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Die Erfindung betrifft einen Folienkondensator und ein Verfahren zum Herstellen eines Folienkondensators.
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Folienkondensatoren können im Betrieb stark erwärmen. Dies bedeutet bisher, dass zumindest vorübergehend der Betrieb eingeschränkt oder das eine externe Kühlung der Folienkondensatoren bereitgestellt werden muss. Es kann auch ein Wärmeabtrag nach außen erfolgen, allerdings ist das Ausmaß dieses Wärmeabtrags beschränkt. So kann meist nur Wärme von Bereichen des Folienkondensators abgeführt werden, die unmittelbar mit nach außen führenden Anschlüssen des Folienkondensators verbunden sind. Ein Wärmeabtrag aus dem Innern des Folienkondensators ist hingegen nicht in signifikantem Ausmaß möglich.
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Aus der
DE 10 2013 216 941 B4 ist eine Lösung bekannt, bei der Kühlelemente, die mit externen Kühlkörpern verbunden sind, in Ausnehmungen eines Folienkondensators eingeschoben sind. Hierdurch kann Wärme nach außen abgeführt werden. Die Kühlelemente sind elektrisch von den strom- bzw. spannungsführenden Bestandteilen des Folienkondensators isoliert. Diese Lösung zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen aus und erschwert beispielsweise das Einfassen Folienkondensators in einem Gehäuse.
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Es besteht somit einen Bedarf dafür, eine Erwärmung von Folienkondensatoren mittels baulich einfacher Maßnahmen zu begrenzen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in dieser Beschreibung definiert.
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Entsprechend wird ein Folienkondensator vorgeschlagen, mit:
- - wenigstens einem ersten Kondensatormodul und einem zweiten Kondensatormodul, die jeweils eine alternierende Abfolge von dielektrischen Kunststoffschichten und elektrisch leitfähigen Metallschichten umfassen;
- - wenigstens einem ersten nach außen geführten elektrischen Anschluss und wenigstens einem zweiten nach außen geführten elektrischen Anschluss, wobei jeder der Anschlüsse mit dem ersten und mit dem zweiten Kondensatormodul elektrisch leitend verbunden ist;
- - wenigstens einem ersten Wärmeableitelement, das zwischen dem ersten und zweiten Kondensatormodul angeordnet ist und das entweder mit dem ersten oder dem zweiten elektrischen Anschluss elektrisch leitfähig und thermisch leitfähig verbunden ist (insbesondere zumindest indirekt und beispielsweise über eine Kontaktierungsschicht der hierin offenbarten Art). Wärme der Kondensatormodule, die von dem Wärmeableitelement aufgenommen wird, ist über den mit dem Wärmeableitelement entsprechend verbundenen Anschluss nach außen führbar.
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Die Kondensatormodule können auch als Kondensatoreinheiten oder Kondensatorteilkörper bezeichnet werden. Sie können zueinander elektrisch parallel geschaltet sein, insbesondere zwischen den beiden nach außen führenden elektrischen Anschlüssen. Insbesondere können die Kondensatormodule gemeinsam über die ersten und zweiten Anschlüsse elektrisch kontaktiert sein. Die Kondensatormodule können derart elektrisch kontaktiert und/oder geschaltet sein, dass sie gemeinsam eine Gesamtkapazität des Folienkondensators definieren.
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Durch das Bereitstellen einzelner Kondensatormodule kann deren Anzahl und somit die Gesamtkapazität des Folienkondensators bedarfsgerecht gewählt werden.
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Der hierin offenbarte Folienkondensator kann insbesondere in einem elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann er Bestandteil eines Zwischenspeichers dieses elektrischen Antriebs sein oder diesen Zwischenspeicher bilden, wobei der Zwischenspeicher insbesondere ein Zwischenkreiskondensator sein kann.
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Die Schichtabfolge der Kondensatormodule kann entlang einer definierten Achse vorliegen, die hierin rein beispielhaft als Schichtungsachse bezeichnet wird. In bekannter Weise kann die Mehrschichtigkeit der Kondensatormodule dadurch erreicht werden, dass wenigstens eine dielektrische Folie und eine Metallfolie, oder wenigstens eine metallisch beschichtete dielektrische Folie, mehrfach gewickelt, gewunden und/oder aufeinander gestapelt werden. Als Resultat kann entlang der Schichtungsachse betrachtet eine Abfolge von zueinander parallelen Materialschichten vorliegen, wobei die jeweiligen Schichten insbesondere orthogonal zu der Schichtungsachse verlaufen können.
