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Ein
Doppelschichtkondensator, bei dem ein Elektrodenbelag des Kondensatorwickels
durch den Deckel des Gehäuses
kontaktiert wird, ist z. B. aus der Druckschrift
DE 202 04 027 U1 bekannt.
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Eine
zu lösende
Aufgabe besteht darin, einen Kondensator mit einer niederohmigen
Kontaktierung eines Kondensatorwickels anzugeben. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Doppelschichtkondensators anzugeben.
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Es
wird ein Kondensator mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten
Kondensatorwickel angegeben, der leitfähige Wickelschichten umfasst, wobei
die Wickelschichten übereinander
umgelegt und in mindestens einem – vorzugsweise für eine Außenschweißung durch
das Gehäuse
hindurch unzugänglichen – Bereich
miteinander verschweißt
sind.
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Unter
den Wickelschichten sind übereinander
gelegte Wicklungen eines zu einem Wickel aufgerollten Elektrodenbelags
zu verstehen.
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Der
für eine
Außenschweißung unzugängliche
Bereich liegt z. B. in der Nähe
(vorzugsweise unterhalb) eines Bereichs mit erhöhter Gehäusedicke. Der Bereich kann
aber auch in der Nähe
einer Knickstelle im Gehäuse
liegen. In diesem Schweißbereich sind
die Wickelschichten zwar miteinander, aber vorzugsweise nicht mit
dem Gehäuse
verschweißt.
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Der
unterhalb des Bereichs mit erhöhter
Gehäusedicke
liegende Schweißbereich
ist bei einer vorgegebenen Schweißleistung für eine Außenschweißung durch das Gehäuse hindurch
unzugänglich,
wobei diese Schweißleistung
dagegen z. B. zur Verschweißung
anderer Bereiche des Gehäuses
mit dem Kondensatorwickel ausreichend ist.
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Die
Dicke des Gehäuses
in dem für
die Außenschweißung unzugänglichen
Schweißbereich übersteigt
diejenige in einem für
die Außenschweißung zugänglichen
Bereich vorzugsweise um mindestens Faktor zwei.
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Der
Kondensatorwickel umfasst einen ersten und einen zweiten Elektrodenbelag,
die mittels einer Trennschicht elektrisch voneinander isoliert sind.
Die Wickelschichten umfassen erste Wickelschichten, die einem ersten
Elektrodenbelag des Wickels zugeordnet sind, und zweite Wickelschichten,
die einem zweiten Elektrodenbelag des Wickels zugeordnet sind.
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Das
Gehäuse
umfasst einen Gehäusebecher
und einen Deckel. Der Kondensatorwickel ist im Gehäusebecher
angeordnet. Im Kondensatorwickel ist vorzugsweise ein Kernrohr angeordnet.
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In
mindestens einem ersten Schweißbereich sind überstehende
Bereiche der Wickelschichten des ersten Elektrodenbelags miteinander
und mit dem Deckel verschweißt.
In mindestens einem zweiten Schweißbereich sind überstehende
Bereiche der Wickelschichten des ersten Elektrodenbelags miteinander
verschweißt.
Im zweiten Schweißbereich
sind die Wickelschichten vorzugsweise zwar miteinander, aber nicht
mit dem Gehäuse
verschweißt.
Der Abstand der Wickelstirnseite zur Außenfläche des Gehäuses ist im zweiten Schweißbereich
größer als
im ersten Schweißbereich,
so dass der zweite Schweißbereich
für ei ne
Schweißung
durch den Deckel hindurch nicht geeignet ist. Der Abstand zur Außenfläche im zweiten
Schweißbereich
beträgt
vorzugsweise mindestens das Doppelte des Abstands im ersten Schweißbereich.
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Die
Dicke des Deckels über
dem zweiten Schweißbereich übersteigt
vorzugsweise diejenige über
dem ersten Schweißbereich.
Möglich
ist aber auch, dass der zweite Schweißbereich durch einen Luftspalt
vom Deckel beabstandet und daher für die Schweißung von
außen
nicht zugänglich
ist. In diesem Fall besteht kein direkter Kontakt des Wickels zum
Gehäuse.
