WO2013034616A2 - Kondensator-bauteil - Google Patents
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Definitions
- An object of the present invention is a
- the integrated first capacitor and an integrated Y-capacitor has.
- the Y capacitor has a second capacitor and a third capacitor, wherein the second and third capacitors are connected in series with each other and in parallel with the first capacitor.
- Inverter DC link capacitors and Y capacitors can be used.
- the task of the Y Capacitors is to suppress unbalanced noise.
- Capacitor and the Y-capacitor are characterized in this case by the fact that a
- An annular capacitor component is particularly suitable for installation in a
- Capacitor, third capacitor and busbars may be configured radially symmetrical to a common axis of symmetry.
- the capacitors of the Y-capacitor can be formed from the films of the body.
- the main body may comprise first, second and third foils for forming the first second and third capacitors.
- Metallizations may occur on an outer surface of the
- Film stack are separated into several mutually isolated capacities.
- the film stack is separated into a first, a second and a third capacitances, the first capacitance being metallized by first
- the metal foil is intended for connection to the reference potential.
- the metal foil is between the first and the second
- Busbars be arranged such that the second
- the busbar can be contacted with the internal electrodes and thus serve for the common contacting of internal electrodes.
- the faces of the body i.
- the surfaces whose surface normals are parallel to the axis of symmetry can each have a Schoop layer which is contacted with the inner electrodes.
- Form a capacitor be different.
- Capacitor can be made of internal electrodes with in between
- third dielectric films are formed. Furthermore, two bus bars can be applied to the foil stack comprising the first, second and third dielectric films.
- Capacitor are pushed and contacted with the capacitors electrically. Accordingly, to form the three capacitors, a film stack is formed, which is separated by the two separating films in the three capacitances.
- the internal electrodes can pass through
- Metallizations of the dielectric films are formed.
- the inner electrodes of the film stack accordingly form the first, the second and the third capacitor.
- the two busbars allow an electrical
- the capacitor component 25 has a first capacitor C1 and a second capacitor C2 and a third capacitor
- the capacitor component 25 has two busbars 2, 3.
- the busbars 2, 3 are separated from the film stack 4 by a first electrical insulation layer 17.
- a second electrical insulation layer 18 is arranged between the two busbars 2, 3. Both busbars 2, 3 are on the same side of the
- the three capacitors Cl, C2, C3 of the capacitor component are self-healing.
- the dielectric and the metallization preferably vaporize around the breakdown point, so that
- Capacitor Cl an electrically insulating release film 11 wound.
- Capacitor C3 the Endleerwindung 23 of a
- the metal layer 9 is divided on the first end face 7 by the first release film 11 into two partial regions 13, 14 and the metal layer 10 on The second end face 8 is divided by the second release film 12 into two partial areas 15, 16.
- FIG. 3 shows a three-dimensional view of a
- Inventive annular capacitor component with arranged on an outer surface 30 busbars.
- the prefabricated component already has the contact arms 20. Subsequently, the contact arms 20 are bent by almost 90 ° in the direction of the axis of symmetry 19 inwardly and with the Schoop layer on the respective
- dielectric films 6.1 have metallizations. These metallizations form the internal electrodes 5. Die
- FIG. 5a schematically shows the Y capacitor according to the second exemplary embodiment shown in FIG.
- FIG. 5 b shows a plan view of the metal foil 5 a and a dielectric foil 6 a, which is arranged between the metal foil 5 a and the first bus bar 2.
- the metal foil 5a further has a terminal pin 24 protruding from the dielectric foils 6a. It can be seen in FIG. 5a and FIG. 5b that the dielectric film 6a protrudes beyond the metal foil 5a on all sides, with the exception of the connection foil 5a.
- dielectric foils 6a, 6b included and therefore not visible in Figure 6b.
- the enclosed metal foil 5a is flush with the dielectric foils 6a, 6b, but the metal foils 5a also have connection pins 24, which consist of the
- Element can be achieved, each at the ends of the stack of metal foil 5a and dielectric films 6a, 6b
- the side of the dielectric films 6a, 6b facing away from the enclosed metal foil 5a may also be laminated with another metal layer.
- a further variation of the second embodiment is possible within the scope of the present invention. Here are between the busbars 2, 3 more metallized
- Busbars 2, 3 interconnects that several second
- the second capacitor C2 has as the lowermost layer a metal foil 31, for example an aluminum-containing foil.
- a dielectric film 32 for example, as uncoated polypropylene layer
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Bauteil, das einen ersten integrierten Kondensator (C1) und einen integrierten Y-Kondensator aufweist, wobei der Y-Kondensator einen zweiten Kondensator (C2) und einen dritten Kondensator (C3) aufweist, der zweite und der dritte Kondensator (C2, C3) in Reihe zueinander und parallel zu dem ersten Kondensator (C1) geschaltet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensator-Bauteils.
Description
Beschreibung
Kondensator-Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Kondensator-Bauteil, das mehrere Kondensatoren aufweist, sowie Verfahren zur Herstellung des Kondensator-Bauteils .
Bei dem Kondensator-Bauteil handelt es sich vorzugsweise um einen Leistungskondensator, der beispielsweise für den
Einsatz in einem radialsymmetrischen Einbauraum geeignet ist. Im Zwischenkreis eines Umrichters können
Zwischenkreiskondensatoren und Y-Kondensatoren eingesetzt werden. Die Aufgabe der Y-Kondensatoren ist es,
unsymmetrische Störungen zu unterdrücken.
Bisher handelt es sich bei den Zwischenkreiskondensatoren und den Y-Kondensatoren um getrennte Bauelemente mit eigenen Gehäusen und eigener Stromversorgung. Ein solcher Aufbau weist einen schlechten Volumenfüllfaktor auf. Der
Volumenfüllfaktor gibt das Verhältnis des geometrischen
Volumens eines Bauteils oder Moduls zu dem tatsächlich technisch genutzten Volumen an.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Kondensator-Bauteil mit verbesserten Eigenschaften,
beispielsweise einem höheren Volumenfüllfaktor, anzugeben sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kondensator- Bauteils .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kondensator- Bauteil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ferner werden Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes
Kondensator-Bauteil offenbart. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Es wird ein Kondensator-Bauteil angegeben, das einen
integrierten ersten Kondensator und einen integrierten Y- Kondensator aufweist. Der Y-Kondensator weist einen zweiten Kondensator und einen dritten Kondensator auf, wobei der zweite und der dritte Kondensator in Reihe zueinander und parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet sind. Ein
Kondensator kann beispielsweise dann als „integriert in ein Bauteil" bezeichnet werden, wenn das Bauteil und der
Kondensator zumindest eine gemeinsame Spannungsversorgung oder ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Der erste Kondensator weist eine erste Kapazität auf. Der zweite Kondensator weist eine zweite Kapazität auf. Der dritte Kondensator weist eine dritte Kapazität auf.
Bei einem Y-Kondensator werden vorzugsweise eine Elektrode des zweiten und eine Elektrode des dritten Kondensators mit einem Referenzpotenzial verbunden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen ersten
Kondensator und einen Y-Kondensator in einem einzigen Bauteil zu integrieren. Dadurch kann die Systemintegration verbessert werden. Die Grundidee der Systemintegration ist es, mehrere Einzelkomponenten zu möglichst wenigen Bauteilen
zusammenzufassen, so dass das von den Komponenten belegte Volumen minimiert werden kann.
Bei dem ersten Kondensator handelt es sich beispielsweise um einen Zwischenkreiskondensator . Im Zwischenkreis eines
Umrichters können Zwischenkreiskondensatoren und Y- Kondensatoren eingesetzt werden. Die Aufgabe der Y-
Kondensatoren ist es, unsymmetrische Störungen zu unterdrücken .
Vorzugsweise wird durch die Integration des ersten
Kondensators und des Y-Kondensators in einem Bauteil ein deutlich erhöhter Volumenfüllfaktor gegenüber einer
Kondensatorbatterie mit separaten Bauteilen erreicht.
In einer Aus führungs form weist das Kondensator-Bauteil zumindest eine Stromschiene zur elektrischen Kontaktierung der Kondensatoren auf. Vorzugsweise weist das Kondensator- Bauteil eine erste und eine zweite Stromschiene auf. Die beiden Stromschienen werden zumindest mit dem ersten
Kondensator verschaltet. Die Stromschienen ermöglichen vorzugsweise gleichzeitig eine Kontaktierung des ersten
Kondensators und des Y-Kondensators. Das Kondensator-Bauteil zeichnet sich in diesem Fall dadurch aus, dass ein
gemeinsamer Anschluss zur gemeinsamen Kontaktierung des ersten Kondensators und der Kondensatoren des Y-Kondensators genutzt werden kann. Dementsprechend wird die
Systemintegration verbessert, da nicht für jeden Kondensator ein eigener Anschluss zur Stromversorgung bereitgestellt werden muss.