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Als Kunststoffmaterial für die dielektrische Folie kann beispielsweise Polypropylen oder Polyester verwendet werden. Als leitendes Metallmaterial kann z.B. Aluminium verwendet werden.
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Die Kondensatormodule können entlang einer Achse aufeinandergestapelt und/oder übereinander angeordnet sein, die parallel zu den jeweiligen Schichtungsachsen verläuft oder mit dieser zusammenfäll. Diese Achse wird hierin rein beispielhaft als Stapelachse bezeichnet.
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Die nach außen führenden elektrischen Anschlüsse können flächig und/oder im Wesentlichen eben sein. Sie können über eine Lötverbindung mit den Kondensatormodulen und/oder daran aufgebrachten Kontaktierungsschichten der nachstehend erläuterten Art verbunden sein. Sie können parallel zu den jeweiligen Schichtungsachsen der Kondensatormodule verlaufen und/oder parallel zueinander. Sie können einen zylindrischen und/oder rechteckigen Raum begrenzen, innerhalb dem die Kondensatormodule angeordnet und aufeinandergestapelt sind.
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Gemäß einer Variante umfassen die nach außen führenden elektrischen Anschlüsse jeweils eine Mehrzahl von Kontaktierungspins. Diese können an einem von den Kondensatormodulen entfernten und/oder abgewandten Ende der Anschlüsse angeordnet sein.
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Das Wärmableitelement kann z. B. langgestreckt und/oder im Wesentlichen flächig, eben oder planar sein. Beispielsweise kann es sich um einen flachen Block oder Quader handeln. Die Kondensatormodule können in einem Abstand zueinander angeordnet sein, insbesondere in einem Abstand entlang der Stapelachse. Hierdurch kann ein Zwischenraum zwischen den Kondensatormodulen definiert werden. Das Wärmableitelement kann in diesem Zwischenraum angeordnet werden. Insbesondere kann es vollständig darin positioniert sein und beispielsweise nicht seitlich hieraus hervorstehen. Weiter kann eine Höhe des Zwischenraums entlang der Stapelachse einer Höhe des Wärmableitelements entlang der Stapelachse entsprechen. Das Wärmableitelement kann die Kondensatormodule berühren.
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Das Wärmableitelement kann aus einem massiven Material bestehen und optional keine Ausnehmungen oder Durchbrechungen aufweisen. Dies kann die Wärmeableitung verbessern. Insbesondere kann das Wärmableitelement ein metallisches Material umfassen oder aus einem solchen bestehen, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
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Ist eine Mehrzahl von Kondensatormodulen vorgesehen, ist bevorzugt zwischen jeweils zwei entlang der Stapelachse unmittelbar benachbarten Kondensatormodulen jeweils ein Wärmableitelement angeordnet. Bevorzugt sind sämtliche Kondensatormodule und/oder sind sämtliche Wärmableitelemente des Folienkondensators gleichartig zueinander ausgebildet.
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Dadurch, dass das Wärmableitelement thermisch leitfähig mit einem der Anschlüsse verbunden ist, kann dieses Wärme der Kondensatormodule aufnehmen, welche im Betrieb des Folienkondensators Wärmequellen bilden, und an die Anschlüsse übertragen. Letztere können die Wärme in die Umgebung abführen. Hierfür können die Anschlüsse vorteilhafterweise mit einer externen Wärmesenke thermisch leitfähig verbunden sein. Andere gezielte konduktive Wärmeableitungen von den Kondensatormodulen in die Umgebung können nicht vorgesehen sein.