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Unter
dem zweiten Schweißbereich
ist insbesondere ein zum Deckel gewandter stirnseitiger Bereich
des Kondensatorwickels zu verstehen, der im Gegensatz zum ersten
Bereich für
die Schweißung
von außen
durch den Deckel hindurch nicht zugänglich ist. Ein zweiter Schweißbereich
grenzt vorzugsweise an einen nach innen gewandten Rand des ersten
Schweißbereichs
an. Ein weiterer zweiter Schweißbereich
grenzt vorzugsweise an einen nach außen gewandten Rand des ersten
Schweißbereichs an.
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Es
besteht die Möglichkeit,
insbesondere die zum Kernrohr gewandten Wickelschichten und/oder die äußersten
Wickelschichten miteinander zu verschweißen, die unter Verwendung der
herkömmlichen
Schweißleistungsdichte
aufgrund einer relativ hohen Dicke der darüber angeordneten Deckelbereiche
für eine
Schweißung
durch den Deckel hindurch unzugänglich
sind.
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Aus
der Tatsache, dass die Wickelschichten inklusive der endständigen Wickelschichten
durch eine stirnseitige Schweißung
miteinander kurzgeschlossen sind, resultiert ein niedriger ESR Wert (ESR
= Electrical Serial Resistance) und eine relativ hohe Leistungsdichte
des Kondensators.
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Der
Kondensatorwickel weist einen mehrere Wickelschichten umfassenden
zweiten Elektrodenbelag auf, wobei gemäß einer vorteilhaften Variante überstehende
Bereiche der Wickelschichten des zweiten Elektrodenbelags in mindestens
einem dritten Schweißbereich
miteinander und mit dem Boden des Gehäusebechers verschweißt sind.
In mindestens einem vierten Schweißbereich sind überstehende
Bereiche der Wickelschichten des zweiten Elektrodenbelags miteinander,
aber nicht mit dem Boden des Gehäusebechers
verschweißt.
Die Dicke des Bodens des Gehäusebechers über dem
vierten Schweißbereich übersteigt
vorzugsweise diejenige über
dem dritten Schweißbereich.
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Vorzugsweise
sind bei zumindest zwei von fünf
zur Seitenwand des Gehäusebechers
gewandten Wickelschichten des jeweiligen Elektrodenbelags ihre überstehenden
Bereiche miteinander verschweißt.
Vorzugsweise sind bei zumindest zwei von fünf zum Kernrohr gewandten Wickelschichten
des jeweiligen Elektrodenbelags ihre überstehenden Bereiche miteinander
verschweißt.
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Die
Wickelschichten des jeweiligen Elektrodenbelags können mittels
Laserschweißung
miteinander verschweißt
werden. Andere Schweißverfahren
kommen dabei aber auch in Betracht.
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Der
Wickel eines Doppelschichtkondensators weist zwei Elektrodenbeläge und eine
dazwischen angeordnete, elektrisch isolierende Trennschicht auf.
Die Wickelschichten eines einer bestimmten Elektrode zugeordneten
Elektrodenbelags stehen vorzugsweise auf der entsprechenden Stirnseite
des Wickels über
der isolierenden Trennschicht hinaus. Der Kondensatorwickel ist
in einem Gehäusebecher
mit einem Deckel angeord net. Im Deckel können Ausbeulungen (Sicken)
in Form einer Wanne ausgebildet sein, die zu den überstehenden
Teilen des Elektrodenbelags einen Druckkontakt erzeugen. Der Boden
der Sicke ist vorzugsweise dünner
als ihre Seitenwände
und umfasst den ersten Schweißbereich.
Die Seitenwände
umfassen den zweiten Schweißbereich.
Die zweiten Schweißbereiche
liegen insbesondere außerhalb
des relativ dünnwandigen
Bodens der Sicke.