In einer Aus führungs form ist das Kondensator-Bauteil
ringförmig. Alternativ kann das erfindungsgemäße Kondensator- Bauteil auch eben ausgestaltet sein oder jede andere
geometrische Form haben. Ein ringförmiges Kondensator-Bauteil eignet sich insbesondere für den Einbau in einen
radialsymmetrischen Einbauraum, wie beispielsweise einem Einbauraum eines Radnabenmotors. Der erste Kondensator, der zweite Kondensator, der dritte Kondensator und die
Stromschienen können ringförmig ausgestaltet sein. Zumindest ein Element ausgewählt aus erstem Kondensator, zweitem
Kondensator, drittem Kondensator und Stromschienen kann ringförmig ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind der erste Kondensator, der zweite Kondensator, der dritte Kondensator und die Stromschienen ringförmig.
Ferner können der erste Kondensator, der Y-Kondensator und/oder die Stromschienen radialsymmetrisch zu einer gemeinsamen Symmetrieachse ausgestaltet sein. Zumindest ein Element ausgewählt aus erstem Kondensator, zweitem
Kondensator, drittem Kondensator und Stromschienen kann radialsymmetrisch zu einer gemeinsamen Symmetrieachse ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind der erste Kondensator, der zweite Kondensator, der dritte Kondensator und die
Stromschienen radialsymmetrisch zu einer gemeinsamen
Symmetrieachse .
In einer Aus führungs form weist das Kondensator-Bauteil einen Grundkörper auf. Der Grundkörper weist vorzugsweise einen Folienstapel mit mehreren Innenelektroden und dazwischen angeordneten dielektrischen Folien auf. Vorzugsweise handelt es sich bei den dielektrischen Folien um Polymerfolien. Die dielektrischen Folien können auf zumindest einer Außenfläche metallisiert sein. In diesem Fall werden die Innenelektroden durch die Metallisierung der dielektrischen Folien gebildet. Vorzugsweise sind die metallisierten Polymerfolien derart übereinander gestapelt, dass sich dielektrische Schichten und metallische Schichten in dem Folienstapel entlang der
Flächennormale der Folien abwechseln.
Die Kondensatoren des Y-Kondensators können aus den Folien des Grundkörpers gebildet werden. Zu diesem Zweck kann der Grundkörper erste, zweite und dritte Folien zur Ausbildung des ersten zweiten und dritten Kondensators aufweisen.
Alternativ können die Kondensatoren des Y-Kondensators auch
durch die Stromschienen, weitere Metallfolien und weitere dielektrische Folien gebildet werden. Bei den weiteren
Metallfolien kann es sich beispielsweise um Aluminiumfolien handeln. Die weiteren dielektrischen Folien können Polyamid aufweisen.
Ferner kann der Grundkörper des Kondensator-Bauteils Mittel zur elektrischen Verschaltung des Folienstapels,
beispielsweise Metallisierungen, aufweisen. Die
Metallisierungen können auf einer Außenfläche des
Grundkörpers angeordnet sein.
Der erste Kondensator kann Teil des Grundkörpers sein. Der zweite und der dritte Kondensator können auf dem Grundkörper des Kondensator-Bauteils angebracht sein oder durch den
Grundkörper gebildet werden.
In einer Aus führungs form ist im Grundkörper wenigstens eine isolierende Trennfolie angeordnet. In diesem Fall kann der Y- Kondensator besonders einfach durch den Grundkörper gebildet werden. Durch die isolierende Trennfolie kann der
Folienstapel in mehrere voneinander isolierte Kapazitäten separiert werden. Vorzugsweise wird der Folienstapel in eine erste, eine zweite und eine dritte Kapazitäten separiert, wobei die erste Kapazität durch erste metallisierte
dielektrische Folien gebildet wird, die zweite Kapazität durch zweite metallisierte dielektrische Folien gebildet wird und die dritte Kapazität durch dritte metallisierte
dielektrische Folien gebildet wird. Jede Kapazität wird dabei vorzugsweise durch Innenelektroden des Folienstapels
gebildet, wobei zwischen zwei Innenelektroden jeweils eine dielektrische Folie angeordnet ist.
Bei der ersten Kapazität handelt es sich vorzugsweise um die Kapazität des ersten Kondensators. Bei der zweiten Kapazität handelt es sich vorzugsweise um die Kapazität des zweiten Kondensators und bei der dritten Kapazität handelt es sich vorzugsweise um die Kapazität des dritten Kondensators.
Alternativ kann der Y-Kondensator auf dem Grundkörper des Kondensator-Bauteils angebracht sein. In diesem Fall kann der Y-Kondensator Folien aufweisen, die nicht Teil des
Folienstapels sind. Beispielsweise kann der Y-Kondensator auf dem Folienstapel angeordnet sein. Beispielsweise können auf dem Grundkörper zwei Stromschienen angeordnet werden und der Y-Kondensator kann durch die beiden Stromschienen sowie zumindest eine Metallfolie und dielektrische Folien, die zwischen den Stromschienen angeordnet sind, gebildet werden.
In dieser Aus führungs form weist der Y-Kondensator
vorzugsweise eine Metallfolie, eine erste dielektrische Folie und eine zweite dielektrische Folie auf. Die Metallfolie ist zur Verbindung mit dem Referenzpotenzial vorgesehen. Die Metallfolie ist zwischen der ersten und der zweiten
dielektrischen Folie eingeschlossen. Die Metallfolie und die beiden dielektrischen Folien können zwischen den beiden
Stromschienen derart angeordnet sein, dass der zweite
Kondensator durch die erste Stromschiene, die Metallfolie und die erste dielektrische Folie gebildet wird und dass der dritte Kondensator durch die zweite Stromschiene, die
Metallfolie und die zweite dielektrische Folie gebildet wird. Die Metallfolie ist lediglich zur elektrischen Verbindung mit dem Referenzpotential vorgesehen, jedoch nicht mit den beiden Stromschienen verschaltet. Ein solcher Aufbau wird auch als „dielektrische Ankopplung" der Metallfolie an die beiden Stromschienen bezeichnet.
In einer Aus führungs form weist das Kondensator-Bauteil eine erste und eine zweite Außenfläche auf. Die erste und die zweite Außenfläche können zumindest teilweise von einer
Metallschicht bedeckt sein. Diese Metallschicht ermöglicht eine elektrische Kontaktierung der Metallfolien in dem
Folienstapel. Diese Metallschicht wird auch als Schoopschicht bezeichnet. Sie ist bei selbstheilenden Kondensatoren üblich.
Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten Außenfläche um eine erste und eine zweite Stirnfläche.
Vorzugsweise umschließt das Kondensator-Bauteil eine Achse, wobei die erste und die zweite Stirnfläche zu dieser Achse senkrecht stehen und jeweils mit einer Metallschicht
zumindest teilweise bedeckt sind.
Bei einem ebenen Kondensator-Bauteil sind die Innenelektroden eines Folienstapels mit dazwischen angeordneten
dielektrischen Folien in flachen Ebenen angeordnet. Hier können zwei, einander gegenüberliegende Außenflächen des Folienstapels, die parallel zur Flächennormalen der
dielektrischen Folien stehen, mit einer Metallschicht
zumindest teilweise bedeckt werden.
In einer Aus führungs form kann die auf der ersten Außenfläche angeordnete Metallschicht durch die erste elektrisch
isolierende Trennfolie in einen ersten und einen zweiten Teilbereich getrennt werden, wobei der erste und der zweite Teilbereich voneinander elektrisch isoliert sind. Die auf der zweiten Außenfläche angeordnete Metallschicht kann durch die zweite elektrisch isolierende Trennfolie in einen ersten und einen zweiten Teilbereich getrennt werden, wobei der erste und der zweite Teilbereich voneinander elektrisch isolierte sind. Ferner kann die erste Stromschiene mit dem ersten
Teilbereich der Metallschicht auf der ersten Außenfläche elektrisch verbunden sein.
