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Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Kondensator, bestehend aus einer Vielzahl von in Zylinderlängsachsenrichtung übereinander gestapelten zylindrischen Wicklungselementen, welche an ihren Stirnseiten elektrische Kontaktflächen aufweisen, die mit, über die Zylindermantelfläche geführten, Schaltbändern in Verbindung stehen sowie mit mindestens einem Anschlussterminal gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2018 117 283 B3 ist eine Kontaktanordnung für Stirnseiten von Kondensatorwickeln vorbekannt.
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Bei der dortigen Lösung geht es primär um den 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. Die dort gezeigten Schaltbänder können aus einem Kupfer- oder Aluminiummaterial oder einem anderen elektrisch leitenden und schweißbaren Material bestehen. Das dort eingesetzte Federelement kann mit dem jeweiligen Schaltband durch Verschweißen elektrisch und mechanisch verbunden werden. Die eingesetzten Kondensatorwickel weisen stirnseitige Kontaktflächen auf, die mit dem Schaltband in Verbindung stehen. Ein derartiger Kondensator kann in ein hohlzylindrisches, becherartiges Gehäuse eingesetzt und mit einem Deckel verschlossen werden, welcher ein entsprechendes Anschlussterminal aufweist. Beispielhaft werden drei Kondensatorwickel übereinander angeordnet. Die Kondensatorwickel bestehen aus einem Dielektrikum aus Kunststofffolie und zwei entsprechenden Kontaktschichten.
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Die oberen Enden der Schaltbänder sind abgewinkelt auf eine Isolierscheibe geführt. Weiterhin sind diese Enden der Schaltbänder elektrisch mit einem Schalt- oder Sicherungsdraht verbunden.
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Bei dem Kondensator mit mindestens zwei Wicklungselementen nach
DE 10 2018 103 166 A1 umfasst selbiger mindestens eine erste und eine zweite Sammelschiene.
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Die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene verbindet die dortigen, an ihren Mantelflächen nebeneinander gestapelten Wicklungselemente parallel miteinander. Die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene sind so angeordnet, dass sie einander überlappen.
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Ein entsprechendes Wicklungselement kann eine Kapazitätseinheit sein. Jedes Wicklungselement des bekannten Kondensators kann die gleiche Kapazität aufweisen und einen ersten Pol einer ersten Polarität und einen zweiten Pol einer zweiten Polarität besitzen. Die Sammelschiene ist als metallischer Streifen oder metallische Stange ausgebildet und wird für eine lokale Starkstromleistungsverteilung konfiguriert. Aufgrund der Überlappung der ersten oder zweiten Sammelschiene ergibt sich eine kleine Induktivität der Verbindung der Sammelschienen und zwischen den, an ihren Mantelflächen nebeneinander gestapelten Wicklungselementen des Kondensators.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten zylindrischen Kondensator anzugeben, welcher sehr niederinduktive Eigenschaften aufweist und der einen Aufbau aus einer Parallelverschaltung mehrerer über ihre Stirnflächen gestapelter Wicklungselemente gestattet, wobei die notwendige interne Verschaltung der Wicklungselemente raumsparend und mit optimierten elektrischen Eigenschaften zu verwirklichen ist.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen zylindrischen Kondensator, bestehend aus einer Vielzahl von in Zylinderachsenrichtung, das heißt axial übereinander gestapelten zylindrischen Wicklungselementen, die jeweils eine Wicklungskapazität besitzen.
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Die Wickelungselemente weisen an ihren Stirnseiten elektrische Kontaktflächen auf, die mit, über die Zylindermantelfläche geführten, Schaltbändern in elektrischer Verbindung stehen. Weiterhin besitzt der zylindrische Kondensator mindestens ein Anschlussterminal je Polarität.
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Erfindungsgemäß sind zwei, an den Zylinderdurchmesser angepasste, im Wesentlichen kreisförmige erste und zweite Anschlussscheiben vorgesehen, welche elektrisch und mechanisch von bzw. durch ein Isolierelement getrennt sind.
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Die erste und damit untere der Anschlussscheiben ist unmittelbar mit einer in Richtung Anschlussterminal liegenden Kontaktfläche eines oberen zylindrischen Wicklungselementes elektrisch verbunden.
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Weiterhin sind von der ersten Anschlussscheibe ausgehend mehrere, verteilt über die Zylindermantelfläche, im Wesentlichen parallel verlaufende, erste Schaltbänder ausgebildet, welche mit einer jeweils vom Anschlussterminal wegweisenden Kontaktfläche der weiteren Wicklungselemente der Menge von Wicklungselementen verbunden sind.