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Es
wird zusätzlich
ein elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem Deckel (im
Bereich der Sicken) und einigen Wickelschichten des Elektrodenbelags
z. B. durch Punktschweißungen mittels
eines Lasers erzeugt. Durch so gebildete Querverbindungen zwischen
verschiedenen Wickelschichten des Kondensatorwickels werden Stromwege
im Elektrodenbelag gering gehalten.
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Des
weiteren wird das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen
Doppelschichtkondensators angegeben. Diese Verfahren umfasst die
Schritte:
- – überstehende
Bereiche von Wickelschichten eines Kondensatorwickels werden übereinander umgelegt
und miteinander verschweißt,
- – der
Kondensatorwickel wird in einem Gehäuse platziert und die Wickelschichten
stirnseitig mit dem Gehäuse
verschweißt.
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Im
Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand von
schematischen und nicht maßstabsgetreuen
Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 im
Querschnitt einen Kondensator mit einem Kondensatorwickel, dessen
Wickelschicht miteinander verschweißt sind;
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2 die
Draufsicht auf den Deckel des Kondensators gemäß der 1;
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3 die
Draufsicht auf den Kondensatorwickel, der mit dem Deckel des Kondensators
gemäß den 1 und 2 verschweißt ist.
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In 1 ist
ein Kondensator mit einem Kondensatorwickel 5 gezeigt,
der in einem Gehäuse
angeordnet ist. Im Kondensatorwickel 5 ist ein Kernrohr 6 angeordnet.
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Das
Gehäuse
umfasst einen Gehäusebecher 1 und
einen Deckel 2, mit dem der Gehäusebecher dicht verschlossen
ist. Der Deckel 2 ist vom Gehäusebecher 1 z. B.
mittels einer Gummidichtung elektrisch isoliert.
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Der
Deckel 2 weist einen Außenanschluss 20 auf,
der zur elektrischen Verbindung mit einem weiteren Kondensator mittels
eines elektrisch leitfähigen
Verbindungselements vorgesehen sein kann. Der Außenanschluss 20 ist
als erster Außenanschluss 20 des
Kondensators vorgesehen.
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Der
Boden 10 des Gehäusebechers 1 dient als
zweiter Außenanschluss
des Kondensators. Beide Außenanschlüsse dienen
zur äußeren Kontaktierung
der in der 1 nicht gezeigten Elektrodenbeläge des Kondensatorwickels 5.
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Der
in 3 gezeigte erste Elektrodenbelag 3 des
Kondensatorwickels 5 umfasst erste Wickelschichten. Der
zweite Elektrodenbelag des Kondensatorwickels 5 umfasst
zweite Wickelschichten, die von den ersten Wickelschichten elektrisch
isoliert sind. Die Wickelschichten einer Sorte sind vorzugsweise übereinander
umgelegt und miteinander verschweißt.
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Der
Deckel 2 weist eine Sicke 41 oder mehrere, z.
B. – wie
in 2 gezeigt – drei
solche Sicken 41, 42, 43 auf, die jeweils
den Kondensatorwickel elektrisch kontaktieren. Da die Sicken 41, 42, 43 vorzugsweise
im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, wird nur die Sicke 41 und
ihre Verbindung zum Wickel 5 beschrieben.
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Die
Sicke 41 hat die Form einer Wanne mit einem Boden und Seitenwänden. Der
Boden der Sicke 41 ist gegenüber deren Seitenwänden vorzugsweise
relativ dünnwandig.
Im Bereich des vorzugsweise flachen Sickenbodens berührt der
Deckel die Wickelschichten des Kondensatorwickels und ist in zumindest
einem ersten Schweißbereich 21 mit
diesen verschweißt.
Der erste Schweißbereich 21 umfasst
mindestens einen Schweißpunkt.
In der Variante gemäß der 2 ist
beispielsweise angedeutet, dass die Schweißverbindung zwischen dem Wickel und
dem Deckel in zwei Schweißpunkten 21, 22, 23 pro
Sicke erfolgt. Die Verschweißung
des Deckels und des Kondensatorwickels erfolgt vorzugsweise mittels
einer Außenschweißung, d.
h. der Schweißung
durch den Deckel hindurch.