Ferner kann die zweite Stromschiene mit dem ersten
Teilbereich der Metallschicht auf der zweiten Außenfläche und mit dem zweiten Teilbereich der Metallschicht auf der ersten Außenfläche verbunden sein. In diesem Fall kann die zweite Stromschiene mit einem elektrischen Kontaktpunkt im ersten Teilbereich der Metallschicht auf der zweiten Außenfläche und mit einem Kontaktpunkt im zweiten Teilbereich der
Metallschicht auf der ersten Außenfläche elektrisch verbunden sein, beispielsweise durch eine Schweißverbindung.
Der zweite Teilbereich der Metallschicht auf der zweiten Außenfläche kann mit dem Referenzpotenzial verbunden werden. Auf diese Weise wird mit den Metallschichten auf der ersten und auf der zweiten Außenfläche und mit zwei Stromschienen, die mit diesen Metallschichten kontaktiert sind, die
Verschaltung der drei Kondensatoren ermöglicht. Dieser Aufbau zeichnet sich durch einen sehr hohen Volumenfüllfaktor aus. Die Anzahl der Elemente zur elektrischen Kontaktierung wird minimiert und es wird ein einfacher und somit kostengünstiger Aufbau gewählt, der darüber hinaus eine kompakte Bauweise des Kondensator-Bauteils ermöglicht, bei der ein zur Verfügung stehendes Volumen nahezu vollständig technisch genutzt wird.
Vorzugsweise sind zumindest der zweite und der dritte
Kondensator selbstheilend, so dass ein punktueller
Kurzschluss zwischen zwei metallisierten Folien nicht zur Zerstörung des Kondensators führt. Vorzugsweise verdampfen dabei bei einem punktuellen Kurzschluss zwischen zwei Folien infolge hoher Temperaturen sowohl das Dielektrikum an der Durchschlagstelle als auch die Metallisierung, sodass ein
Loch in dem Folienstapel entsteht, das nicht zur Zerstörung des Kondensators führt.
In einer Aus führungs form umschließen die beiden
Stromschienen, der erste Kondensator, der zweite Kondensator und der dritte Kondensator ringförmig eine gemeinsame Achse. Zumindest eine der beiden Stromschienen weist einen größeren Durchmesser auf als der erste, der zweite und der dritte Kondensator. Vorzugsweise weisen beide Stromschienen einen größeren Durchmesser auf als der erste, der zweite und der dritte Kondensator. In diesem Fall liegen die Stromschienen in radialer Richtung weiter außerhalb als der erste, der zweite und der dritte Kondensator. Alternativ können die beiden Kondensatoren des Y-Kondensators zwischen den beiden Stromschienen angeordnet sein. In diesem Fall weist vorzugsweise der erste Kondensator den kleinsten Durchmesser auf. Eine erste Stromschiene weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des ersten Kondensators. Der zweite und der dritte Kondensator weisen vorzugsweise wiederum einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der ersten Stromschiene.
Vorzugsweise weist die zweite Stromschiene den größten
Durchmesser auf.
In einer Aus führungs form sind zwischen den beiden
Stromschienen mehrere Metallfolien angeordnet, die jeweils zwischen zwei dielektrischen Folien eingeschlossen sind.
Durch eine Anzahl dielektrischer Folien, Metallfolien und durch die beiden Stromschienen können mehrere zweite und dritte Kondensatoren des Y-Kondensators gebildet sein.
Jeweils ein zweiter und ein dritter Kondensator können in Reihe zueinander geschaltet sein. Die derart gebildeten Paare aus zweitem und einem dritten Kondensator sind vorzugsweise
parallel zu den weiteren Paaren aus zweiten und dritten
Kondensatoren verschaltet. Durch die parallele Verschaltung mehrere Paare aus je einem zweiten und einem dritten
Kondensator kann die Gesamtkapazität des Y-Kondensators deutlich erhöht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kondensator-Bauteil, das einen ringförmigen Grundkörper mit einer Außenfläche, auf der eine Stromschiene angeordnet ist, aufweist. Vorzugsweise umschließt der ringförmige Grundkörper eine Achse, vorzugsweise eine Symmetrieachse.
Vorzugsweise ist die Außenfläche, auf der die Stromschiene angeordnet ist, die Fläche des Grundkörpers, deren
Flächennormale in radialer Richtung von der Symmetrieachse wegweist. Insbesondere kann die Flächennormale der
Außenfläche, auf der die Stromschiene angeordnet ist, senkrecht zur Achse verlaufen. Der Grundkörper kann
Innenelektroden aufweisen. Die Stromschiene kann mit den Innenelektroden kontaktiert sein und damit zur gemeinsamen Kontaktierung von Innenelektroden dienen.
Die Stirnflächen des Grundkörpers, d.h. vorzugsweise die Flächen, deren Flächennormale parallel zur Symmetrieachse sind, können jeweils eine Schoopschicht aufweisen, die mit den Innenelektroden kontaktiert ist. Ferner kann die
Stromschiene Kontaktelemente aufweisen, die die Stromschiene mit der Schoopschicht kontaktiert. Die Stromschiene kann zudem weitere Kontaktelemente zur Kontaktierung mit einer externen Spannungsquelle und/oder weitere Kontaktelemente zur Kontaktierung mit einem Massepotential aufweisen.
Auf der Außenfläche des Grundkörpers können vorzugsweise eine erste und eine zweite Stromschiene angeordnet sein. Jede der beiden Stromschienen umschließt den Grundkörper ringförmig.
Jede der beiden Stromschienen kann die oben beschriebenen Kontaktelemente aufweisen. Eine erste Stromschiene kann mit einer ersten Schoopschicht auf einer ersten Stirnfläche kontaktiert sein. Eine zweite Stromschiene kann mit einer zweiten Schoopschicht auf einer zweiten Stirnfläche
kontaktiert sein. Wird in diesem Fall an die erste
Stromschiene ein erstes Potential angelegt und an die zweite Stromschiene ein zweites Potential, so wird zwischen den Innenelektroden des Grundkörpers, die mit der ersten
Stromschiene kontaktiert sind, und den Innenelektroden des Grundkörpers, die mit der zweiten Stromschiene kontaktiert sind, eine Potentialdifferenz erzeugt. Ein derartiges, ringförmiges Kondensator-Bauteil kann alle strukturellen und funktionellen Merkmale des weiter oben beschriebenen Kondensator-Bauteils aufweisen.
Insbesondere kann das Kondensator-Bauteil mit dem
ringförmigen Grundkörper und der auf der Außenfläche
angeordneten Stromschiene als ein wie oben beschriebenes Kondensator-Bauteil ausgebildet sein, das einen integrierten ersten Kondensator und einen integrierten Y-Kondensator aufweist. In einer weiteren Aus führungs form ist das
Kondensator-Bauteil mit dem ringförmigen Grundkörper und der auf der Außenfläche angeordneten Stromschiene nicht als Kondensator-Bauteil mit einem integrierten ersten Kondensator und einen integrierten Y-Kondensator ausgebildet.
Beispielsweise weist das Kondensator-Bauteil lediglich einen ersten Kondensator auf.
Ferner betrifft die Erfindung eine weitere Aus führungs form der Folien des zweiten und des dritten Kondensators, die mit jedem der hier beschriebenen Aufbauten des Kondensator-
Bauteils kombinierbar ist. Gemäß der weiteren Aus führungs form können die Folien, die den zweiten und den dritten
Kondensator bilden, von den Folien, die den ersten
Kondensator bilden, verschieden sein.
Insbesondere können der zweite und der dritte Kondensator jeweils übereinander gewickelt eine Metallfolie, eine
dielektrische Folie und eine teilweise metallisierte Folie aufweisen. Die teilweise metallisierte Folie kann zwei metallisierte Bereiche und einen nichtmetallisierten Bereich aufweisen, der die beiden metallisierten Bereiche voneinander trennt. Eine erste Kapazität des jeweiligen Kondensators kann durch einen ersten metallisierten Bereich der teilweise metallisierten Folie und durch die Metallfolie ausgebildet werden, wobei zwischen dem ersten metallisierten Bereich und der Metallfolie ferner die dielektrische Folie angeordnet ist. Eine zweite Kapazität des jeweiligen Kondensators kann durch einen zweiten metallisierten Bereich der teilweise metallisierten Folie und durch die Metallfolie ausgebildet werden, wobei zwischen dem zweiten metallisierten Bereich und der Metallfolie ferner die dielektrische Folie angeordnet ist .
Die erste und die zweite Kapazität des jeweiligen
Kondensators können als innere Reihenschaltung in Reihe geschaltet sein und so die Gesamtkapazität des zweiten bzw. des dritten Kondensators definieren.