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Von der zweiten der Anschlussscheiben ausgehend sind mehrere, verteilt über die Zylindermantelfläche und deckungsgleich über den ersten Schaltbändern verlaufende zweite Schaltbänder ausgebildet.
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Diese zweiten Schaltbänder führen zu den weiteren Kontaktflächen der übereinander gestapelten Wicklungselemente zum Zweck der elektrischen Parallelverschaltung dieser, wobei mindestens im Überdeckungsbereich von den ersten und zweiten Schaltbändern eine Isolationsschicht oder Isolationsumhüllung zwischen diesen vorgesehen ist.
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Die Anschlussscheiben sind mit jeweils mindestens einem Anschlussterminal verbunden oder weisen mindestens ein integral mit ihnen ausgebildetes Anschlussterminal auf.
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Die Flächenform der Schaltbänder ist im Bereich ihrer Erstreckung entlang der Zylindermantelfläche an den Zylinderradius bzw. den Zylinderumfang angepasst. Mit anderen Worten schmiegen sich die Schaltbänder an die zylindrische Umfangsfläche der jeweiligen Wicklungselemente an.
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Die Schaltbänder sind bevorzugt zylinderumfangsseitig symmetrisch angeordnet, zum Beispiel in einer Zweier- oder Vierergruppe.
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Weiterhin sind die Schaltbänder erfindungsgemäß als separates Bauteil ausgeführt und mit der jeweiligen Anschlussscheibe, zum Beispiel durch Verschweißen oder Verlöten, verbindbar.
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Die Anschlussscheiben weisen eine im Wesentlichen identische Form und Größe auf.
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Das Isolationselement besitzt bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Kappenform oder die Form eines Deckels, wobei sich der Kappen- oder Deckelrand über einen Teilabschnitt des oberen Wicklungselementes und der dort angeschlossenen ersten Schaltbänder erstreckt.
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Die Zahl der stapelbaren Wicklungselemente liegt bei einer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich zwischen zwei und zwölf.
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Die Anzahl der umfangsseitig über die Mantelfläche des Zylinders geführten, jeweils ersten oder zweiten Schaltbänder liegt zwischen zwei und sechs, bevorzugt zwischen zwei und vier.
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Die ersten und die zweiten Schaltbänder sind maximal überdeckend angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann in bekannter Weise in einen Becher eingesetzt und mit einem integralen oder separaten Becherboden bzw. einem Becherdeckel verschlossen werden, wobei der Becherdeckel Durchbrüche zu den Anschlussterminals, die beispielsweise als Schraubterminals ausgeführt sind, besitzt.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Die in den Zeichnungen und im Ausführungsbeispiel beschriebene Polarität ist beispielhaft und könnte auch in umgekehrter Weise vorliegen.
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Hierbei zeigen:
- 1 einen zylindrischen Kondensator ohne Außenumhüllung mit zwei übereinander gestapelten, zylindrischen Wicklungselementen und ersten Schaltbändern, die zu einer ersten Anschlussscheibe führen;
- 2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch mit einer im oberen Bereich des Kondensatoraufbaus angeordneten Ausbildung eines Isolierelementes;
- 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 2, jedoch mit angeordneter zweiter Anschlussscheibe mit entsprechenden Terminals, oberhalb des kappenartigen Isolierelementes; und
- 4 eine fertig ausgeführte Parallelverschaltung der zwei übereinander gestapelten zylindrischen Wicklungselemente mit den entsprechenden Anschlussterminals und dargestellter Polarität (+/-).
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Der zylindrische Kondensator gemäß den figürlichen Darstellungen besteht aus z.B. zwei zylindrischen Wicklungselementen 1, die sich in einer Stapelanordnung übereinander befinden. Eine erste Anschlussscheibe 3 ist unmittelbar mit einer in Richtung Anschlussterminal 4 liegenden Kontaktfläche 5 des oberen der zylindrischen Kondensatorwickel 1 elektrisch verbunden.
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Von dieser ersten Anschlussscheibe 3 ausgehend sind verteilt über die Zylindermantelfläche im Wesentlichen parallel verlaufende erste Schaltbänder 7 ausgebildet. Beim gezeigten Beispiel sind dies vier Schaltbänder 7.
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Die Schaltbänder 7 sind im Bereich ihrer Erstreckung in Zylinderlängsrichtung mit einer Isolationsumhüllung 71 umgeben.
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Das untere Ende der Schaltbänder 7 ist mit der vom Anschlussterminal 4 wegweisenden unteren Kontaktfläche des unteren der zylindrischen Wicklungselemente 1 elektrisch verbunden.
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Die Verbindung der beiden Wicklungselemente 1 erfolgt polarisationskorrekt vom Minus-Anschlusspol des oberen Wickels zum Minus-Anschlusspol des unteren Wickels.