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In Abweichung von dem einleitend angeführten Stand der Technik sieht die offenbarte Lösung somit vor, für die elektrische Funktionsweise des Folienkondensators ohnehin vorzusehenden Komponenten, insbesondere die nach außen führenden Anschlüsse, gezielt für eine Wärmeabfuhr zu nutzen, und zwar insbesondere auch für eine Wärmeabfuhr aus dem Kodensatorinnern. So ist es mittels der Wärmableitelemente möglich, auch aus innenliegenden Bereichen der Folienkondensatoren, die entfernt von den Anschlüssen sind, Wärme in signifikantem Ausmaß nach außen abzuführen.
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Weiter ist es durch die vorgeschlagene Nutzung der elektrischen Anschlüsse zur gezielten Wärmeableitung nicht oder allenfalls in einem geringen Ausmaß notwendig, zusätzliche Komponenten wie zum Beispiel externe Kühlkörper für eine Wärmeabfuhr bereitzustellen.
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Mit der offenbarten Lösung kann insbesondere die Baugröße, die Bauteileanzahl und somit die Komplexität und insbesondere die resultierende Fertigungskomplexität des Folienkondensators reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Wärmeableitelement ein flächiges Metallbauteil, insbesondere ein Blech. Hierdurch kann eine große Kontaktfläche für eine effektive Wärmeübertragung bei zum Beispiel begrenzter Dicke des Wärmeableitelements entlang der Stapelachse erzielt werden. Eine Dicke des Wärmableitelements (d. h. eine Abmessung entlang der Stapelachse) kann zum Beispiel nicht mehr als 20 % oder nicht mehr als 10 % einer Dicke eines jeweiligen Kondensatormoduls betragen. Hierdurch ist eine ausreichende Wärmeableitung ohne übermäßige Erhöhung der resultierenden Gesamtdicke des Folienkondensators erzielbar.
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Eine Größe der Fläche des Wärmableitelements in einer zur Stapelachse orthogonalen Ebene (und/oder eine Kontaktfläche zwischen Wärmableitelement und Kondensatormodulen) beträgt vorzugsweise wenigstens zwei Drittel der korrespondierend ausgerichteten Fläche der Kondensatormodule. Insbesondere kann die Größe dieser Fläche des Wärmableitelements kleiner als diejenige der Kondensatormodule sein. Hierdurch wird eine ausreichend große Anlagefläche und somit Wärmeübertragung ermöglicht, bei gleichzeitiger Einhaltung eines ausreichenden Abstandes des Wärmableitelements zu dem entsprechend anderen Anschluss, mit dem keine elektrisch leitfähige Verbindung besteht.
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Das Wärmeableitelement kann sich parallel zu den Schichten der Kondensatormodule erstrecken (oder, mit anderen Worten, zu einer Ebene dieser Schichten). Beispielsweise kann es in einem selben Winkel zur Stapelachse und/oder jeweiligen Schlichtungsachse wie diese Schichten verlaufen, insbesondere jeweils orthogonal zu den genannten Achsen.
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Zum Erzielen einer ausgeprägten Wärmeübertragung kann das Wärmeableitelement beide Kondensatormodule berühren.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Kondensatormodule jeweils mittels einer Kontaktierungsschicht mit einem jeweiligen von erstem und zweitem Anschluss elektrisch leitend verbunden. Genauer gesagt können die Kondensatormodule jeweils mittels einer ersten Kontaktierungsschicht elektrisch leitend mit dem ersten Anschluss und mittels einer zweiten Kontaktierungsschicht elektrisch leitend mit dem zweiten Anschluss verbunden sein. Das Wärmeableitelement kann ebenfalls elektrisch leitfähig mit einer der Kontaktierungsschichten verbunden sein und insbesondere mit derjenigen Kontaktierungsschicht, mit dem auch derjenige von ersten und zweiten Anschluss elektrisch leitfähig verbunden ist, an den das Wärmeableitelement Wärme überträgt.
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Die Kontaktierungsschicht kann eine Schoop-Schicht sein. Sie kann zusätzlich zu etwaigen (inneren) Schoop-Schichten der einzelnen Kondensatormodule vorgesehen sein, mit denen zumindest Teile Schichten der Module kontaktiert und/oder miteinander elektrisch verbunden werden. Insbesondere kann die Kontaktierungsschicht mehrere Kondensatormodule überspannen und/oder kontaktieren, insbesondere durch elektrisches Verbinden von jeweiligen (inneren) Schoop-Schicht der einzelnen Kondensatormodule miteinander.