Der zweite und der dritte Kondensator können gemäß dieser weiteren Aus führungs form selbstheilende und nicht- selbstheilende Bereiche aufweisen. Insbesondere können die Bereiche zwischen den metallisierten Bereichen der teilweise metallisierten Folie und der Metallfolie selbstheilend sein. Die Bereiche zwischen dem nichtmetallisierten Bereich der
teilweise metallisierten Folie und der Metallfolie können nicht-selbstheilend sein.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils. Ein erster
Kondensator kann aus Innenelektroden mit dazwischen
angeordneten ersten dielektrischen Folien gebildet werden. Auf dem ersten Kondensator kann eine erste elektrisch isolierende Trennfolie aufgebracht werden. Auf der ersten Trennfolie kann ein zweiter Kondensator aus Innenelektroden mit dazwischen angeordneten zweiten dielektrischen Folien gebildet werden. Auf dem zweiten Kondensator kann eine
Trennfolie aufgebracht werden. Auf der zweiten Trennfolie kann ein dritter Kondensator aus Innenelektroden mit
dazwischen angeordneten dritten dielektrischen Folien gebildet werden. Ferner können zwei Stromschienen auf den Folienstapel umfassend den ersten, zweiten und dritten
Kondensator aufgeschoben werden und mit den Kondensatoren elektrisch kontaktiert werden. Dementsprechend wird zur Ausbildung der drei Kondensatoren ein Folienstapel gebildet, der durch die zwei Trennfolien in die drei Kapazitäten separiert ist. Die Innenelektroden können durch
Metallisierungen der dielektrischen Folien gebildet werden. Die Innenelektroden des Folienstapels bilden dementsprechend den ersten, den zweiten und den dritten Kondensator. Die beiden Stromschienen ermöglichen eine elektrische
Kontaktierung der Kondensatoren.
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung eines
Kondensator-Bauteils kann ein erster Kondensator aus
Innenelektroden mit dazwischen angeordneten dielektrischen Folien gebildet werden. Bei den Innenelektroden kann es sich um Metallisierungen der dielektrischen Folien handeln. Zwei Stromschienen können auf den ersten Kondensator aufgeschoben
werden und mit dem Kondensator elektrisch kontaktiert werden. Zwischen den beiden Stromschienen kann eine Metallfolie, die zwischen zwei dielektrischen Folien eingeschlossen ist, eingeschoben werden. Dementsprechend wird ein Kondensator- Bauteil gefertigt, bei dem die Innenelektroden des
Folienstapels den ersten Kondensator bilden und bei dem die auf diesen Folienstapel aufgeschobenen Stromschienen zusammen mit der zwischen den Stromschienen angeordneten Metallfolie und den dielektrischen Folien den zweiten und den dritten Kondensator bilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren näher
erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene
Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen
Kondensator-Bauteils .
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Kondensator-Bauteils .
Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des
Kondensator-Bauteils .
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Kondensator-Bauteils .
Figur 5a zeigt einen schematischen Querschnitt des Y-
Kondensators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 5b zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Y-
Kondensator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 6a zeigt eine von dielektrischen Folien
eingeschlossene Metallfolie als Teil eines Y-
Kondensators wie in Fig. 5a, 5b dargestellt.
Figur 6b zeigt die von dielektrischen Folien eingeschlossene
Metallfolie aus Figur 6a in Draufsicht.
Figur 7a zeigt einen Querschnitt durch Folien des zweiten und des dritten Kondensators in einem alternativen Ausführungsbeispiel .
Figur 7b zeigt die Folien des zweiten Kondensators gemäß dem alternativen Ausführungsbeispiel in Draufsicht.
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Kondensator-Bauteils 25. Das Kondensator-Bauteil 25 weist einen ersten Kondensator Cl sowie einen zweiten Kondensator C2 und einen dritten
Kondensator C3 auf. Der zweite und der dritte Kondensator C2, C3 sind zueinander in Reihe und parallel zu dem ersten
Kondensator Cl verschaltet. Jeweils eine Elektrode E1_C2 des zweiten Kondensators C2 und eine Elektrode E1_C3 des dritten Kondensators C3 sind über einen Masseanschluss mit einem Referenzpotenzial 1 verbunden.
Ferner weist das Kondensator-Bauteil 25 zwei Stromschienen 3 auf. Eine nicht mit dem Referenzpotenzial 1 verbundene Elektrode E2_C2 des zweiten Kondensators C2 ist mit einer ersten Stromschiene 2 verbunden. Ferner ist eine nicht mit dem Referenzpotenzial 1 verbundene Elektrode E2_C3 des dritten Kondensators C3 mit einer zweiten Stromschiene 3 verbunden. Ferner ist eine Elektrode El Cl des ersten
Kondensators Cl mit der ersten Stromschiene 2 und die zweite Elektrode E2_C1 des ersten Kondensators Cl mit der zweiten Stromschiene 3 verbunden. Die Stromschienen 2, 3 dienen zur elektrischen Kontaktierung des Kondensator-Bauteils 25. Sie verbinden die Kondensatoren Cl, C2, C3 mit einer Stromversorgung und/oder mit IGBT- Modulen (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Transistor) . Bei dem Kondensator-Bauteil 25 kann es sich um einen
Leistungskondensator handeln. Bei dem ersten Kondensator Cl kann es sich beispielsweise um einen Zwischenkreiskondensator handeln, der im Zwischenkreis eines Umrichters zur
energetischen Verkopplung mehrerer elektrischer Netze
eingesetzt wird.
Der zweite und der dritte Kondensator C2, C3 sind Teile eines Y-Kondensators. Ein Y-Kondensator weist zwei zueinander in Reihe geschalteten Kondensatoren C2, C3 auf, wobei jeweils eine Elektrode E1_C2, E1_C3 der Kondensatoren C2, C3 mit einem Referenzpotenzial 1 verbunden wird. Y-Kondensatoren unterdrücken unsymmetrische Störsignale.
Der Y-Kondensator und der erste Kondensator Cl sind in einem gemeinsamen Kondensator-Bauteil 25 integriert.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines ersten
Ausführungsbeispiels des Kondensator-Bauteils 25, bei dem das Ersatzschaltbild gemäß Figur 1 realisiert ist. Bei dem in Figur 2 gezeigten Aufbau kann es sich um einen Querschnitt durch ein ringförmiges Kondensator-Bauteil 25 oder um einen Schnitt durch ein ebenes Kondensator-Bauteil 25 handeln.
Das Kondensator-Bauteil 25 weist einen Folienstapel 4 auf, der mehrere Innenelektroden 5 und dazwischen angeordnete erste, zweite und dritte dielektrische Folien 6.1, 6.2, 6.3 aufweist. Die Folien 6.1, 6.2, 6.3 weisen jeweils ein
dielektrisches Material, beispielsweise Polymer, auf.
Insbesondere kann es sich bei den Folien 6.1, 6.2, 6.3 um drei Polymerfilme handeln. Zumindest eine Außenfläche der Folien 6.1, 6.2, 6.3 weist jeweils eine Metallisierung auf. Die Metallisierungen der dielektrischen Folien 6.1, 6.2, 6.3 bilden in diesem Fall die Innenelektroden 5.
Die ersten, zweiten und dritten Folien 6.1, 6.2, 6.3 sind nunmehr derart gestapelt, dass sich entlang der
Flächennormale der Folien 6.1, 6.2, 6.3 Metallisierungen und dielektrische Bereiche abwechseln. Eine erste und eine zweite Stirnfläche 7, 8 des Folienstapels, die parallel zur
Flächennormale der dielektrischen Folien 6.1, 6.2, 6.3 sind, sind von einer Metallschicht 9, 10 bedeckt, der so genannten Schoopschicht . Zur Ausbildung der Schoopschicht können die erste und die zweite Stirnfläche mit dem sogenannten Schoop- Verfahren mit Zinn, Zink und/oder Aluminium metallisiert (schoopiert) werden, also elektrisch kontaktiert werden.
Die Folien 6.1, 6.2, 6.3 sind ferner derart ausgestaltet, dass jede Innenelektrode 5 entweder mit der ersten
Stirnfläche 9 oder mit der zweiten Stirnfläche 10 kontaktiert ist. Die Innenelektroden 5 sind derart angeordnet, dass entlang der Stapelrichtung des Folienstapels 4 abwechselnd eine Innenelektrode 5 mit der ersten Stirnfläche 9 verbunden ist und eine Innenelektrode 5 mit der zweiten Stirnfläche 10 verbunden ist. Die Stapelrichtung des Folienstapels 4 entspricht dabei der Flächennormale der dielektrischen Folien 6.1, 6.2, 6.3.
