DE102006005832B4

DE102006005832B4 - Kondensator mit einem Kondensatorwickel und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102006005832B4
Application number: DE102006005832A
Authority: DE
Inventors: Werner Erhardt; Hubertus Goesmann; Stefan Nowak
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: DE102006005832A1

Abstract

Kondensator, mit
– einem Kondensatorwickel (5), der in einem becherförmigen Gehäuse (1, 2, 10) angeordnet ist, das einen ersten Gehäuseteil (2), der als Deckel fungiert, und einen zweiten Gehäuseteil (2), der als Gehäuseboden fungiert, aufweist,
– wobei der Kondensatorwickel (5) elektrisch leitende Wickelschichten aufweist, die an der dem ersten (2) und zweiten (10) Gehäuseteil zugewandten Seite überstehen, die umgelegt sind und die in zumindest einem ersten Bereich (21, 22, 23) mit zumindest einem Gehäuseteil (2, 10) flächig oder entlang Linien verschweißt sind und in zumindest einem zweiten Bereich (71, 72) miteinander verschweißt sind,
– wobei der axiale Abstand des zweiten Bereichs (71, 72) zur Außenseite des gegenüberliegenden Gehäuseteils (2, 10) größer ist als der axiale Abstand des ersten Bereichs (21, 22, 23) zur Außenseite des gegenüberliegenden Gehäuseteils (2, 10).

Description

Ein Doppelschichtkondensator, bei dem ein Elektrodenbelag des Kondensatorwickels durch den Deckel des Gehäuses kontaktiert wird, ist z. B. aus den Druckschriften DE 202 04 027 U1 , DE 202 04 027 U1 , WO 2006/000705 A1 , DE 100 41 369 A1 oder DE 10 2004 034 769 A1 bekannt.
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 Kondensators anzugeben.
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.
Unter den Wickelschichten sind übereinander gelegte Wicklungen eines zu einem Wickel aufgerollten Elektrodenbelags zu verstehen.
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.
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.
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.
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.
Das Gehäuse umfasst einen Gehäusebecher und einen Deckel. Der Kondensatorwickel ist im Gehäusebecher angeordnet. Im Kondensatorwickel ist vorzugsweise ein Kernrohr angeordnet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Wickelschichten des jeweiligen Elektrodenbelags können mittels Laserschweißung miteinander verschweißt werden. Andere Schweißverfahren kommen dabei aber auch in Betracht.
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.
Es wird zusätzlich ein elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem Deckel (im Bereich der Sicken) und einigen Wickelschichten des Elektrodenbelags z. B. durch Schweißungen mittels eines Lasers erzeugt. Durch so gebildete Querverbindungen zwischen verschiedenen Wickelschichten des Kondensatorwickels werden Stromwege im Elektrodenbelag gering gehalten.
Des weiteren wird das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Kondensators 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.

Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
1 im Querschnitt einen Kondensator mit einem Kondensatorwickel, dessen Wickelschicht miteinander verschweißt sind;
2 die Draufsicht auf den Deckel des Kondensators gemäß der 1;
3 die Draufsicht auf den Kondensatorwickel, der mit dem Deckel des Kondensators gemäß den 1 und 2 verschweißt ist.
In 1 ist ein Kondensator mit einem Kondensatorwickel 5 gezeigt, der in einem Gehäuse angeordnet ist. Im Kondensatorwickel 5 ist ein Kernrohr 6 angeordnet.
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.
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.
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.
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.
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.
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 eine Schweißverbindung. In der Variante gemäß der 2 sind beispielsweise zwei Schweißpunkte 21, 22, 23 pro Sicke der Schweißverbindung zwischen dem Wickel und dem Deckel angedeutet. Die Verschweißung des Deckels und des Kondensatorwickels erfolgt vorzugsweise mittels einer Außenschweißung, d. h. der Schweißung durch den Deckel hindurch.
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.
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.
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.
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.
Die ersten Wickelschichten sind dem ersten Elektrodenbelag 3 zugeordnet, der in 3 gezeigt ist. In 3 sind in den Sicken 41, 42, 43 angeordnete Schweißpunkte 21, 22, 23 der Schweißverbindung gezeigt, in denen der Deckel 2 mit dem ersten Elektrodenbelag 3 des Wickels 5 verschweißt ist.
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.
Die Außenschweißung oder die Verschweißung der Wickelschichten kann entlang Schweißlinien oder großflächig erfolgen.

