DE3625368A1 - Entstoerfilter fuer stromkreise in der elektrischen anlage eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Entstörfilter für Stromkreise in der elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung des Haupt­ anspruchs aus. Es sind bereits Entstörfilter bekannt, bei denen als kapazitiver Teil Durchführungskondensatoren verwendet sind. Derar­ tige Durchführungskondensatoren sind teuer und benötigen viel Platz im sehr beschränkten Raumangebot im Einbauraum des Kraftahrzeugs. Darüber hinaus haben die bekannten Entstörfilter den wesentlichen Nachteil, daß die Eigenverlustleistung durch Erwärmung der als in­ duktiver Teil wirkenden Spule sehr hoch ist. Die zulässigen Ströme bei Betrieb des Kraftfahrzeugs sind bei den bekannten Entstörfiltern umgekehrt proportinal zur Umgebungstemperatur.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Entstörfilter der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das die Hochfrequenz-Dämpfungs­ eigenschaften der bekannten Entstörfilter erreicht, jedoch die Nenn­ gleichströme auch bei hoher Umgebungstemperatur hält. Darüber hinaus soll das Entstörfilter einfach und preiswert im Aufbau und geeignet für die Großmengenfertigung sein.

Zur Lösung der Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Dabei ist von Vorteil, daß durch Wegfall der Induktionsspule eine wesentlich geringere Eigenverlustleistung auftritt und außerdem das Spulenmaterial Kupfer gespart wird. Denn es hat sich gezeigt, daß bei dem vorteilhaften Aufbau des Entstörfilters zum Erreichen von guten Hochfrequenz-Dämpfungseigenschaften bei einer zulässigen Dauerstrombelastung bis mindestens 200 A die Induktivität eine so untergeordnete Rolle spielt, daß für das Entstörfilter die Eigeninduktivität eines Leiters genügt, der in Reihe in die zu entstörende Leitung geschaltet ist.

Darüber hinaus können die teueren Durchführungskondensatoren durch preiswerte Flachwickelkondensatoren ersetzt werden. Sie haben außer­ dem den großen Vorteil, daß sie sich großflächig mit dem Leiter und mit dem als Masseteil dienenden Metallgehäuse verbinden lassen. Da­ bei wird durch die großflächige Verbindung der Skin-Effekt ausge­ nutzt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Entstör­ filters möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den in die zu entstö­ rende Leitung geschalteten Leiter mit zwei breiten Flächen zu ver­ sehen, auf denen die als Kapazitäten dienenden Kondensatoren ange­ ordnet sind, wodurch eine kleine Bauform ermöglicht wird.

Darüber hinaus sind als großflächige Verbindungen zwischen den Stirnseiten der Flachwickelkondensatoren und den breiten Flächen des Leiters bzw. dem Metallgehäuse streifenförmige Leiter vorgesehen, die eine großflächige Kontaktierung derart ermöglichen, daß vor al­ lem an den Stirnseiten der Flachwickelkondensatoren keine Überhit­ zung der Wickel auftritt und somit das Ablösen der geschoppten Kon­ taktschicht verhindert wird. Auch ermöglichen die streifenförmigen Leiter einen Ausgleich der zulässigen verhältnismäßig großen Ferti­ gungstoleranzen, mit denen die Flachwickelkondensatoren geliefert werden, so daß die Lötverbindungen frei von mechanischen Spannungen gehalten werden können. Außerdem ist von Vorteil, daß derartige Ent­ störfilter mit Kapazitäten bis 5 µF eine hohe Dämpfung der Stör­ wellen über einen breiten Frequenzbereich oberhalb 100 kHz erzielen. Soll die Dämpfung noch in den Frequenzbereich unterhalb 100 kHz er­ weitert werden, so kann in vorteilhafter Weise zum Verringern von niederfrequenten Störpegeln einem Flachwickelkondensator ein Elek­ trolytkondensator parallel geschaltet werden. Seine Kapazität kann etwa 50 µF betragen, ohne die hier noch zulässige Baugröße zu überschreiten.