Ferner weist der Folienstapel 4 zwei elektrisch isolierende Trennfolien 11, 12 auf. Durch die elektrisch isolierenden Trennfolien 11, 12 wird der Folienstapel 4 in die
Kapazitäten des ersten Kondensators Cl, des zweiten
Kondensators C2 und des dritten Kondensators C3 separiert.
Die erste Trennfolie 11 trennt ferner die erste Metallschicht 9, die die erste Stirnfläche 7 des Folienstapels 4 bedeckt, in zwei Teilbereiche 13, 14. Die zweite Trennfolie 12 trennt die zweite Metallschicht 10, die die zweite Stirnfläche 8 des Folienstapels 4 bedeckt, ebenfalls in zwei Teilbereiche 15, 16.
Ferner weist das Kondensator-Bauteil 25 zwei Stromschienen 2, 3 auf. Die Stromschienen 2, 3 sind von dem Folienstapel 4 durch eine erste elektrische Isolationsschicht 17 getrennt. Ferner ist eine zweite elektrische Isolationsschicht 18 zwischen den beiden Stromschienen 2, 3 angeordnet. Beide Stromschienen 2, 3 sind auf der gleichen Seite des
Folienstapels 4 angeordnet. Jede der beiden Stromschienen 2, 3 weist in radialer Richtung nach innen weisende Kontaktarme 20 zur elektrischen Kontaktierung des Folienstapels auf. Die beiden Stromschienen sind aus einem leitenden Material, vorzugsweise aus Metall, gefertigt. Ferner können die
Stromschienen weitere, in Figur 2 nicht dargestellte,
Kontakte zur Kontaktierung der Stromschienen mit einer externen Spannungsquelle aufweisen.
Die erste Stromschiene 2 ist mit dem ersten Teilbereich 13 der ersten Metallschicht 9 verbunden, die die erste
Stirnfläche 7 bedeckt. Die zweite Stromschiene 3 ist mit dem ersten Teilbereich 15 der zweiten Metallschicht 10, die die zweite Stirnfläche 8 bedeckt, elektrisch verbunden. Ferner ist die zweite Stromschiene 3 mit dem zweiten Teilbereich 14 der ersten Metallschicht 9, die die erste Stirnfläche 7
bedeckt, elektrisch verbunden. Dementsprechend liegt am ersten Teilbereich 15 der zweiten Metallschicht 10 und am zweiten Teilbereich 14 der ersten Metallschicht 9 das gleiche Potenzial an.
Ferner ist der zweite Teilbereich 16 der zweiten
Metallisierung 10, die die zweite Stirnfläche 8 bedeckt, mit einem Referenzpotenzial 1 verbunden. Zwischen den Innenelektroden 5, die mit dem ersten
Teilbereich 13 der ersten Metallschicht 9 auf der ersten Stirnfläche 7 verbunden sind, und den Innenelektroden 5, die mit dem ersten Teilbereich 15 der zweiten Metallschicht 10 auf der zweiten Stirnfläche 8 verbunden sind, bildet sich die Kapazität des ersten Kondensators Cl, der ein
Zwischenkreiskondensator sein kann, aus.
In den von der ersten und der zweiten Trennfolie 11, 12 abseparierten Bereichen des Folienstapels 4 werden ferner die Kapazitäten des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 gebildet .
Zwischen den Innenelektroden 5, die mit dem ersten
Teilbereich 13 der ersten Metallschicht 9 auf der ersten Stirnfläche 7 verbunden sind, und den Innenelektroden 5, die mit dem zweiten Teilbereich 16 der zweiten Metallschicht 10 auf der zweiten Stirnfläche 8 verbunden sind, bildet sich die Kapazität des zweiten Kondensators C2 aus. Zwischen den Innenelektroden 5, die mit dem zweiten
Teilbereich 14 der ersten Metallschicht 9 auf der ersten Stirnfläche 7 verbunden sind, und den Innenelektroden 5, die mit dem zweiten Teilbereich 16 der zweiten Metallschicht 10
auf der zweiten Stirnfläche 8 verbunden sind, bildet sich die Kapazität des dritten Kondensators C3 aus.
Vorzugsweise weisen der zweite und der dritte Kondensator C2, C3 die gleiche Kapazität auf. Die Kapazität des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 ist vorzugsweise geringer als die Kapazität des ersten Kondensators Cl . Der zweite und der dritte Kondensator C2, C3 weisen beispielsweise Kapazitäten im Bereich mehrerer nF auf.
Die drei Kondensatoren Cl, C2, C3 des Kondensator-Bauteils sind selbstheilend. Dabei verdampfen vorzugsweise bei einem punktuellen Kurzschluss zwischen zwei Innenelektroden 5 infolge hoher Lichtbogentemperatur das Dielektrikum und die Metallisierung um die Durchschlagstelle, sodass sich
lediglich ein lokales Loch im Folienstapel 4 ergibt, das nicht zur Zerstörung des Kondensator-Bauteils führt.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des Kondensator- Bauteils ist insbesondere für einen radialsymmetrischen
Einbauraum geeignet. Dabei wird das Kondensator-Bauteil ringförmig, vorzugsweise radialsymmetrisch zu einer
Symmetrieachse 19, ausgestaltet.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines ringförmigen
Kondensator-Bauteils, wobei die Stromschienen 2, 3 einen größeren Durchmesser als der erste, der zweite und der dritte Kondensator aufweisen und dementsprechend auf der nach außen gerichteten Seite des Folienstapels 4 angeordnet sind. Im Folgenden wird ein mögliches Verfahren zur Herstellung des Kondensator-Bauteils gemäß Figur 2 beschrieben.
Zunächst wird eine Anfangsleerwindung 22 aus einem
dielektrischen Material aufgewickelt. Auf diese werden die
aktiven Windungen des ersten Kondensators Cl gewickelt. Dabei werden die ersten dielektrischen Folien 6.1, die auf
zumindest einer Außenfläche metallisiert sein können, aufgewickelt. Der Folienstapel 4 wird derart gewickelt, dass entlang der Flächennormale der Folien 6.1 abwechselnd eine Schicht einer Metallisierung und eine dielektrische Schicht angeordnet sind. Die Metallisierungen der dielektrischen Folien 6.1 bilden dann die Innenelektroden 5. Es wird nunmehr über die aktiven Windungen des ersten
Kondensators Cl eine elektrisch isolierende Trennfolie 11 gewickelt .
Ist das Aufbringen der Trennfolie 11 beendet, so werden über dieser die metallisierten zweiten dielektrischen Folien 6.2 gewickelt, die im fertigen Bauteil den zweiten Kondensator C2 bilden .
Über die zweiten dielektrischen Folien 6.2 wird nun eine zweite elektrisch isolierende Trennfolie 12 gewickelt.
Ist das Aufbringen der zweiten Trennfolie 12 beendet, so werden über die zweite Trennfolie 12 metallisierte dritte dielektrische Folien 6.3 gewickelt, die im fertigen Bauteil den dritten Kondensator C3 bilden. Über den dritten
Kondensator C3 wird die Endleerwindung 23 aus einem
dielektrischen Material gewickelt.
Die zwei Stirnflächen 7, 8 des Folienstapels 4, die parallel zur Flächennormalen der Folien 6.1, 6.2, 6.3 stehen, werden nunmehr mit einer Metallschicht 9, 10, der so genannten
Schoop-Schicht , besprüht. Dabei wird die Metallschicht 9 auf der ersten Stirnfläche 7 durch die erste Trennfolie 11 in zwei Teilbereiche 13, 14 geteilt und die Metallschicht 10 auf
der zweiten Stirnfläche 8 wird durch die zweite Trennfolie 12 in zwei Teilbereiche 15, 16 geteilt.
Nun werden die Stromschienen 2, 3 auf den Folienstapel 4 aufgeschoben, wobei zwischen der zweiten Stromschiene 3 und dem Folienstapel 4 die erste Isolierschicht 17 vorgesehen ist und die zweite Isolierschicht 18 zwischen den beiden
Stromschienen 2, 3 angeordnet ist. Die Kontaktarme 20 der Stromschienen 2, 3 werden nun mit der Metallschicht 9, 10 auf den Stirnflächen 7, 8 des Kondensator-Bauteils verlötet, sodass sich eine Verschaltung der Kondensatoren Cl, C2, C3, wie in dem Ersatzschaltbild in Figur 1 gezeigt, ergibt.