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Die Verbindung zu der Kontaktierungsschicht kann eine physische Verbindung oder, mit anderen Worten, physische Berührung umfassen. Beispielsweise kann die Kontaktierungsschicht auf die Kondensatormodule aufgetragen werden, insbesondere mittels eines Schoop-Verfahrens. Die Kontaktierungsschicht kann sich zusammenhängend entlang einer gemeinsamen Seite (insbesondere entlang gleichartig orientierter und/oder sich in einer gemeinsamen Ebene erstreckenden Seiten) der Kondensatormodule und/oder des Wärmeableitelements erstrecken. Sie kann eine Mehrzahl und insbesondere sämtliche Kondensatormodule entlang der Stapelachse betrachtet überspannen, wie auch das wenigstens eine Wärmeableitelement. Der jeweilige elektrische Anschluss kann zumindest teilweise in die Kontaktierungsschicht eingebettet sein oder nachträglich an diese angebracht werden (z.B. angelötet werden).
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Die Kontaktierungsschicht ist bevorzugt metallisch. Über die Kontaktierungsschicht oder, mit anderen Worten, unter Einbindung dieser kann die thermisch leitfähige Verbindung zwischen dem Wärmableitelement und dem entsprechenden elektrischen Anschluss hergestellt werden.
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Allgemein können das Wärmableitelement und der elektrische Anschluss somit indirekt thermisch und elektrisch leitfähig verbunden sein, insbesondere über die Kontaktierungsschicht und/oder ohne direkte physische Berührung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegen der erste und zweite Anschluss einander gegenüber, insbesondere entlang einer Achse betrachtet, die orthogonal zu der Stapelachse und/oder einer jeweiligen Schichtungsachse verläuft. Das Wärmeableitelement kann sich von demjenigen Anschluss, mit dem es elektrisch leitfähig verbunden ist, in Richtung des entsprechend anderen Anschlusses erstrecken. Mit diesem anderen Anschluss liegt jedoch vorteilhafterweise keine elektrische Verbindung und auch keine unmittelbar thermisch leitfähige Verbindung vor (insbesondere keine konduktive Verbindung). Stattdessen verbleibt das Wärmableitelement vorzugsweise in einem ausreichend großen Abstand zu diesem anderen Anschluss, um zum Beispiel Kriechströme zu vermeiden.
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Der Abstand zu dem entsprechend anderen Anschlusses kann zum Ermöglichen einer ausreichend großen Wärmeübertragungsfläche beispielsweise nicht mehr als 20 % oder nicht mehr als 10 % einer Erstreckungslänge betragen, mit der sich das Wärmeableitelement ausgehend von demjenigen Anschluss erstreckt, mit dem es elektrisch leitfähig verbunden ist.
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Gemäß einer Weiterbildung bilden der erste und der zweite Anschluss Seitenflächen eines (virtuellen) Volumens und das Wärmeableitelement erstreckt sich größtenteils oder ausschließlich innerhalb dieses Volumens. Mit anderen Worten kann das Wärmeableitelement nicht oder zumindest nicht signifikant über diese Seitenflächen seitlich hervorstehen, beispielsweise in eine Richtung betrachtet, die orthogonal zu der Stapelachse verläuft. Zusätzlich oder alternativ kann das Wärmableitelement nicht über die vorstehend erläuterte optionale Kontaktierungsschicht seitlich hervorstehen. Insbesondere kann das Wärmeableitelement sich zwischen den Anschlüssen erstrecken (z.B. orthogonal zur Stapelachse betrachtet) und genauer gesagt in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss. Dies begrenzt die Baugröße des Folienkondensators und kann das Einhausen des Folienkondensators vereinfachen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Folienkondensator ein (zum Beispiel einteiliges oder mehrteiliges) Gehäuse, welches zumindest das Wärmeableitelement und die Kondensatormodule (räumlich) umgibt und/oder von der Umgebung elektrisch isoliert. Anders ausgedrückt können das Wärmableitelement und die Kondensatormodule innerhalb des Gehäuses angeordnet, eingehüllt und/oder von diesem ummantelt sein. Auch optionale Kontaktierungsschichten und/oder Abschnitte der elektrischen Anschlüsse, die mit einer jeweiligen Kontaktierungsschicht verbunden sind, können sich innerhalb des Gehäuses befinden. Weitere Abschnitte der elektrischen Anschlüsse, insbesondere umfassend optionale Kontaktpins, können aus dem Gehäuse hinaus und in die Umgebung ragen. Hierbei kann es sich optional um die einzigen Bestandteile des Folienkondensators handeln, die aus dem Gehäuse herausführen.