Schließlich lassen sich die Entstörfilter durch das Metallgehäuse und den ebenfalls vom Abschirmmantel umgebenen Anschlußbereich der Ent­ störfilter mit der jeweiligen zu entstörenden Leitung als Abschluß geschirmter Stromkreise mit guter Dämpfung benutzen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeisiel des Entstörfilters im wesent­ lichen im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Ent­ störfilters und Fig. 4 eine Abwandlung des Entstörfilters nach Fig. 3, beide im Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Entstörfilters (Fig. 1 und 2) hat einen Leiter 1 rechteckigen Querschnitts mit zwei breitflä­ chigen Seiten 2 und 3. Der Leiter 1 besteht vorzugsweise aus Kupfer. Nahe seinen Enden 4 und 5 ist er mit je einer Gewindebohrung 6 ver­ sehen. Auf dem mittleren Abschnitt des Leiters 1 ist ein elektrisch isolierender Überzug 7 aufgebracht. Auf jeder breitflächigen Seite 2 und 3 des Leiters 1 ist ein Flachwickelkondensator 8 oder 9 angeord­ net und durch den Überzug 7 gegenüber dem Leiter 1 isoliert. Die Flachwickelkondensatoren 8 und 9 haben - wie an sich bekannt - mit einer geschoppten Kontaktschicht völlig bedeckte Stirnseiten 10 und 11. An die Stirnseiten 11 ist je ein streifenförmiger Leiter 12 oder 13 gelötet. Die Breite der streifenförmigen Leiter 12 und 13 ist so gewählt, daß die Leiter 12 und 13 die Stirnseite 11 der zugeordneten Flachwickelkondensatoren 8 und 9 bedecken und an ihr durch Löten ganzflächig befestigt sind. Die streifenförmigen Leiter 12 und 13 sind L-förmig gebogen. Der nicht an der Stirnseite 11 befestigte L-Schenkel ist ebenfalls ganzflächig an die Seite 2 oder 3 des Lei­ ters 1 gelötet. An der Stirnseite 10 der Flachwickelkondensatoren 8 und 9 ist jeweils ein die ganze Stirnseite 10 bedeckender streifen­ förmiger Leiter 14 oder 15 gelötet. Die auf den Seiten 2 und 3 des Leiters 1 angeordneten Flachwickelkondensatoren 8 und 9 bilden zu­ sammen mit dem Leiter 1 eine vormontierte Baueinheit. Sie ist mit einer Isolierhülle 17 umgeben, dessen Breite der Länge der Flach­ wickelkondensatoren entspricht. Die streifenförmigen Leiter 14 und 15 haben einen etwas abgekröpften freien Schenkel 16. Die Enden der freien Schenkel 16 der streifenförmigen Leiter 14 und 15 sind an ei­ nem Metallgehäuse 18 elektrisch leitend und mechanisch ebenfalls breitflächig befestigt. Das Metallgehäuse 18 dient als Masseteil des Entstörkondensators und zugleich als Abschirmmantel. Das Metall­ gehäuse 18 umgibt mit Abstand als Hülse rechteckige Querschnitts die Baueinheit aus Leiter 1 und Flachwickelkondensatoren 8 und 9 und ragt axial über die Stirnseiten 10 und 11 samt streifenförmigen Lei­ tern 12 bis 15 hinaus. Im Bereich der freien Schenkel 16 der strei­ fenförmigen Leiter 14, 15 sind an zwei Wänden des Metallgehäuses 18 je ein Lappen 19 oder 20 angeschert und derart in das Metallgehäuse 18 gebogen daß die Enden der Lappen 19 und 20 parallel zu diesen Wänden des Metallgehäuses 18 verlaufen und an den Enden der freien Schenkel 16 der streifenförmigen Leiter 14, 15 anliegen. Mittels Durchlöten sind die Enden der freien Schenkel 16 und der Lappen 19, 20 miteinander mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Die et­ was gekröpften Schenkel 16 stellen zwar eine unerwünschte jedoch hier vernachlässigbare Induktivität dar. Durch die derart ausgebil­ deten Schenkel 16 der streifenförmigen Leiter 14, 15 lassen sich in einfacher Weise die verhältnismäßig großen zulässigen Fertigungsto­ leranzen der Flachwickelkondensatoren wie auch Toleranzen ausglei­ chen, die von dem unterschiedlichen Wärmeverhalten der verschiedenen Werkstoffe herrühren. Dadurch sind die Durchlötstellen, deren Lot auch die durch Anscheren der Lappen 19 und 20 gebildeten Löcher 21 und 22 in den Wänden des Metallgehäuses 18 feuchtigkeitsdicht ver­ schließt, frei von mechanischen Spannungen.