Handelt es sich um ein ringförmiges Kondensator-Bauteil, bei dem die Stromschienen 2, 3 und der Folienstapel 4 kreis- oder ellipsenförmig sind, so weisen die Stromschienen 2, 3 einen größeren Durchmesser als der Folienstapel 4 auf und sind dementsprechend vom Mittelpunkt bzw. Brennpunkt aus gesehen auf der Außenseite des Folienstapels 4 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines
erfindungsgemäßen ringförmigen Kondensator-Bauteils mit auf einer Außenfläche 30 angeordneten Stromschienen.
Beispielsweise weist das Kondensator-Bauteil einen
Folienstapel 4 gemäß Figur 2 auf. Ferner weist das
Kondensator-Bauteil vorzugsweise Verstärkungselemente zur Stützung des Grundkörpers 2 auf, die hier nicht abgebildet sind . Der Folienstapel 4 sowie die Stromschienen 2, 3 sind
radialsymmetrisch um eine Symmetrieachse 19 ausgestaltet. Die beiden Stromschienen 2, 3 weisen einen größeren Durchmesser auf als der Folienstapel 4, so dass sie diesen von außen umschließen. Die Stromschienen 2, 3 sind somit auf der
Außenfläche 30 des ringförmigen Folienstapels 4 angeordnet. Die Stromschienen 2, 3 weisen ferner Kontaktarme 20 zur elektrischen Kontaktierung des Folienstapels 4 sowie Kontakte 21 zur Kontaktierung der Stromschienen 2, 3 mit einer
Stromversorgung auf.
Die Stromschienen 2, 3 werden als vorgefertigtes Bauteil hergestellt und auf den Grundkörper aufgeschoben.
Vorzugsweise weist das vorgefertigte Bauteil bereits die Kontaktarme 20 auf. Anschließend werden die Kontaktarme 20 um nahezu 90° in Richtung der Symmetrieachse 19 nach innen gebogen und mit der Schoopschicht auf der jeweiligen
Stirnfläche 7, 8 verbunden, beispielsweise verschweißt.
Dementsprechend liegt an den Innenelektroden des
Grundkörpers, die mit der jeweiligen Schoopschicht
kontaktiert sind, das Potential an, das über die Kontakte 21 an die jeweilige Stromschiene 2, 3 angelegt ist.
Für das in Figur 2 gezeigte Kondensator-Bauteil ist
alternativ jedoch auch eine Realisierung für einen ebenen Einsatzfall möglich. Hierbei werden Folienstapel 4 sowie Stromschienen 2, 3 eben ausgestaltet, beispielsweise
quaderförmig .
Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kondensator-Bauteils 25. Das Kondensator- Bauteil 25 weist einen Folienstapel 4 auf, in dem erste dielektrische Folien 6.1 gestapelt sind. Die ersten
dielektrischen Folien 6.1 weisen Metallisierungen auf. Diese Metallisierungen bilden die Innenelektroden 5. Die
Metallisierungen bzw. die Innenelektroden 5 sind abwechselnd mit einer ersten und einer zweiten Stirnfläche 7, 8 des Folienstapels 4 kontaktiert. Die Stirnflächen 7, 8 des
Folienstapels 4 weisen eine Metallschicht 9, 10 auf. In dem
hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der Folienstapel 4 die Kapazität des ersten Kondensators Cl .
Im Gegensatz zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, werden bei dieser Ausführung die Kapazitäten des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 nicht von dem Folienstapel gebildet .
Ferner weist das Kondensator-Bauteil 25 in Figur 4 zwei
Stromschienen 2, 3 auf. Die erste Stromschiene 2 ist mit einer ersten Stirnfläche 7 des Folienstapels 4 verbunden und die zweite Stromschiene 3 ist mit einer zweiten Stirnfläche 8 des Folienstapels 4 elektrisch verbunden. Zwischen den beiden Stromschienen 2, 3 ist eine Metallfolie 5a angeordnet, die zwischen zwei dielektrischen Folien 6a, 6b angeordnet ist. Die Metallfolie 5a ist mit einem Referenzpotenzial 1
verbunden .
Durch die Stromschienen 2, 3 sowie die Metallfolie 5a und die beiden dielektrischen Folien 6a, 6b werden die Kapazitäten des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 gebildet. Die erste Stromschiene 2, die Metallfolie 5a und die
dielektrische Folie 6a bilden die Kapazität des zweiten
Kondensators C2. Die zweite Stromschiene 3, die Metallfolie 5b und die dielektrische Folie 6b bilden die Kapazität des dritten Kondensators C3.
Auch das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel realisiert die im Ersatzschaltbild in Figur 1 gezeigte Schaltung. Der erste Kondensator Cl ist parallel zu dem zweiten und dritten Kondensator C2, C3 verschaltet, wobei C2 und C3 wiederum in Reihe zueinander geschaltet sind.
Auch das in Figur 4 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel eignet sich sowohl für einen radialsymmetrischen als auch für einen ebenen Einbauraum. Bei einer ringförmigen Ausgestaltung des Kondensator-Bauteils wird der Durchmesser der beiden Stromschienen 2, 3 größer gewählt als der Durchmesser des
Folienstapels 4, sodass die beiden Stromschienen 2, 3 sich an die Außenseite des Folienstapels 4 anschließen. Die
Metallfolie 5a sowie die beiden dielektrischen Folien 6a, 6b werden ferner so dimensioniert, dass sie zwischen den beiden Stromschienen 2, 3 eingeschoben werden können.
Figur 5a zeigt schematisch den Y-Kondensator gemäß dem in Figur 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. Figur 5b zeigt eine Aufsicht auf die Metallfolie 5a und eine dielektrische Folie 6a, die zwischen der Metallfolie 5a und der ersten Stromschiene 2 angeordnet ist. Die Metallfolie 5a weist ferner einen Anschluss-Pin 24 auf, der aus den dielektrischen Folien 6a herausragt. Es ist in Figur 5a und Figur 5b zu sehen, dass die dielektrische Folie 6a an allen Seiten über die Metallfolie 5a herausragt, mit Ausnahme des Anschluss-
Pins 24, der aus der dielektrischen Folie 6a herausragt. Der Anschluss-Pin 24 dient zur Kontaktierung der Metallfolie 5a mit einem Referenzpotenzial 1, bei dem es sich vorzugsweise um ein Massepotential handelt. Zwischen der Metallfolie 5a und der zweiten Stromschiene 3 ist eine weitere dielektrische Folie 6b angeordnet, die baugleich mit der dielektrischen Folie 6a ist.
Gemäß einem möglichen Verfahren zur Herstellung des
Kondensator-Bauteils gemäß der zweiten Ausführung, wie in Figur 4 gezeigt, wird zunächst der Folienstapel 4
aufgewickelt. Dazu wird zunächst eine Anfangsleerwindung 22 aus einem dielektrischen Material gewickelt. Anschließend werden erste dielektrische Folien 6.1 aufgewickelt, die auf
zumindest einer Seite metallisiert sind, sodass sich ein Folienstapel 4, wie in Figur 4 gezeigt, ergibt. Dabei bilden die Metallisierungen der ersten dielektrischen Folien 6.1 die Innenelektroden 5 des Folienstapels 4.
Die Stirnflächen 7, 8 des Folienstapels 4 werden mit einer Metallschicht 9, 10 zur elektrischen Kontaktierung besprüht. Anschließend werden die beiden Stromschienen 2, 3, zwischen denen eine Metallfolie 5a und zwei dielektrische Folien 6a, 6b angeordnet sind, auf den Folienstapel 4 aufgeschoben und mit den Metallflächen 9, 10 auf den Stirnflächen 7, 8
verlötet. Die beiden Stromschienen 2, 3 weisen vorzugsweise Kontaktarme 20 auf, die mit den Metallflächen 9, 10 auf den Stirnflächen 7, 8 verlötet werden.
Figur 6a zeigt eine Metallfolie 5a, die zwischen zwei
dielektrischen Folien 6a, 6b angeordnet ist und die zum
Einschub zwischen den beiden Stromschienen 2, 3 geeignet ist. Bei den dielektrischen Folien 6a, 6b handelt es sich
beispielsweise um Polyamid-Folien . Bei der Metallfolie 5a handelt es sich beispielsweise um eine Aluminiumfolie.
