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Die
Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung, insbesondere
zur Unterdrückung elektromagnetischer Störemissionen
bei Hochstromanwendungen, mit wenigstens einem Durchführungsfilter.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Entstörvorrichtung
mit einem Durchführungsfilter, insbesondere zur Unterdrückung elektromagnetischer
Störemissionen bei Hochstromanwendungen.
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Stand der Technik
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Entstörungsvorrichtungen
sowie Verfahren zur Herstellung von Entstörungsvorrichtungen
der eingangs genannten Art sind bekannt. Der Betrieb von Hochstromanwendungen,
wie zum Beispiel der Betrieb eines Anlassers beziehungsweise Starters eines
Kraftfahrzeugs, ist generell mit einer sehr hohen breitbandigen
elektromagnetischen Emission verbunden, speziell dann, wenn dieser
Betrieb mit (hochfrequent) geschalteten Transistoren realisiert wird,
wie zum Beispiel bei Anwendungen in Start-Stopp-Systemen sowie bei
hocheffizienter Gleichrichtung mit Generatoren. Die elektromagnetischen
Emissionen haben in der Regel negative Auswirkungen auf die restlichen
Steuergeräte des Fahrzeugs sowie den Empfang von Radiosendern,
Fernsehen, Funk oder Mobiltelefon.
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Als
Entstörvorrichtung sind Durchführungsfilter (DuFi)
bekannt. Diese sind jedoch üblicherweise nicht tauglich
für die Verwendung im Kraftfahrzeugbau oder für
breitbandige Hochstromanwendungen. Üblicherweise finden
darin keramische Kondensatoren Verwendung.
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So
offenbart beispielsweise die
DE 10 2005 011 293 A1 die Verwendung eines
Durchführungskondensators zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen
eines Gleichstrommotors.
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Die
herkömmlichen Entstörvorrichtungen im Kraftfahrzeugbau
oder auf dem Markt verfügbare Durchführungsfilter
sind entweder zu groß, nicht ausreichend wärmebeständig
oder für die Applikation in Hochstromanwendungen bei Kraftfahrzeugen
nicht geeignet. Sie erzeugen in der Regel zu viel Verlustleistung
und passen nicht in den zur Verfügung stehenden Bauraum.
Darüber hinaus sind sie unverhältnismäßig
teuer und lassen sich schlecht (nicht prozesssicher) montieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Entstörvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass der Durchführungsfilter ein gewickeltes
Folienkondensatorpaket mit mindestens zwei parallel geschalteten
Folienkondensatoren aufweist. Die Ausbildung des Durchführungsfilters
mit mindestens zwei parallel geschalteten Folienkondensatoren als
Folienkondensatorpaket bietet sowohl eine gute breitbandige elektromagnetische
Entstörungswirkung, insbesondere auch bei hohen Frequenzen,
sowie eine prozesssichere Herstellbarkeit. Darüber hinaus
führt der dem Folienkondensator innewohnende Effekt der „Selbstheilung” zu einer
hohen Betriebssicherheit sowie Lebensdauer der Entstörvorrichtung.
Der so gebildete Durchführungsfilter kann darüber
hinaus auch bei Temperaturen von über 175°C sicher
verwendet werden. Durch die Bildung des gewickelten Folienkondensatorpakets
wird eine hohe mechanische Stabilität beziehungsweise Festigkeit
sowie eine kompakte Bauform der Entstörvorrichtung gewährleistet.
Bevorzugt weist das Folienkondensatorpaket eine Gesamtkapazität
im Bereich von 0,4 μF bis 10 μF auf. Vorteilhafterweise
ist die Entstörvorrichtung direkt an einer Batteriezuleitung
niederimpedant gegen Gehäusemasse anbringbar. Dadurch lässt
sich insgesamt eine für die Entstörung notwendige
geringe Impedanz über einen großen Frequenzbereich
darstellen. Übersteigt die Impedanz des eingesetzten Durchführungsfilter
inklusive seiner AVT (AVT = Aufbau- und Verbindungstechnik) einen
gewissen systemabhängigen Wert, wird die Entstörwirkung
schlagartig reduziert.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Folienkondensatorpaket
bereichsweise um ein elektrisches Anschlusselement der Entstörvorrichtung
gewickelt. Das Anschlusselement bildet beispielsweise die Kontaktiermöglichkeit
eines Hochstromverbrauchers an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs.
Durch das Vorsehen des Folienkondensatorpakets an dem Anschlusselement
wird eine kompakte und einfach handhabbare Entstörvorrichtung
geboten, die ein konstruktives Element der Maschine darstellt.