Das Metallgehäuse 18 ist stirnseitig mit zwei Abdeckteilen 23 und 24 aus isolierendem Kunststoff feuchtigkeitsdicht verschlossen. Durch die Abdeckteile 23 und 24 ragen ebenfalls feuchtigkeitsdicht die En­ den 3 bzw. 4 des Leiters 1. Dazu sind die Abdeckteile 23 und 24 mit je einem einen längeren Abschnitt des Leiters 1 umgebenden Fortsatz 25 versehen, der zugleich als Aufnahmeteil für eine Schutzkappe 26 ausgebildet ist. Der Fortsatz 25 hat an seinem Außenmantel eine Auf­ steckschräge 27 und eine Rastnut 28 für die Schutzkappe 26 aus ela­ stischem Isolierstoff. An den Enden 3 und 4 des Leiters 1 ist je ein Anschlußteil 29 oder 30 mittels je einer in die Gewindebohrung 6 ge­ schraubten Schraube 31 lösbar befestigt. An den Anschlußteilen 29 und 30 sind die Enden 32 und 33 der zu entstörenden Leitung 34 elek­ trisch leitend befestigt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Anschlußbereich des Leiters 1 an das bereits entstörte Ende 33 der zu entstörenden Leitung 34 mit der Schutzkappe 26 feuchtigkeits­ dicht umschlossen.

An dem Ende 5 des Leiters 1 ist das Anschlußteil 29 mit dem mit der Störquelle, beispielsweise einem Generator im Kraftfahrzeug, verbun­ denen Ende 32 der zu entstörenden Leitung 34 mit der Schraube 31 lösbar befestigt. Der Anschlußbereich an diesem Ende des Entstörfil­ ters ist mit einer Metallkappe 35 abgeschirmt. Die Metallkappe 35 hat einen erweiterten Endabschnitt 36, an dem außen zwei Befesti­ gungswinkel 37 angeordnet sind. An eine Außenwand des Metallgehäuses 18 ist eine Lagerplatte 38 aus Metall geschweißt. Die Lagerplatte 38 hat zwei Löcher 39, durch welche in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise Schrauben ragen, mit denen das Entstörfil­ ter im Kraftfahrzeug befestigt werden kann. Außerdem sind an der Lagerplatte 38 zwei Lappenpaare 40 rechtwinklig angebogen. In den vier Lappen 40 ist je eine Gewindebohrung 41 ausgebildet. Die mit ihrem erweiterten Endabschnitt 36 auf das Metallgehäuse 18 gescho­ bene Metallkappe 35 ist an der Lagerplatte 38 mit zwei Schrauben 42 befestigt. Die Schrauben 42 ragen durch eine zugeordnete Bohrung in den Befestigungswinkeln 37 und sind in die Gewindebohrungen 41 in den Lappen 40 der Lagerplatte 38 geschraubt. Somit ist die Metall­ kappe 35 an Masse geschlossen und dient als Abschirmmantel für den Anschlußbereich des Entstörfilters an dem mit Störwellen behafteten Teil 32 der zu entstörenden Leitung 34.

In die Metallkappe 35 ist noch eine Isolierstoffhülse 43 eingesetzt. Sie hat einen rohrförmigen Ansatz 44, der sich in einen ebenfalls rohrförmigen Ansatz 45 an der Stirnseite 46 der Metallkappe 35 erstreckt. Der Außenumfang des Ansatzes 45 ist mit Gewinde versehen.

Durch den Ansatz 44 ragt die zu entstörende Leitung 34, die bei­ spielsweise als geschirmtes Kabel ausgebildet ist. Das Ende des Schirmgeflechts 341 der zu entstörenden Leitung 34 ist zwischen zwei mit Flanschen versehenen Klemmhülsen 342 und 343 gehalten, um ein Entflechten in die Einzeldrähte zu verhindern und um mit einer auf den Ansatz 45 geschraubten Überwurfmutter 47 das Schirmgeflecht 341 mit der Metallkappe 35 zu verbinden. In der Stirnseite 46 und dementsprechend in der Isolierstoffhülse 43 sind Öffnungen 48, 49 vorgesehen zum Ablauf des sich eventuell im Anschlußbereich des Lei­ terendes 5 bildenden Kondenswassers.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des Entstörfilters ist in Fig. 3 dargestellt. Soweit die Teile gleich denen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 sind, haben sie dieselben Bezugszahlen.

Der Leiter 50 aus Kupfer mit rechteckigem Querschnitt ist in seinem Mittelabschnitt mit einem Überzug 7 aus Isolierstoff versehen. Auf den breitflächigen Seiten 2 und 3 sind die Flachwickelkondensatoren 8 und 9 angeordnet. Sie haben geschoppte Stirnseiten 10 und 11, an welche die streifenförmigen Leiter, 12, 13; 14, 15 jeweils die Stirnseiten 10 und 11 ganz bedeckend gelötet sind. Die streifenför­ migen Leiter 12 und 13 sind mit ihren rechtwinklig abgebogenen Enden wiederum breitflächig an den Leiter 50 gelötet. Die Enden der leicht gekröpften Schenkel 16 der streifenförmigen Leiter 14 und 15 sind ebenfalls an die Lappen 19 bzw. 20 des Metallgehäuses 18 durchge­ lötet. Am Metallgehäuse 18 ist außerdem noch die Lagerplatte 38 be­ festigt, welche mit den Befestigungslöchern 39 versehen ist.