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Wenn eine Mehrzahl von Wärmeableitelementen vorgesehen ist, kann wenigstens ein erstes nur mit dem ersten elektrischen Anschluss elektrisch leitfähig und thermisch leitfähig verbunden sein (und nicht mit dem zweiten) und wenigstens ein zweites nur mit dem zweiten elektrischen elektrisch leitfähig und thermisch leitfähig verbunden sein (und nicht mit dem ersten). Sind mehr als zwei Wärmeableitelemente vorgesehen, können diese abwechselnd mit dem ersten und zweiten elektrischen Anschluss verbunden sein, beispielsweise entlang der Stapelachse betrachtet.
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Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Herstellen eines Folienkondensators. Der Folienkondensator kann prinzipiell gemäß jeglicher hierin geschilderten Variante ausgebildet sein. Das Verfahren kann jeglichen weiteren Schritt und jegliche weitere Maßnahmen umfassen, um einen Folienkondensator gemäß jeglicher hierin offenbarten Variante herzustellen.
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Insbesondere umfasst das Verfahren:
- - Anordnen eines Wärmeableitelements zwischen einem ersten Kondensatormodul und einem zweiten Kondensatormodul, die jeweils eine alternierende Abfolge von dielektrischen Kunststoffschichten und elektrisch leitfähigen Metallschichten umfassen;
- - elektrisch leitfähiges und thermisch leitfähiges Verbinden von dem Wärmeableitelement mit einem nach außen geführten elektrischen Anschluss.
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Der elektrische Anschluss kann ein erster oder zweiter nach außen geführter elektrischer Anschluss gemäß jeglicher hierin geschilderten Variante sein. Insbesondere kann der elektrische Anschluss mit beiden der Kondensatormodule elektrisch leitfähig verbunden sein.
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Entsprechend sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, dass der mit dem Wärmeableitelement verbundene Anschluss einer von einem ersten und einem zweiten nach außen geführten elektrischen Anschluss ist und das Verfahren ferner umfasst:
- - jeweiliges elektrisch leitfähiges Verbinden von dem ersten und dem zweiten nach außen geführten Anschluss mit beiden der Kondensatormodule.
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Insbesondere kann ferner folgendes vorgesehen sein:
- - zueinander Ausrichten (und/oder Aneinanderhalten) von Wärmeableitelement, erstem und zweiten Kondensatormodul und wenigstens einem von ersten und zweiten nach außen geführten elektrischen Anschluss;
- - Herstellen einer Kontaktierungsschicht, insbesondere mittels Schoopen, wobei die Kontaktierungsschicht das Wärmeableitelement, das erste und zweite Kondensatormodul und den wenigstens einen von erstem und zweitem nach außen geführten elektrischen Anschluss elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Dies entspricht der vorstehend geschilderten Variante eines Einbettens des Anschlusses in die Kontaktierungsschicht. Alternativ ist es möglich, lediglich das Wärmableitelement und das erste und zweite Kondensatormodule zueinander auszurichten und, insbesondere gemeinsame Seiten hiervon (d. h. eine gleichartig orientierte und/oder sich in einer gemeinsamen Ebene erstreckende Seiten) mittels der Kontaktierungsschicht elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Mit dieser Kontaktierungsschicht kann anschließend der entsprechende Anschluss elektrisch und thermisch leitend verbunden werden, beispielsweise durch Anlöten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Merkmale können figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
- 1 zeigt einen Folienkondensator gemäß Stand der Technik;
- 2 zeigt einen Folienkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 zeigt eine weitere Ansicht des Folienkondensators aus 2;
- 4 zeigt ein Ablaufschema eines Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Folienkondensator 1 gemäß Stand der Technik, wobei ein äußeres Gehäuse weggelassen ist. Die Ansicht entspricht einer Vorderansicht des Folienkondensators 1. Die Orientierung ist derart gewählt, dass eine nicht dargestellte Leiterplatte unterhalb des Kondensator 1 von 1 angeordnet ist und senkrecht auf der Blattebene steht.