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In
der 1 ist zu sehen, dass die Seitenwände der
Sicke 41 verglichen mit dem Sickenboden relativ dickwandig
sind, wobei ihre Wandstärke
die Wandstärke
des Bodens übersteigt.
In den Bereichen, die unterhalb der relativ dickwandigen Bereiche
des Gehäuses
bzw. des Deckels angeordnet sind, ist der Abstand zwischen der Oberfläche des Gehäuses und
der oberen Stirnseite des Wickels 5 größer als in den den Wickel direkt
kontaktierenden und für
die Außenschweißung vorgesehenen
ersten Schweißbereichen 21, 22, 23.
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Aber
selbst bei der gleichen Wandstärke können die
Seitenwände
der Sicke gegenüber
ihrem Boden nicht rechtwinklig verlaufen, sondern geneigt sein,
wobei der Abstand zwischen der Oberfläche des Deckels 2 und
der oberen Stirnseite des Wickels 5 auch größer ist
als in den für
die Außenschweißung vorgesehenen
ersten Schweißbereichen 21, 22, 23. Aufgrund
des größeren Abstands
sind solche Bereiche der Stirnseite des Wickels 5, die
unterhalb der Seitenwände
der Sicken 41, 42, 43 angeordnet sind, für die Außenschweißung nicht
zugänglich.
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Daher
werden die miteinander zu verschweißenden Wickelschichten und
insbesondere z. B. drei bis fünf
endständige
Wickelschichten noch vor dem Verschließen des Gehäuses miteinander verschweißt. Dabei
werden – in
der 1 unterhalb der Seitenwände der Sicken angeordnete – zweite Schweißbereiche 71, 72 gebildet,
die für
eine Außenschweißung nicht
geeignet sind.
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Im
zweiten Schweißbereich 71 sind
zumindest zwei der zum Kernrohr 6 gewandten endständigen ersten
Wickelschichten miteinander verschweißt. Im weiteren zweiten Schweißbereich 72 sind
zumindest zwei der zum Gehäusebecher 1 gewandten
endständigen
ersten Wickelschichten miteinander verschweißt.
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Die
ersten Wickelschichten sind dem ersten Elektrodenbelag 3 zugeordnet,
der in 3 gezeigt ist. In 3 sind die
in den Sicken 41, 42, 43 angeordneten
Schweißpunkte 21, 22, 23 gezeigt,
in denen der Deckel 2 mit dem ersten Elektrodenbelag 3 des Wickels 5 verschweißt ist.
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Das
in Zusammenhang mit der Verbindung der ersten Wickelschichten des
Kondensatorwickels mit dem Deckel Gesagte gilt gleichermaßen auch
für die
Verbindung der zweiten Wickel schichten mit dem Gehäuseboden 10.
Der größere Abstand
zwischen der Unterseite des Gehäusebechers 1 und
der Unterseite des Wickels 5 kann in manchen Bereichen
z. B. aufgrund von Wölbungen
oder Verdickungen des Gehäusebodens 10 entstehen,
so dass diese Bereiche für
eine Schweißung
von außen
nicht zugänglich sind.
Wie für
den Deckel 2 gilt auch für den Gehäuseboden, dass er Sicken aufweisen
kann, in denen Schweißbereiche
angeordnet sind.
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Die
Außenschweißung oder
die Verschweißung
der Wickelschichten kann nicht nur punktweise, sondern entlang Schweißlinien
oder großflächig erfolgen.
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- 1
- Gehäusebecher
- 10
- Boden
des Gehäusebechers
- 2
- Deckel
- 20
- Kondensatoranschluss
- 21,
22, 23
- erste
Schweißereiche
- 3
- erster
Elektrodenbelag des Kondensatorwickels 5
- 41,
42, 43
- Sicken
- 5
- Kondensatorwickel
- 6
- Kernrohr
- 71,
72
- zweite
Schweißbereiche