Der Leiter 50 ist an seinem Ende 51 mit einem Steckerstift 52 und an seinem Ende 53 mit einer Steckhülse 54 verbunden, welche Teile von Steckvorrichtungen sind zum lösbaren Verbinden des Entstörfilters mit der zu entstörenden Leitung, an der entsprechende Gegenstecker in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise angeordnet sind.

In den Endabschnitten des Metallgehäuses 18 ist je eine Scheibe 55 mit einer konzentrischen Gewindebohrung 56 eingesetzt. Die Scheibe 55 hat eine der Innenform des Metallgehäuses 18 angepaßte rechteckige Form. Die Scheiben 55 sind jeweils an einer Metallscheibe 66 befe­ stigt. Die Metallscheiben 66 wiederum liegen mit ihrem äußeren Rand an den Stirnseiten des Metallgehäuses 18 an und sind mit ihnen durch eine umlaufende oder stirnseitige Lötstelle 67 abdichtend befestigt. Das Metallgehäuse 18 mit den Metallscheiben 66 an seinen Stirnseiten ist mit einem Steckergehäuse 57 für den Steckerstift 52 und mit ei­ nem Steckergehäuse 58 für die Steckhülse 54 verschlossen. Die Steckergehäuse 57 und 58 haben eine konzentrische Öffnung 59, durch welche der Steckerstift 52 bzw. die Steckhülse 54 in einem Isolier­ teil 60 bzw. 61 eingebettet abgedichtet aus dem Metallgehäuse 18 ra­ gen. Jedes Steckergehäuse 57 und 58 hat einen Ansatz 62 mit Außen­ gewinde. In der an den Ansatz 62 grenzenden Stirnseite 63 der Steckergehäuse 57 und 58 ist eine Ringnut 64 ausgebildet, in die ein Dichtring 65 eingesetzt ist. Die Steckergehäuse 57 und 58 sind in die Gewindebohrung 56 der im Metallgehäuse 18 angeordneten Scheiben 55 angeschraubt, bis die den Dichtring 65 aufnehmende Stirnseite 63 der Steckergehäuse 57 bzw. 58 abdichtend und einen Metallschluß bil­ dend an der jeweiligen Metallscheibe anliegt.

Das Entstörfilter in den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 weist besonders gute Dämpfungseigenschaften im Hochfrequenzbereich über 100 kHz auf bei einer Dauerstrombelastung bis mindestens 200 A.

In Fig. 4 ist eine Abwandlung des Entstörfilters nach Fig. 3 dar­ gestellt. Soweit die Teile gleich denen nach Fig. 3 sind, haben sie dieselben Bezugszahlen.

Das abgewandelte Entstörfilter nach Fig. 4 hat einen in den nieder­ frequenten Bereich unter 100 kHz erweiterten Dämpfungsbereich. Dazu ist das Entstörfilter an Stelle des Flachwickelkondensators 9 nach Fig. 3 ein Elektrolytkondensator 68 an der Seite 3 des Leiters 50 angeordnet und dem Flachwickelkondensator 8 parallel geschaltet. Der Elektrolytkondensator 68 kann bipolar ausgebildet sein oder als Ein­ heit aus zwei verpolungssicher geschalteten einzelnen Elektrolytkon­ densatoren bestehen. Die Elektrolytkondensatoren 68 haben die übli­ chen Anschlußdrähte 69 und 70, die jedoch parallel zum Flachwickel­ kondensator 8 mit den breiten streifenförmigen Leitern 12 und 14 ge­ schaltet sind. Dabei reichen die streifenförmigen Leiter 12, 14 aus zum Erzielen des Skin-Effekts. Der Anschlußdraht 69 ist an der Seite 3 des Leiters 50 befestigt und der Anschlußdraht 70 ist an den Lap­ pen 20 und somit an das Metallgehäuse 18 gelötet.

Die minimale Kapazität der Elektrolytkondensatoren 68 für eine aus­ reichende Dämpfung im niederfrequenten Bereich unterhalb 100 kHz liegt bei etwa 50 µF. Derartige Kondensatoren eigenen sich von ihrem Platzbedarf her noch zum Einbau in einfach aufgebaute, preis­ werte und raumsparende Entstörfilter wie sie in Kraftfahrzeugen be­ nötigt werden.