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Der Kondensator 1 umfasst mehrere Kondensatormodule 2, die entlang einer Stapelachse S übereinandergestapelt sind. Die Stapelachse S verläuft orthogonal zu der nicht dargestellten Leiterplatte. Die Kondensatormodule 2 können auch als Kondensatorwickel bezeichnet werden. Sie umfassen jeweils mehrere dielektrische Schichten 3 und elektrisch leitende Schichten 4, von denen ausgewählte für eines der Kondensatormodule 2 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Zwischen zwei elektrisch leitende Schichten 4 ist entlang der Stapelachse S betrachtet jeweils eine dielektrische Schicht 3 angeordnet.
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Die Schichten 3, 4 sind durch Wickeln oder alternativ Stapeln derart angeordnet, dass sie sich jeweils orthogonal zu eine Schichtungsachse S' erstrecken, die mit der Stapelachse S zusammenfällt.
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In an sich bekannter Weise können die Kondensatormodule 2 an ihren in 1 nach außen (d. h. nach links und rechts) weisenden Seitenflächen jeweils eine Schoop-Schicht 5 aufweisen. Mittels dieser wird jeweils zumindest ein Teil der elektrisch leitenden Schichten 4 elektrisch leitend kontaktiert.
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Genauer gesagt erfolgt die elektrisch leitfähige Verbindung der elektrisch leitenden Schichten 4 eines jeden Kondensatormoduls 2 in der Weise, dass Schichten 4 einer ersten Gruppe mittels einer ersten Schoop-Schicht 5 an einer ersten Seite des Kondensatormoduls 2 elektrisch leitfähig verbunden werden. Eine andere zweite Gruppe dieser Schichten 4 wird mit einer zweiten Schoop-Schicht 5 an einer zweiten Seite des Kondensatormoduls 2 elektrisch leitfähig verbunden.
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Mit den Schoop-Schichten 5 wird auch jeweils ein nach außen führender Anschluss 6 elektrisch leitend verbunden oder, mit anderen Worten, eine Anschlusselektrode oder eine elektrischen Anschlussplatte. Zum Beispiel kann ein jeweiliger Anschluss 6 an jeweils eine der Schoop-Schichten 5 der Kondensatormodule 2 angelötet werden. Ein in 1 unteres Ende eines jeden Anschlusses 6 steht aus dem nicht dargestellten Gehäuse des Folienkondensators 1 hervor, um beispielsweise mittels einer nicht dargestellten elektrischen Leitung verbunden zu werden. Somit können die vorstehend erläuterten ersten und zweiten Gruppen der Schichten 4 eines jeden Kondensatormoduls 2 mit einem jeweiligen ersten oder zweiten Anschluss 6 elektrisch leitfähig verbunden werden.
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2 zeigt einen Folienkondensator 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Folienkondensator 10 baut auf der Variante aus 1 auf, weshalb sämtliche Erläuterungen und Merkmale im Zusammenhang mit 1 für 2 ebenso gelten können. Zusätzlich zu der Variante aus 1 sind Wärmeableitelemente 12 vorgesehen. Diese sind in Zwischenräumen 14 zwischen den Kondensatormodulen 2 angeordnet. Diese Zwischenräume 14 werden dadurch gebildet, dass die Kondensatormodule 2 in einem geeigneten Abstand entlang der Stapelachse S voneinander angeordnet sind. Dies Abstand kann größer sein, als ein in 1 schematisch angedeuteter und nicht zwingend vorhandener Abstand zwischen benachbarten Kondensatormodulen 2, der eine Aufnahme derartiger Wärmeableitelemente 12 nicht ohne Weiteres ermöglicht.
