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Eine
zu lösende
Aufgabe besteht darin, ein elektrisches Anschlusselement zur Verbindung
von Kondensatoren einer Kondensatoranordnung anzugeben, das zur
mechanischen Entlastung der Kondensatoranordnung geeignet ist.
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Es
wird ein Anschlusselement mit mindestens einem Verbindungselement
angegeben, das in Befestigungsbereichen mit zwei Kondensatoren einer
Kondensatoranordnung fest verbunden und das federnd ausgebildet
ist, wobei die Kondensatoren über
die so gebildete elastische Verbindung gegeneinander bewegbar sind.
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Dadurch,
dass die Verbindung zwischen den Kondensatoren nicht starr ist,
sondern nachgeben kann, sind die Befestigungsbereiche der Kondensatoren
bei mechanischen Belastungen wie z. B. Vibrationen mechanisch entlastet.
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Das
mindestens eine Verbindungselement kann einen Luftspalt aufweisen
oder zwei durch einen Luftspalt voneinander beabstandete Teile umfassen,
die in zumindest einem Verbindungsbereich fest miteinander verbunden
sind, wobei die Kondensatoren durch den Luftspalt gegeneinander
bewegbar (z. B. schwingbar) sind.
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Die
Kondensatoren sind z. B. Elektrolyt- oder Doppelschicht-Kondensatoren mit
einem Gehäusebecher
aus Aluminium. Die Kondensatoren sind z. B. stirnseitig zueinander
gewandt und bilden eine so genannte Stangenanordnung. Die Kondensatoren
können
aber auch nebeneinander angeordnet sein, so dass ihre Mantelflächen zueinander
gewandt sind.
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Das
Anschlusselement weist vorzugsweise mindestens ein federnd wirkendes
Verbindungselement auf. Dies können
zwei in mindestens einem Verbindungsbereich fest miteinander verbundene, relativ
dünnwandige
Verbindungselemente wie z. B. Blechstreifen oder -scheiben sein,
die jeweils mit einem Kondensator fest verbunden sind. Der Verbindungsbereich
ist vorzugsweise im Randbereich der federnd wirkenden Verbindungselemente
angeordnet. Das Verbindungselement kann einen beliebigen, z. B.
runden oder rechteckigen Umriss aufweisen. Das mindestens eine Verbindungselement
kann auch mehr als nur zwei vorzugsweise fest miteinander verbundene
Verbindungselemente aufweisen. Mit jedem Verbindungselement ist
mindestens eine Anschlusskappe direkt verbunden.
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Als
federnd wirkendes Verbindungselement ist auch ein einstückig ausgebildeter
Federbügel
geeignet, der im Querschnitt U- oder
V-förmig
ist. Die Befestigungsbereiche, an denen Kondensatoren befestigt
sind, sind an frei schwingbaren Enden des Federbügels angeordnet. Wesentlich
ist dabei, dass zwischen den mit verschiedenen Kondensatoren verbundenen
Teilen des Federbügels
ein Luftspalt oder ein Zwischenraum vorhanden ist, so dass die Länge des
Verbindungselements zwischen den Befestigungsbereichen von zwei
Kondensatoren größer ist als
der Mindestabstand zwischen diesen Befestigungsbereichen.
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Das
Anschlusselement kann in einer Variante Anschlusskappen umfassen.
Jede Anschlusskappe nimmt einen überstehenden
Anschlussbolzen des jeweiligen Kondensators auf und ist mit diesem
in einem Schweißbereich
verschweißt.
Die Anschlusskappen und das elektrische Verbindungselement können alle
in einem Stück
gefertigt oder durch Schweißen
oder Verlöten
fest miteinander verbunden sein. Das Verbindungselement weist vorzugsweise mindestens
eine Öffnung
auf, die z. B. zur Aufnahme der Anschlusskappe vorgesehen ist.