Claims (10)

1. Entstörfilter für Stromkreise in der elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer Induktivität, die in eine zu entstörende Leitung geschaltet ist, und mit mindestens einer Kapazität, die in der von der Induktivität zur Masse führenden Verbindung liegt, da­ durch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Eigeninduktivität ei­ nes Leiters (1) in die zu entstörende Leitung (34) geschaltet und die Kapazität als breitflächig mit dem Leiter (1) und dem Masseteil (18) verbundener Kondensator (8, 9; 8, 68) ausgebildet ist, wobei das Masseteil als Metallgehäuse (18) den Leiter (1) abschirmend um­ gibt.

2. Entstörfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) einen mit einem elektrisch isolierenden Überzug (7) ver­ sehenen Aufnahmebereich für den Kondensator (8, 9; 8, 68) hat.

3. Entstörfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) mit zwei im wesentlichen gegenüberliegenden breiten Flä­ chen (2 und 3) versehen ist, auf denen die Kapazität bildende Flach­ wickelkondensatoren (8, 9) angeordnet sind, an deren Stirnseiten (10, 11) jeweils ein die Stirnseiten (10, 11) abdeckender streifen­ förmiger Leiter (12 bis 15) befestigt ist, welche streifenförmigen Leiter (12, 13) der einen Stirnseite (11) mit dem Leiter (1) und welche streifenförmigen Leiter (14, 15) der anderen Stirnseite (10) mit dem Metallgehäuse (18) elektrisch leitend und mechanisch verbun­ den sind.

4. Entstörfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden (4 und 5) des Leiters (1) elektrisch iso­ liert und abgedichtet aus dem Metallgehäuse (18) geführt sind und die Verbindungsbereiche der Enden (4 und 5) des Leiters (1) mit der zu entstörenden Leitung (34) von je einer Schutzkappe (26) umschlos­ sen sind.

5. Entstörfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappen (26) aus elastischem Isolierstoff bestehen.

6. Entstörfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens das der Störquelle zugewandte Ende (5) des Leiters (1) samt Anschlußbereich mit der zu entstörenden Leitung (34) von einer Schutzkappe umschlossen ist, die als Abschirmmantel (35) aus Metall ausgebildet und am Metallgehäuse (18) befestigbar ist und mit einem Einsatz (43) aus isolierendem Kunststoff versehen ist.

7. Entstörfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (1) mit zwei im wesentlichen gegenüberliegenden breiten Flä­ chen (2 und 3) versehen ist, auf denen die Kapazität bildende Kon­ densatoren (8, 68) angeordnet sind, von welchen Kondensatoren (8, 68) der an einer Fläche (2) des Leiters (1) liegende als Flach­ wickelkondensator (8) ausgebildet ist, an dessen Stirnseiten (10, 11) jeweils ein die Stirnseiten (10, 11) abdeckender streifenförmi­ ger Leiter (12, 14) befestigt ist, während an der anderen Fläche (3) des Leiters (1) wenigstens ein Elektrolytkondensator (68) angeordnet ist, welcher streifenförmige Leiter (12) der einen Stirnseite (11) des Flachwickelkondensators (8) und der Plus-Anschluß (69) des Elek­ trolytkondensators (68) mit dem Leiter (1) und welcher streifenför­ mige Leiter (14) der anderen Stirnseite (10) des Flachwickelkonden­ sators (8) und der Minus-Anschluß (70) des Elektrolytkondensators (68) mit dem Metallgehäuse (18) elektrisch leitend und mechanisch verbunden sind.

8. Entstörfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden (51; 53) des Leiters (50) ein An­ schlußteil (52; 54) je eines zugeordneten Steckers befestigt ist, mit denen das Entstörfilter mit der zu entstörenden Leitung (34) lösbar verbindbar ist.

9. Entstörfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Enden (51; 53) des Leiters (50) verbundenen Anschlußteile (52; 54) elektrisch isoliert in je einem zugeordneten Steckergehäuse (57; 58) eingebettet und abgedichtet aus dem Metallgehäuse (18) ge­ führt sind.

10. Entstörfilter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich zwischen den Enden (51; 53) des Leiters (50) und den zugeordneten Anschlußteilen (52; 54) der Stecker von einem Abschirmmantel umgeben ist, welcher aus dem Metallgehäuse (18), je einer Metallscheibe (66) und den Steckergehäusen (57; 58) gebildet ist.