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Beispielsweise kann während der Herstellung und bei einem Aufeinanderstapeln der Kondensatormodule 2 zwischen jeweils zwei entlang der Stapelachse S aufeinanderfolgenden Kondensatormodulen 2 ein Wärmeableitelement 12 eingelegt werden. Dieses berührt die jeweils benachbarten und orthogonal auf der Stapelachse S stehenden Außenflächen der Kondensatormodule 2, zwischen denen es eingelegt ist.
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Die Wärmableitelemente 12 sind jeweils ein massives Blech. Sie sind jeweils mit einer Kontaktierungsschicht 15 elektrisch und thermisch leitend verbunden. Der Folienkondensator 10 weist insgesamt zwei Kontaktierungsschichten 15 auf, die sich entlang einer gemeinsamen Seite (d.h. entlang gleichartig ausgerichteter Seiten) der Kondensatormodule 2 erstrecken. Die Kontaktierungsschichten 15 sind lediglich schematisch per Strichlinie dargestellt.
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Die Kontaktierungsschichten 15 überspannen sämtliche der Kondensatormodule 2 oder, mit anderen Worten, erstrecken sich entlang der Stapelachse S betrachtet entlang sämtlicher der Kondensatormodule 2. Die Kontaktierungsschichten 15 verbinden die jeweils an sie angrenzenden Schoop-Schichten 5 der Kondensatormodule 2 elektrisch miteinander.
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Die Kontaktierungsschichten 15 erstrecken sich auch entlang jeweils eines angrenzenden nach außen führenden Anschluss 6 und sind mit diesem elektrisch und thermisch leitend verbunden. Folglich sind auch die mit einer entsprechenden Kontaktierungsschicht 15 jeweils verbundenen Schoop-Schichten 5 und dazugehörigen Schichten 4 der Kondensatormodule 2 und auch etwaige mit der entsprechenden Kontaktierungsschicht 15 verbundene Wärmeableitelemente 12 elektrisch und thermisch leitfähig mit dem angrenzenden Anschluss 6 verbunden.
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Die in 2 angedeutete Position einer jeweiligen Kontaktierungsschicht 15 ist lediglich schematisch. Wie nachstehend noch anhand von 3 erläutert, kann sich die Kontaktierungsschicht 15 zum Beispiel teilweise in Ausnehmungen oder Zwischenräumen, die von einem jeweiligen Anschluss 6 begrenzt werden, hinein erstrecken (insbesondere in einer zur Stapelachse S orthogonalen Richtung). Eine jeweilige Kontaktierungsschicht 15 kann jedoch zumindest bereichsweise sowie orthogonal zur Stapelachse S betrachtet zwischen einem angrenzenden Anschluss 6 und den angrenzenden Kondensatormodulen 2 und/oder Wärmeableitelementen 12 angeordnet sein.
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In dem gezeigten Beispiel sind sämtliche Wärmableitelemente 12 mit demselben Anschluss 6 elektrisch und thermisch leitend verbunden. Dies ist jedoch nicht zwingend und zumindest ein Teil der Wärmableitelemente 12 kann auch mit dem entsprechend anderen Anschluss 6 elektrisch und thermisch leitend verbunden sein.
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Ausgehend von demjenigen Anschluss 6, mit dem die Wärmableitelemente 12 jeweils elektrisch leitend verbunden sind, erstrecken diese sich jeweils orthogonal zur Stapelachse S und in Richtung des gegenüberliegenden Anschlusses 6. Jedoch verbleiben die Wärmableitelemente 12 (beispielsweise in einer zur Stapelachse S orthogonalen Richtung betrachtet) in einem Zwischenraum zwischen den Anschlüssen 6 und ragen nicht seitlich über diese hinaus. Weiter verbleiben sie in einem Abstand zu dem jeweiligen anderen Anschluss 6, mit dem sie nicht elektrisch leitend verbunden sind, um eine unbeabsichtigte Stromübertragungen von oder auf diesen Anschluss 6 zu verhindern.
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Schematisch angedeutet in 2 ist ferner die Möglichkeit, den Folienkondensator 12 in einem optionalen Gehäuse 18 anzuordnen. Lediglich die nach unten weisenden Enden der Anschlüsse 6 können aus diesem Gehäuse 18 herausragen.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Folienkondensators 10 aus 2, wobei der Folienkondensator 10 ohne Kontaktierungsschicht 15 dargestellt ist. Die Perspektive entspricht einer Kippung des Folienkondensators 12 aus 2 um 90° um die Stapelachse S.