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Die Kontaktflächen 9 und 10 der Wicklungselemente liegen sich im quasi mittleren Bereich der Kondensatoranordnung gegenüber und werden dort, wie in der Darstellung nach 4 gezeigt, ebenfalls kontaktiert, und zwar mit weiteren, zweiten Schaltbändern 8.
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Die vom Anschlussterminal 4 wegweisende Kontaktfläche des unteren Wickels 1 ist zur Unterscheidung bezüglich der Kontaktfläche des oberen Wickels mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet.
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Die Schaltbänder 7 sind über die Stirnseiten der entsprechenden Wicklungselemente abgewinkelt und durch Verlöten oder Verschweißen an den Stellen 30 mit der Anschlussscheibe 3 verbunden bzw. im Bereich der unteren Kontaktfläche 100 entsprechend elektrisch kontaktiert.
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Die Darstellung nach 2 zeigt nun die Anordnung eines kappenförmigen Isolierelementes 6. Dieses Isolierelement 6 dient der elektrischen Isolation der abgewinkelten Enden der Schaltbänder 7 nebst deren Verbindungsbereiche 30 mit der ersten Anschlussscheibe 3. Gleichzeitig erstreckt sich der Kappenrand 61 in Richtung Zylinderlängsachse nach unten und er bedeckt hier den oberen Abschnitt der Schaltbänder 7 sowie die Ränder der Kontaktfläche 5.
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Bei der Abbildung nach 3 ist oberhalb des Isolierelementes 6 mit seinem Kappenrand 61 eine zweite Anschlussscheibe 2 umfassend weitere Terminals 41 realisiert.
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Zu dieser zweiten Anschlussscheibe 2 werden nun die weiteren Schaltbänder 8 geführt, die ebenfalls in Bereichen 31 die notwendige elektrische Verbindung besitzen.
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Die zweite Anschlussscheibe 2 führt Plus-Polarität, was demzufolge auch für die Anschlussterminals 41 gilt.
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Die zweiten Schaltbänder 8 führen bis in den Mittenbereich zwischen den gestapelten Wicklungselementen 1, und zwar zu den dortigen Kontaktflächen 9 und 10 (siehe auch 1). Eine entsprechende elektrische Verbindung wird z. B. mit Hilfe von elektrisch leitfähigen Winkelelementen 81 realisiert.
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Die Verschaltung erfolgt hierbei so, dass sich eine elektrische Parallelschaltung der beispielhaften zwei, gestapelten zylindrischen Wicklungselemente 1 ergibt.
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Gemäß Ausführungsbeispiel wird demnach ein zylindrischer Kondensator mit zwei bis zu zwölf, in Richtung der Zylinderachse gestapelten Wicklungselementen realisiert. Die Kondensatoranordnung weist eine erste und eine zweite, bevorzugt kreisförmige Anschlussscheibe auf. Diese umfassen jeweils ein oder zwei Terminals. Die Schaltbänder oder aber auch Bandleiter sind nicht integraler Bestandteil der Anschlussscheiben, sondern außenliegend an die Anschlussscheiben angeschlossen.
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Eine der beiden Anschlussscheiben ist direkt mit einer ersten Kontaktfläche des oberen der Wicklungselemente verbunden.
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Die sich überdeckenden und voneinander elektrisch isolierten Schaltbänder sind symmetrisch vorzugsweise in zwei- bis vierfacher Ausfertigung außenliegend verbaut und kontaktieren wechselseitig die sich berührenden oberen Kontaktflächen 9 bzw. die unteren Kontaktflächen 10 der Wicklungselemente 1. Dabei wird jede obere Kontaktfläche jedes Wicklungselementes und jede untere Kontaktfläche jedes Wicklungselementes mit jeweils einem elektrischen Potential der Anschlussscheiben wechselseitig verbunden, so dass sich die notwendige Parallelverschaltung ergibt.
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Bei einem beispielhaften Aufbau hat sich gezeigt, dass der Beispielkondensator mit zwei Wickeln und einer Kapazität von ca. 500 µF bei Verwendung der beschriebenen Vielfachbandverschaltung mit sich überdeckenden Schaltbändern eine Eigeninduktivität von lediglich ca. 6,5 nH besitzt. Dies liegt deutlich unter den Werten, welche mit einer Standardverschaltung der gleichen Kondensatorwickel innerhalb eines zylindrischen Kondensators ohne sich überdeckende Schaltbänder erzielt werden können.
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Bei einem Aufbau des Beispielskondensators mit gleicher Kapazität, jedoch mit vier Wickelelementen, wurden ca. 5 nH Eigeninduktivität erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018117283 B3 [0002]
- DE 102018103166 A1 [0005]