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Die
Anschlusskappe ist mit dem Anschlussbolzen vorzugsweise mittels
einer Laserschweißung verschweißt. Der
Schweißbereich
kann eine beliebige Anordnung von Schweißpunkten oder -linien aufweisen.
Eine vollflächige
Schweißung
ist auch vorgesehen. Der Schweißbereich
ist vorzugsweise zumindest teilweise stirnseitig angeordnet. Möglich ist
aber auch eine Schweißung
entlang der Seiteflächen
der Anschlusskappe, die vorzugsweise in einer Umlaufrichtung durchgeführt wird.
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Die
Anschlusskappe kann einen Dünnwandbereich
aufweisen, der eine kleinere Dicke als in ihren übrigen Bereichen aufweist.
Der Dünnwandbereich
umfasst den Schweißbereich.
Die Dicke der Anschlusskappe im Dünnwandbereich ist so gewählt, dass
in diesem Bereich durch die Anschlusskappe eine Laserschweißung möglich ist.
Die Dicke der Anschlusskappe im Dünnwandbereich beträgt vorzugsweise
maximal 2 mm. Die Maximaldicke des Dünnwandbereichs kann je nach
verfügbaren
Leistung des Laserstrahls beim Schweißen auch weniger als 2 mm,
z. B. 1,5 mm oder 1 mm betragen.
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Das
elektrische Verbindungselement umfasst vorzugsweise ein erstes und
ein zweites Verbindungselement, die an mindestens einem Ende fest miteinander
verbunden sind, wobei die erste Anschlusskappe mit dem ersten Verbindungselement und
die zweite Anschlusskappe mit dem zweiten Verbindungselement z.
B. durch Verlöten
oder Schweißen
fest verbunden ist.
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Die
Anschlusskappe kann im Randbereich des jeweiligen Verbindungselements
angeordnet sein. Die Anschlusskappe kann aber auch im Mittenbereich
des jeweiligen Verbindungselements angeordnet sein.
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Das
erste und zweite Verbindungselement sind in einer vorteilhaften
Variante nur an einem ersten Ende fest miteinander verbunden. Die
erste Anschlusskappe ist vorzugsweise am zweiten Ende des ersten
Verbindungselements und die zweite Anschlusskappe am zweiten Ende
des zweiten Verbindungselements angeordnet sind.
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In
einer weiteren Variante sind das erste und das zweite Verbindungselement
an zumindest zwei gegenüber
liegenden Enden fest miteinander verbunden, wobei die erste Anschlusskappe
im Wesentlichen in der Mitte des ersten Verbindungselements und
die zweite Anschlusskappe in der Mitte des zweiten Verbindungselements
angeordnet sind.
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Ein
Kragen der Anschlusskappe kann als ein Verbindungselement, z. B.
erstes oder zweites Verbindungselement verwendet werden. Der Kragen kann
z. B. ringförmig
sein.
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Im
Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand von
schematischen und nicht maßstabsgetreuen
Figuren erläutert.
Es zeigen auschnittsweise:
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1A, 2A, 3A im
Querschnitt jeweils eine Kondensatoran ordnung mit zwei Kondensatoren,
die mittels eines Anschlusselements mit Anschlusskappen miteinander
verbunden sind;
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1B eine
Ansicht des Anschlusselements gemäß 1A von
oben;
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2B eine
Ansicht des Anschlusselements gemäß 2A von
der Seite (links) und von oben (rechts);
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3B eine
Ansicht des Anschlusselements gemäß 3A von
oben (links) und im Querschnitt (rechts);
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4 eine
Variante des Anschlusselements gemäß 3A mit
einem Kragen in Form eines Sechskants;
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5A im
Querschnitt eine Kondensatoranordnung mit zwei Kondensatoren, die
mittels eines Anschlusselements mit Anschlusskappen miteinander
verbunden sind;
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5B eine
Ansicht des Anschlusselements gemäß 5A von
oben;
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6 ein
Verbindungselement mit einer Verengung;
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7 eine
Sternverbindung von Verbindungselementen;
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8 ein
Verbindungselement mit einer Falte.