Beispielsweise wird zur Herstellung der Anordnung aus Figur 6a eine dielektrische Folie 6a mit einem Klebstoff
beschichtet und zunächst flach ausgerollt. Anschließend wird eine Metallfolie 5a auf die Polyamid-Folie 6a aufgebracht und diese Metallfolie 5a wird mit einer weiteren dielektrischen Folie 6b bedeckt, wobei zwischen Metallfolie 5a und der weiteren dielektrischen Folie 6b ebenfalls ein Klebstoff aufgebracht wird. Der Folienstapel aus der dielektrischen Folie 6a, Metallfolie 5a und der weiteren dielektrischen Folie 6b wird nunmehr verpresst und erhitzt, sodass sich eine stabile Verbindung ergibt. Die Folien 5a, 6a, 6b des
Folienstapels bleiben dabei flexibel, sodass sie sich für den
Einbau zwischen zwei ringförmigen Stromschienen 2, 3 wie in Figur 3 und 4 gezeigt eignen. Dieses Herstellungsverfahren bezeichnet man als Durchlauf-Kaschierverfahren . Figur 6b zeigt einen Stapel aus zwei dielektrischen Folien 6a, 6b, zwischen denen eine Metallfolie 5a eingeschlossen ist, in Draufsicht. Auf einer Seite des Stapels ragen
Anschluss-Pins 24 heraus. Die Anschluss-Pins 24 sind Teil der Metallfolie 5a, wobei die Anschluss-Pins 24 aus den
dielektrischen Folien 6a, 6b herausragen. Dabei handelt es sich um Masseanschlüsse. Aufgrund der länglichen Form der Metallfolie 5a werden mehrere Masseanschlüsse gewählt, um Unsymmetrien zu vermeiden. Abgesehen von den Anschluss-Pins 24 ist der Rest der Metallfolie 5a zwischen den
dielektrischen Folien 6a, 6b eingeschlossen und daher in Figur 6b nicht zu sehen.
Wird eine flexible Metallfolie 5a in einem
Durchlaufkaschierverfahren zwischen zwei dielektrischen
Folien 6a, 6b eingeschlossen, wie in Figur 7a und 7b
dargestellt, und anschließend zwischen zwei Stromschienen 2, 3 eingeschoben, kann ein unerwünschter Luftspalt zwischen den dielektrischen Folien 6a, 6b und den Stromschienen 2, 3 entstehen. Dadurch kann die Kapazität des zweiten und/oder dritten Kondensators C2, C3 verfälscht werden.
In einer Variation des Durchlaufkaschierverfahrens werden daher die Seite der dielektrischen Folien 6a, 6b, die von der eingeschlossenen Metallfolie 5a abgewandt sind, mit einer Metallschicht zumindest partiell bedeckt. Dadurch kann das Entstehen eines Luftspaltes vermieden werden.
Bei einer weiteren Variation des Durchlaufkaschierverfahrens schließt die eingeschlossene Metallfolie 5a bündig mit den
dielektrischen Folien 6a, 6b ab, wobei die Metallfolien 5a aber ferner Anschluss-Pins 24 aufweisen, die aus den
dielektrischen Folien 6a, 6b herausragen und die eine
Verbindung der Metallfolien 5a mit einem Referenzpotential 1 herstellen. Eine Isolierung kann durch ein zusätzliches
Element erreicht werden, das jeweils an den Enden des Stapels aus Metallfolie 5a und dielektrischen Folien 6a, 6b
angeordnet sein kann. Dabei kann es sich beispielsweise um eine weitere Klebefolie handeln, die die Enden des Stapels überdeckt.
Die Seite der dielektrischen Folien 6a, 6b, die von der eingeschlossenen Metallfolie 5a abgewandt sind, können ebenfalls mit einer weiteren Metallschicht kaschiert werden. Eine weitere Variation des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Hierbei werden zwischen den Stromschienen 2, 3 mehrere metallisierte
dielektrische Filme angeordnet. Die metallisierten Flächen der Filme sind dabei derart miteinander und mit den
Stromschienen 2, 3 verschaltet, dass sich mehrere zweite
Kondensatoren C2 und mehrere dritte Kondensatoren C3 ergeben.
Ein Paar bestehend aus einem zweiten und einem dritten
Kondensator C2, C3 ist dabei in Reihe geschaltet und ferner parallel zu den weiteren Paaren von zweiten und dritten
Kondensatoren C2, C3 verschaltet.
Die Figuren 7a und 7b zeigen eine weitere Aus führungs form des zweiten und dritten Kondensators C2, C3, die Teile des Y- Kondensators sind. Der zweite und dritte Kondensator C2, C3 sind in Reihe zueinander und parallel zum ersten Kondensator Cl geschaltet. Jeder der beiden Kondensatoren C2, C3 weist einen stapeiförmigen Aufbau auf, der mehrere Folien aufweist. Die Folien des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3
können, wie in Figur 2 gezeigt, gemeinsam mit den Folien des ersten Kondensators Cl zu einem Folienstapel gewickelt sein, der durch Trennfolien in verschiedene Kapazitäten separiert ist. Alternativ können die Folien des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 mit dem in Figur 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel kombiniert werden, bei dem die Folien des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 zwischen zwei Stromschienen und angeordnet sind. Figur 7a zeigt den stapeiförmigen Aufbau des zweiten und des dritten Kondensators C2, C3 im Querschnitt. Figur 7b zeigt den Aufbau eines der beiden Kondensatoren C2, C3 in
Draufsicht, wobei die einzelnen Folien gegeneinander
verschoben sind, um den Aufbau übersichtlicher darstellen zu können.
Entlang der Stapelrichtung weist der zweite Kondensator C2 als unterste Schicht eine Metallfolie 31, beispielsweise eine Aluminium-aufweisende Folie auf. Auf der Metallfolie 31 ist - entlang der Stapelrichtung - eine dielektrische Folie 32, die beispielsweise als unbedampfte Polypropylenschicht
ausgebildet ist, angeordnet. Über der dielektrischen Folie 32 ist - entlang der Stapelrichtung - eine teilweise
metallisierte Folie 33 angeordnet. Die teilweise
metallisierte Folie weist eine Polypropylenschicht auf, auf der ein erster und ein zweiter metallisierter Bereich 34, 35 aufgedampft sind. Die metallisierten Bereiche sind hier streifenförmig ausgebildet. Im aufgewickelten Zustand
verlaufen die Streifen parallel zueinander und radial um die Symmetrieachse des Bauteils. Zwischen den metallisieren
Bereichen 34, 35 ist ein nichtmetallisierter Bereich 36 angeordnet. Der nichtmetallisierte Bereich kann ein
unbedampfter Polypropylenstreifen sein.
An die beiden metallisierten Bereiche 34, 35 kann jeweils ein Potential angelegt werden. Die Metallfolie 31 kann ferner mit Masse verbunden sein. Dementsprechend bildet sich zwischen dem ersten metallisierten Bereich 34 und der Metallfolie 31 eine erste Kapazität des zweiten Kondensators C2 aus.
Zwischen dem zweiten metallisierten Bereich 35 und der
Metallfolie 31 bildet sich eine zweite Kapazität des zweiten Kondensators C2 aus. Die erste und die zweite Kapazität sind in Reihe zueinander geschaltet und bilden als innere
Reihenschaltung die Gesamtkapazität des zweiten Kondensators C2.
Der dritte Kondensator C3, der entlang der Stapelrichtung oberhalb des zweiten Kondensators C2 angeordnet ist, weist einen identischen Aufbau auf.
Der Bereich zwischen den ersten und zweiten metallisierten Bereichen 34, 35 und der Metallfolie 31 ist selbstheilend. Der Bereich zwischen dem nichtmetallisierten Bereich 36 und der Metallfolie 31 ist nicht-selbstheilend. Bei einem
punktuellen Kurzschluss verdampfen zwischen zwei von den Metallisierungen 34, 35 und der Metallfolie 31 gebildeten Elektroden infolge hoher Lichtbogentemperatur das
Dielektrikum und die Metallisierung um die Durchschlagstelle. Dadurch ergibt sich lediglich ein lokales Loch im
Folienstapel, das nicht zur Zerstörung des Kondensator- Bauteils führt. Fehlt jedoch in den Bereichen zwischen dem nichtmetallisierten Bereich 36 der teilweise metallisierten Folie 33 und der Metallfolie 31 eine Elektrode, so ist die Verdampfung nicht lokal begrenzt und es wird ein großer
Bereich des Kondensator-Bauteils zerstört. Dementsprechend sind diese Bereiche nicht-selbstheilend.
