem der Kondensatoren (4), zwischen denen der Zwischenraum (5) vorhanden ist, aufweist.
Kondensatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6) mit dem ersten Flachleiter (2) einstückig ausgebildet ist.
Kondensatoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6) als ein in Richtung auf den zweiten Flachleiter (3) zu gebogener, aus dem ersten Flachleiter (2) teilweise freigestellter, vorzugsweise U-förmiger Bereich (7) ausgebildet ist.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen thermisch leitfähigen Kontakt mit dem Wärmeleitelement (6) und mit den Kondensatoren (4), zwischen denen der Zwischenraum (5) vorhanden ist, aufweist.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff als Klebstoff, insbesondere als thermisch leitfähiger Klebstoff und/oder als Vergussmaterial, insbesondere als thermisch leitfähiges Vergussmaterial oder als Wärmeleitpaste ausgebildet ist.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (4) als, vorzugsweise ungehauste, Kondensatorwickel ausgebildet sind.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kondensatoren (4), zwischen denen der Zwischenraum (5) vorhanden ist, mindestens drei beträgt.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (4), zwischen denen der Zwischenraum (5) vorhanden ist, einen mechanischen Kontakt zueinander aufweisen, so dass diese Kondensatoren (4) den Zwischenraum (5) in senkrechter Richtung zur Normalenrichtung (N) des ersten Flachleiters (2) begrenzen.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Kondensatoreinrichtung (1) der erste Flachleiter (2) ein elektrisches erstes Potential und der zweite Flachleiter (3) ein elektrisches zweites Potential aufweist.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (4) der Kondensatoreinrichtung (1) vollständig innerhalb eines zwischen dem ersten und zweiten Flachleiter (2,3) ausgebildeten Raums angeordnet sind.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (4) der Kondensatoreinrichtung (1) matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet sind.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zueinander direkt benachbarte Kondensatoren (4) einen mechanischen Kontakt zueinander aufweisen.
Kondensatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flachleiter (2) zur thermisch leitenden Ankopplung an einen dem ersten Flachleiter (2) zugewandten Kühlkörper vorgesehen ist.