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In 1A ist
im Querschnitt ein Anschlusselement gezeigt, das zur Verbindung
von zwei Doppelschicht-Kondensatoren 5, 5' vorgesehen
ist. Die Doppelschicht-Kondensatoren 5, 5' weisen jeweils ein
Kernrohr 51, 51',
einen Wickel 52, 52' und
einen Gehäusebecher 53, 53' auf. Ein Pol
des Wickels 52, 52' ist
an den Anschlussbolzen 2, 2' des jeweiligen Kondensators angeschlossen.
Der Anschlussbolzen 2, 2' ist mit einer Anschlusskappe 1, 1' verschraubt.
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Der
Anschlussbolzen 2, 2' ist mittels einer Dichtung 6, 6' vom Gehäusebecher 53, 53' elektrisch isoliert.
Ein Teil dieser Dichtung ist zwischen dem Gehäusebecher 53, 53' und der Anschlusskappe 1, 1' eingeklemmt.
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Das
in dieser Variante V-förmige
Anschlusselement weist hier zwei – in einem Verbindungsbereich 16 fest
miteinander verbundene – Teile
auf. Die erste Anschlusskappe 1 und ein erstes Verbindungselement 3a bilden
zusammen einen ersten Teil des Anschlusselements. Die zweite Anschlusskappe 1' und ein zweites
Verbindungselement 3b bilden zusammen einen zweiten Teil
des Anschlusselements. Die ersten Enden von Verbindungselementen 3a, 3b sind
fest miteinander verbunden. Zwischen den Verbindungselementen 3a, 3b ist
ein Luftspalt 19 vorgesehen.
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Am
zweiten Ende des jeweiligen Verbindungselements ist die Anschlusskappe 1, 1' angeordnet.
Die erste bzw. zweite Anschlusskappe 1, 1' und das erste
bzw. zweite Verbindungselement 3a, 3b sind vorzugsweise
einstückig
ausgebildet oder fest miteinander verbunden.
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Die
Kondensatoren 5, 5' sind
entlang einer Längsachse
nebeneinander angeordnet, wobei ihre Stirnseiten zueinander gewandt
sind. Der erste Kondensator 5 ist mit dem ersten Teil des
Anschlusselements und der zweite Kondensator 5' mit dem zweiten
Teil des Anschlusselements fest verbunden. Diese Teile des Anschlusselements
sind unter einer Biegebelastung gegeneinander schwingbar. Zu diesem Zweck
ist das Verbindungs element 3a, 3b so – z. B. vergleichsweise
dünnwandig – ausgebildet,
das es federnde Eigenschaften aufweist. Somit kann eine stangenförmige Aneinanderreihung
von mehreren Kondensatoren aufgebaut werden, die elastische Eigenschaften
aufweist.
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Die
Anschlusskappe 1 weist eine Vertiefung auf. Der Boden dieser
Vertiefung ist dünner
ausgebildet als ein rohrförmiger
Sockelbereich der Anschlusskappe 1. Der Boden dieser Vertiefung
bildet einen Dünnwandbereich 14, 14', der stirnseitig
angeordnet ist. Die Restwandstärke
im Dünnwandbereich beträgt z. B.
maximal 2 mm. Die Anschlusskappe 1, 1' ist im Dünnwandbereich 14, 14' mit dem Anschlussbolzen 2, 2' verschweißt.
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Die
Ausführung
gemäß der 2A unterscheidet
sich von der vorhergehenden dadurch, dass die Verbindungselemente 3a, 3b nicht
streifenförmig, sondern
in Ringform, und zwar als Kragen der Anschlusskappe 1, 1' ausgebildet
sind. Die Anschlusskappen 1, 1' sind im Mittelbereich des jeweiligen
Verbindungselements 3a, 3b angeordnet. Jeder Teil
des Anschlusselements ist hier im Sinne der Zylindersymmetrie symmetrisch
ausgebildet. Der Verbindungsbereich der beiden Teile des Anschlusselements
ist in ihrem Randbereich vorzugsweise entlang einer Umlaufrichtung
angeordnet.