Sind der zweite und der dritte Kondensator C2, C3 durch die hier beschriebene innere Reihenschaltung zweier Kapazitäten gebildet, so weisen sie eine verbesserte Strom- und
Impulsbelastbarkeit auf.
Bezugs zeichen
Cl - erster Kondensator
C2 - zweiter Kondensator
C3 - dritter Kondensator
E1_C1 - erste Elektrode des ersten Kondensators
E2_C1 - zweite Elektrode des ersten Kondensators
E1_C2 - erste Elektrode des zweiten Kondensators
E2_C2 - zweite Elektrode des zweiten Kondensators E1_C3 - erste Elektrode des dritten Kondensators
E2_C3 - zweite Elektrode des dritten Kondensators
1 - Referenzpotential
2, 3 - Stromschiene
4 - Folienstapel
5 - Innenelektrode
6.1 - erste dielektrische Folie
6.2 - zweite dielektrische Folie
6.3 - dritte dielektrische Folie
5a - Metallfolie
6a, 6b - dielektrische Folie
7, 8 - Stirnfläche des Folienstapels
9, 10 - Metallschicht
11, 12 - Trennfolie
13, 14 - Teilbereich der ersten Stirnfläche 7 15, 16 - Teilbereich der zweiten Stirnfläche 8
17 - Isolationsschicht
18 - Isolationsschicht
19 - Symmetrieachse
20 - Kontaktarm
21 - Kontakte der Stromschiene
22 - Anfangsleerwindung
23 - Endleerwindung
24 - Anschluss-Pin
25 - Kondensator-Bauteil
- Anschluss-Pin
- Anschluss-Pin
- Außenfläche
- Metallfolie
- dielektrische Folie
- teilweise metallisierte Folie
- erster metallisierter Bereiche
- zweiter metallisierter Bereiche
— nichtmetallisierter Bereiche
Claims
Patentansprüche
1. Kondensator-Bauteil,
mit einem integrierten ersten Kondensator (Cl), und mit einem integrierten Y-Kondensator, der einen zweiten Kondensator (C2) und einen dritten Kondensator (C3) aufweist, wobei der zweite und der dritte Kondensator (C2, C3) in Reihe zueinander und parallel zu dem ersten Kondensator (Cl) geschaltet sind.
2. Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 1,
aufweisend eine erste und eine zweite Stromschiene (2, 3) zur gemeinsamen elektrischen Kontaktierung des ersten Kondensators, des zweiten Kondensators und des dritten Kondensators .
3. Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei das Kondensator-Bauteil ringförmig ist.
4. Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend einen Grundkörper, der einen Folienstapel (4) mit mehreren Innenelektroden (5) und dazwischen
angeordneten dielektrischen Folien (6.1, 6.2, 6.3) aufweist,
bei dem der zweite und der dritte Kondensator auf dem Grundkörper angebracht ist oder bei dem der zweite und der dritte Kondensator durch den Grundkörper gebildet wird .
5. Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine erste und eine zweite Außenfläche (7, 8) des Kondensator-Bauteil mit einer Metallschicht (9, 10) zumindest teilweise bedeckt sind.
Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend eine erste und eine zweite elektrisch
isolierende Trennfolie (11, 12), die den Folienstapel (4) in den ersten, den zweiten, und den dritten
Kondensator (Cl, C2, C3) separieren.
Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 5 und 6,
bei dem auf der ersten Außenfläche (7) die Metallschicht
(9) durch die erste elektrisch isolierende Trennfolie (11) in einen ersten und einen zweiten voneinander isolierten Teilbereich (13, 14) getrennt ist und
bei dem auf der zweiten Außenfläche (8) die
Metallschicht (10) durch die zweite elektrisch
isolierende Trennfolie (12) in einen ersten und einen zweiten voneinander isolierten Teilbereich (15, 16) getrennt ist.
Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 7,
bei dem die erste Stromschiene (2) mit dem ersten
Teilbereich (13) der Metallschicht (9) auf der ersten
Außenfläche (7) elektrisch verbunden ist,
bei dem die zweite Stromschienen (3) mit dem ersten
Teilbereich (15) der Metallschicht (10) auf der zweiten
Außenfläche (8) und mit dem zweiten Teilbereich (14) der
Metallschicht (9) auf der ersten Außenfläche (7) verbunden ist, und
bei dem der zweite Teilbereich (16) der Metallschicht
(10) auf der zweiten Außenfläche (8) mit dem
Referenzpotential (1) verbunden ist.
Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die beiden Stromschienen (2, 3), der erste
Kondensator (Cl), der zweite Kondensator (C2) und der dritte Kondensator (C3) ringförmig eine gemeinsame Achse
umschließen, wobei jede der beiden Stromschienen (2, 3) einen größeren Durchmesser aufweist als der erste, der zweite und der dritte Kondensator (Cl, C2, C3) . 10. Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem der Y-Kondensator zwischen den beiden
Stromschienen (2, 3) angeordnet ist.
11. Kondensator-Bauteil gemäß Anspruch 10,
bei dem der Y-Kondensator eine Metallfolie (5a), eine erste dielektrische Folie (6a) und eine zweite
dielektrische Folie (6b) aufweist,
wobei die Metallfolie (5a) mit dem Referenzpotential (1) verbunden ist und zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Folie (6a, 6b) eingeschlossen ist, und wobei die Metallfolie (5a) und die beiden dielektrischen Folien (6a, 6b) zwischen den beiden Stromschienen (2, 3) derart angeordnet sind, dass der zweite Kondensator (C2) durch die erste Stromschiene, (2), die Metallfolie (5a) und die erste dielektrische Folie (6a) gebildet wird und dass der dritte Kondensator (C3) durch die zweiten
Stromschiene (3), die Metallfolie (5a) und die zweite dielektrische Folie (6b) gebildet wird. 12. Kondensator-Bauteil gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei zwischen den beiden Stromschienen (2, 3) mehrere Metallfolien (5a-5e) angeordnet sind, die jeweils zwischen zwei dielektrischen Folien (6a) eingeschlossen sind, und
wobei durch die dielektrischen Folien (6a), die
Metallfolien (5a-5e) und die beiden Stromschienen (2, 3) mehrere zweite und dritte Kondensatoren (C2, C3) des Y- Kondensators gebildet sind, und wobei jeweils ein zweiter und ein dritter Kondensator (C2, C3) in Reihe
zueinander und parallel zu den weiteren Kondensatoren geschaltet sind.
13. Kondensator-Bauteil,
aufweisend einen ringförmigen Grundkörper, der eine Achse (19) umschließt und eine Außenfläche (30)
aufweist, deren Flächennormale in radialer Richtung von der Achse (19) wegweist, und eine auf der Außenfläche (30) angeordnete Stromschiene (2) .
14. Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem ein erster Kondensator (Cl) aus Innenelektroden (5) mit dazwischen angeordneten dielektrischen Folien (6.1) gebildet wird,
bei dem auf dem ersten Kondensator (Cl) eine erste Trennfolie (11) aufgebracht wird,
bei dem auf der ersten Trennfolie (11) ein zweiter Kondensator (C2) aus Innenelektroden (5) mit dazwischen angeordneten dielektrischen Folien (6.2) gebildet wird, bei dem auf dem zweiten Kondensator (C2) eine zweite Trennfolie (12) aufgebracht wird,
bei dem auf der zweiten Trennfolie (12) ein dritter Kondensator (C3) aus Innenelektroden (5) mit dazwischen angeordneten dielektrischen Folien (6.3) gebildet wird, bei dem zwei Stromschienen (2, 3) auf den ersten, zweiten und dritten Kondensators (Cl, C2, C3)
aufgeschoben werden und die Stromschienen (2, 3) mit den Kondensatoren (Cl, C2, C3) elektrisch kontaktiert werden .
15. Verfahren zur Herstellung eines Kondensator-Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 10 bis 12,
bei dem ein erster Kondensator (Cl) aus Innenelektroden (5) mit dazwischen angeordneten dielektrischen Folien (6.1) gebildet wird,
bei dem zwei Stromschienen (2, 3) auf den ersten
Kondensator (Cl) aufgeschoben werden und die
Stromschienen (2, 3) mit dem Kondensator (Cl) elektrisch kontaktiert werden,
bei dem zwischen die beiden Stromschienen (2, 3) eine Metallfolie (5a), die zwischen zwei dielektrischen
Folien (6a, 6b) eingeschlossen ist, eingeschoben wird.
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