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Dargestellt ist wiederum die Abfolge aus Kondensatormodulen 2 sowie dazwischen angeordneten Wärmableitelementen 12 entlang der Stapelachse S. Weiter blickt man auf einen der Anschlüsse 6 aus 2. Dieser ist flächig oder plattenförmig ausgebildet. An seinem unteren Ende weist der Anschluss 6 eine Mehrzahl von Kontaktpins 20 auf. In einem oberen Bereich weist er eine Mehrzahl von optionalen Stegen 22 auf. Diese ermöglichen eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Kondensatormodule 2 und der Wärmableitelemente 12 mit dem Anschluss 6. insbesondere ermöglichen die Zwischenräume zwischen den Stegen 22 eine zuverlässige elektrische aber auch mechanische Verbindung mit der nachträglich aufgebrachten und in 2 nicht dargestellten Kontaktierungsschicht 15.
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In dem in 3 dargestellten Zustand kann diese Kontaktierungsschicht 15 wiederum mittels eines Schoop-Verfahrens auf die dem Betrachter zugewandte Seite des Folienkondensators 10 (aber ebenso an der abgewandten Seite) aufgebracht werden und dadurch die dargestellten Komponenten elektrisch und thermisch leitend verbinden.
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4 ist ein Ablaufschema eines Herstellungsverfahrens eines Folienkondensators 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Folienkondensator 10 kann gemäß den Varianten der 2 und 3 ausgebildet sein. In einem Schritt S1, der nicht zwingender Bestandteil des hierin offenbarten Verfahrens ist, werden die Kondensatormodule 2 aus 2 gemäß bekannter Verfahren des Standes der Technik hergestellt.
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In einem Schritt S2 werden die Kondensatormodule 2 entlang der Stapelachse S und unter Einlegen von Wärmableitelementen 12 zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Kondensatormodulen 2 übereinandergestapelt.
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In einem Schritt S3 werden die Anschlüsse 6 an einander gegenüberliegenden Seiten des resultierenden Stapels angeordnet, was dem Zustand aus 3 entspricht. Zusammengefasst werden im Rahmen der Schritte S2 und S3 die Kondensatormodule 10, Wärmableitelemente 12 und Anschlüsse 6 in einer gewünschten Weise zueinander ausgerichtet, die deren späterer Relativausrichtung in dem fertiggestellten Folienkondensator 10 entspricht.
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In einem Schritt S4 werden insbesondere mittels eines herkömmlichen Schoop-Verfahrens die Kontaktierungsschichten 15 aufgebracht. Im Fall der 2 und 3 werden mittels einer ersten dieser Kontaktierungsschichten 15 die Kondensatormodule 10 (genauer gesagt eine Gruppe ausgewählter leitender Schichten 4 hiervon), die Wärmableitelemente 12 und einer der Anschlüsse 6 elektrisch leitend und thermisch leitend miteinander verbunden. Der entsprechend andere der Anschlüsse 6 wird über eine andere zweite Kontaktierungsschicht 15 zumindest mit den Kondensatormodulen 10 (genauer gesagt mit einer anderen Gruppe ausgewählter leitender Schichten 4 hiervon) elektrisch leitend verbunden, nicht aber mit den Wärmableitelementen 12.
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In einem nicht dargestellten optional weiteren Schritt kann das Gehäuse 18 aus 2 ergänzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Folienkondensator (gemäß Stand der Technik)
- 2
- Kondensatormodul
- 3
- dielektrische Schicht
- 4
- elektrisch leitfähige Schicht
- 5
- Schoop-Schicht (innerhalb eines Kondensatormoduls)
- 6
- Anschluss
- 10
- Folienkondensator (gemäß erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel)
- 12
- Wärmeableitelement
- 14
- Zwischenraum
- 15
- Kontaktierungsschicht
- 18
- Gehäuse
- 20
- Kontaktpin
- 22
- Steg
- S
- Stapelachse
- S'
- Schichtungsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013216941 B4 [0003]