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Bei
Bedarf wird zunächst
die Verschweißung der
Anschlusskappe 1 bzw. 1' mit dem jeweiligen Verbindungselement 3a bzw. 3b durchgeführt, wobei
ein Teil des Anschlusselements gebildet wird. Jeder Teil des Anschlusselements
wird mit dem Anschlussbolzen 2, 2' des jeweiligen Kondensators 5, 5' verschweißt. Danach
wird die Verschweißung
der beiden Teile des Anschlusselements durchgeführt.
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Auch
in der Variante gemäß 2A können die
Kondensatoren entlang ihrer Längsachse
gegeneinander schwingen, da zwischen den miteinander verbundenen
Teilen des Anschlusselements vorzugsweise ein Luftspalt vorhanden
ist. Dies ist besonders vorteilhaft für die Anwendungen, bei denen die
Kondensatoranordnung, die die Kondensatoren 5, 5' umfasst, dauerhaft
Vibrationen ausgesetzt ist.
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Die
Ansicht des in der 1A gezeigten Anschlusselements
mit dem Verbindungselement 3 ist in 1B gezeigt.
Die Ansicht des in 2A gezeigten Anschlusselements
mit dem Verbindungselement 3 ist in 2B gezeigt.
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In
der 3A ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, die eine
Weiterbildung der Variante gemäß der 1A darstellt.
Die Anschlusskappen 1, 1' und das diese Kappen verbindende
Verbindungselement 3 sind einstückig aus einem dünnwandigen
Material ausgebildet. Das Verbindungselement 3 verbindet
nur ein Ende der Stirnseiten der Anschlusskappen 1, 1'. Die Wandstärke der
Anschlusskappen 1, 1' – zumindest in den Schweißbereichen,
die hier an den Seitenflächen
angeordnet sind – ist
kleiner als der vorgegebene Grenzwert von z. B. 2 mm. Im Gegensatz
zu den vorstehend erläuterten
Ausführungen ist
in der in 3A gezeigten Variante kein dickwandiger
Sockelbereich vorgesehen.
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Die
Kondensatoren 5, 5' werden
jeweils mit der Anschlusskappe 1, 1' verschraubt und entlang der Seitenfläche vorzugsweise
in Umlaufrichtung verschweißt.
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Die
Kragen 13, 13' der
Anschlusskappen 1, 1' sind in 3A voneinander
abgewandt und dienen zur Einklemmung von Dichtungen 6, 6'. Dagegen sind
die Kragen der Anschlusskappen in der Variante gemäß den 1A und 2A zueinander
gewandt und miteinander verschweißt, wobei der Außendurchmesser
des dickwandigen Sockelbereichs 12, 12' derart gewählt ist,
dass dieser Sockelbereich zur Einklemmung der Dichtung 6, 6' geeignet ist.
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Der
Kragen 13, 13' kann
eine Form aufweisen, die von einem runden Ring abweicht. Beispielsweise
ist in 4 eine Variante mit einem sechskantigen Kragen
gezeigt. Diese Form kann zur Fixierung des Anschlusselements beim
Verschrauben mit dem Kondensator 5, 5' vorteilhaft
sein.
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Den
Ausführungen
gemäß 1A, 2A und 3A ist
gemein, dass sie alle eine Stangenanordnung von Kondensatoren betreffen,
die elastisch miteinander verbunden sind. Die elastische Verbindung
ist dadurch möglich,
dass im Anschlusselement ein Luftspalt vorgesehen ist, so dass die
Teile des Anschlusselements mit daran befestigten Kondensatoren
bei einer Vibrationsbelastung gegeneinander schwingen können, so
dass die Befestigungsbereiche der Kondensatoren an den Verbindungselementen
mechanisch entlastet werden können.