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

Claims

Kondensator, mit – einem Kondensatorwickel (5), der in einem becherförmigen Gehäuse (1, 2, 10) angeordnet ist, das einen ersten Gehäuseteil (2), der als Deckel fungiert, und einen zweiten Gehäuseteil (2), der als Gehäuseboden fungiert, aufweist, – wobei der Kondensatorwickel (5) elektrisch leitende Wickelschichten aufweist, die an der dem ersten (2) und zweiten (10) Gehäuseteil zugewandten Seite überstehen, die umgelegt sind und die in zumindest einem ersten Bereich (21, 22, 23) mit zumindest einem Gehäuseteil (2, 10) flächig oder entlang Linien verschweißt sind und in zumindest einem zweiten Bereich (71, 72) miteinander verschweißt sind, – wobei der axiale Abstand des zweiten Bereichs (71, 72) zur Außenseite des gegenüberliegenden Gehäuseteils (2, 10) größer ist als der axiale Abstand des ersten Bereichs (21, 22, 23) zur Außenseite des gegenüberliegenden Gehäuseteils (2, 10).
Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Gehäuseteil (2, 10) Abschnitte mit unterschiedlichen Wandstärken aufweist, wobei der dem zweiten Bereich (71, 72) gegenüberliegende Abschnitt des zumindest einen Gehäuseteils (2, 10) eine größere Wandstärke aufweist als der dem ersten Bereich (21, 22, 23) gegenüberliegende Abschnitt des zumindest einen Gehäuseteils (2, 10).
Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des dem zweiten Bereich (71, 72) gegenüberliegenden Abschnitts des zumindest einen Gehäuseteils (2, 10) zumindest das Doppelte der Wandstärke des dem ersten Bereich (21, 22, 23) gegenüberliegenden Abschnitts des zumindest einen Gehäuseteils (2, 10) beträgt.
Kondensator nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt mit unterschiedlicher Wandstärke eine Sicke ist, die dickwandige Seitenwände und einen dünnwandigen Boden aufweist, der als erster Bereich (21, 22, 23) fungiert.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorwickel (5) in dem zumindest einen zweiten Bereich (71, 72) von dem gegenüberliegenden Gehäuseteil beabstandet ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (21, 22, 23) in dem die Wickelschichten miteinander verschweißt sind, zwei bis fünf äußere Wickelschichten des Kondensatorwickels (5) umfasst.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensatorwickel ein Kernrohr (6) angeordnet ist und der zweite Bereich (21, 22, 23), in dem die Wickelschichten miteinander verschweißt sind, zwei bis fünf innere Wickelschichten des Kondensatorwickels (5) umfasst.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator ein Doppelschichtkondensator ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kondensators gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten: – die Wickelschichten werden übereinander umgelegt und in mindestens einem zweiten Schweißbereich (71, 72) flächig miteinander verschweißt, – der Kondensatorwickel (5) wird in einem Gehäuse angeordnet, und – die Wickelschichten werden in mindestens einem ersten Schweißbereich (21, 22, 23) mit zumindest einem Gehäuseteil (2, 10) verschweißt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Wickelschichten mittels einer Laserschweißung miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei bei einer vorgegebenen Schweißleistung der erste Schweißbereich (21, 22, 23) für eine Schweißung durch das Gehäuse hindurch zugänglich und der zweite Schweißbereich (71, 72) für eine solche Schweißung nicht zugänglich ist.