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In 5A ist
ein weiteres Anschlusselement gezeigt, das zur Verbindung von zwei
Kondensatoren 5, 5' vorgesehen
ist. Für
den Kondensator 5' ist
eine eigene Anschlusskappe 1' vorgesehen,
die einen Dünnwandbereich 14' und einen Kragen 13' aufweist. Die
Kondensatoren 5, 5' sind
nebeneinander angeordnet, so dass ihre Seitenflächen einander zugewandt sind.
Die Ansicht des in 5A gezeigten Anschlusselements
mit dem Verbindungselement 3 ist in 5B gezeigt.
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Das
Verbindungselement ist in einem Bereich, der zwischen den Befestigungsstellen
der Kondensatoren 5, 5' angeordnet ist, so ausgebildet,
dass es flexibel und insbesondere biegbar ist. Die Durchbiegung
ist in Vertikalrichtung möglich.
Die Kondensatoren können
sich dann im Wesentlichen unabhängig
voneinander in Vertikalrichtung bewegen. Auch die Längsachsen
der Kondensatoren können
unabhängig
voneinander schwenken.
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In 6 ist
ein Verbindungselement 3 gezeigt, bei dem der Bereich,
der zwischen den Befestigungsstellen der Kondensatoren 5, 5' angeordnet ist,
einen besonders kleinen Querschnitt (in 6 die Breite
d) aufweist. In diesem Bereich ist der Querschnitt (oder die Breite)
des Verbindungselements 3 kleiner als in seinen Randbereichen,
die die Befestigungsbereiche der Kondensatoren 5, 5' umfassen. Die
Verengung des Verbindungselements erhöht seine Flexibilität.
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Zur
Erhöhung
der Flexibilität
der Anordnung ist auch möglich,
das Verbindungselement 3 im genannten Bereich wie in 8 angedeutet
mit einer Falte zu versehen.
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In 7 ist
ein Verbindungselement gezeigt, das zur Verbindung von mehr als
nur zwei Kondensatoren geeignet ist. Das Verbindungselement umfasst mehrere
(hier zwei) Verbindungselemente 3a, 3b, die miteinander
in einer Sternverbindung verbunden sind. Die Randbereiche vom jeweiligen
Verbindungselement 3a, 3b sind mit jeweils einem
Kondensator fest verbunden, während
der Sternpunkt, d. h. die Verbindungsstelle der Verbindungselemente,
ungefähr
in der Mitte des jeweiligen Verbindungselements angeordnet ist.
Möglich
ist aber auch, dass ein erster Randbereich des jeweiligen Verbindungselements mit
einem Kondensator verbunden ist und ein zweiter Randbereich dieses
Verbindungselements am Sternpunkt angeordnet und mit mindestens
einem weiteren Verbindungselement verbunden ist.
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Das
in 7 gezeigte, sternförmige Verbindungselement ist
zur Verbindung von vier Kondensatoren vorgesehen. Im Prinzip können auch
mehr als nur vier Kondensatoren mittels eines eine Sternverbindung
aufweisenden Verbindungselements verbunden werden.
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Die
in Verbindung mit einer Variante beschriebenen Merkmale sind ohne
Einschränkung
auf weitere Varianten übertragbar.
Die Form der Verbindungselemente und der Anschlusskappen ist nicht auf
die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.
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- 1,
1'
- Anschlusskappe
- 10,
10'
- Zylinderbecher
- 13,
13'
- Kragen
- 14,
14'
- Dünnwandbereich
- 16
- Verbindungsbereich
- 19
- Luftspalt
- 2,
2'
- Anschlussbolzen
- 3
- Verbindungselement
- 3a
- erstes
Verbindungselement
- 3b
- erstes
Verbindungselement
- 5,
5'
- Kondensator
- 51,
51'
- Kernrohr
- 52,
52'
- Wickel
- 53,
53'
- Gehäusebecher
- 6,
6'
- Dichtung