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Vorteilhafterweise
ist das elektrische Anschlusselement ein elektrisch leitfähiger
Rundbolzen, Schraubenbolzen oder ein flaches Blechelement, insbesondere
zur Kontaktierung des (Hoch-)Stromverbrauchers. Vorteilhafterweise
besteht das Anschlusselement zumindest im Wesentlichen aus Kupfer,
Messing oder Stahl. Durch die Ausbildung als Rundbolzen oder Schraubenbolzen
kann die Entstörvorrichtung besonders einfach montiert
und dauerhaft sicher gehalten werden. Zweckmäßigerweise
bildet das Anschlusselement die Anode des Durchführungsfilters
(Ubat-Potenzial). Wobei im Kontext der vorliegenden
Erfindung unter Anode der Pol zu verstehen ist, der an den Pluspol
der Speisespannung anzuschließen ist, um Stromfluss zu
erhalten.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das Folienkondensatorpaket metallisierte Kunststofffolien
aufweist. Dabei weisen die metallisierten Kunststofffolien eine
(Grund-)Kunststofffolie als Isolator beziehungsweise als Dielektrikum
beziehungsweise Dielektrikumfolie auf, auf denen ein- oder beidseitig
aufgebrachtes Leitermaterial die Elektrode(n) darstellen.
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Vorteilhafterweise
weist zumindest eine der metallisierten Kunststofffolien wenigstens
zwei unterschiedlich breite Bahnen von Leitermaterial auf. Das Leitermaterial
wird dabei natürlich durch die Metallisierung der Kunststofffolie
gebildet. Durch das Vorsehen zwei unterschiedlich breiter Bahnen
des Leitermaterials werden die parallel geschalteten, unterschiedlich
großen Folienkondensatoren auf einfache und kostengünstige
Art und Weise gebildet. Die so gefertigte/ausgebildete metallisierte
Kunststofffolie bildet somit entsprechend der Anzahl von Bahnen mehrere
Anoden der parallel geschalteten Kondensatoren. Eine zweite metallisierte
Kunststofffolie weist entsprechend zweckmäßigerweise
eine Bahn von Leitermaterial auf, die die Kathode für die
Kondensatoren bildet. Die beiden metallisierten Kunststofffolien
werden zu einem runden oder flachen Wi ckelpaket (Folienkondensatorpaket),
je nach Form des Anschlusselements, stramm gewickelt. Die Anzahl
sowie die geometrische Größe der Wicklungen wird
dabei von dem Fachmann in Abhängigkeit der gewünschten
(Gesamt-)Kapazität gewählt.
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Bevorzugt
wird das Folienkondensatorpaket derart ausgebildet, dass seine Außenseite
frei zugängliches Leitermaterial, insbesondere der Kathode aufweist.
Dadurch ist eine einfache elektrische Kontaktierung des Durchführungsfilters über
das Anschlusselement und die freiliegende Kathode möglich.
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Vorteilhafterweise
ist das Folienkondensatorpaket zumindest bereichsweise in einem
zylinderförmigen oder rechteckigen Becher angeordnet. Dieser
schützt das Folienkondensatorpaket zum einen vor äußeren
Einwirkungen und kann zum anderen zur einfachen elektrischen Kontaktierung
des Folienkondensatorpakets verwendet werden. Zweckmäßigerweise
besteht der Becher dafür aus elektrisch leitfähigem
Material, insbesondere zumindest im Wesentlichen aus Aluminium.
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Zur
mechanischen sowie elektrischen Kontaktierung ist der Becher vorteilhafterweise
durch plastische Verformung, insbesondere durch Bördeln und/oder
Crimpen, an dem Folienkondensatorpaket gehalten. Dadurch, dass die
Außenseite des Folienkondensatorpakets Leitermaterial aufweist,
ist eine besonders einfache elektrische Kontaktierung möglich.
Der Becher bildet so die Kathode des Durchführungsfilters.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest
ein offenes Ende des Bechers mit einem (elektrisch) isolierenden
sowie elastischen Material, insbesondere mit teilelastischer Vergussmasse
und/oder durch einen Gummistopfen verschlossen ist. Dadurch wird
der Durchführungsfilter gegen seine Umgebung und die ihn
umgebenden Medien isoliert, abgedichtet und insbesondere seine Korrosionsbeständigkeit
erhöht. Darüber hinaus wird die mechanische Festigkeit
des Durchführungsfilters erhöht. Zur elektrischen
Kontaktierung des Bechers weist dieser vorteilhafterweise eine oder
mehrere Kontaktlaschen/-zungen auf. Vorteilhafterweise sind diese
einstückig mit dem Zylinder ausgebildet. Diese Kontaktlaschen
können beispielsweise bei der Montage auf einfache Art
und Weise im Steuergerät des Kraftfahrzeugs an dem Steuergerätgehäuse
(zum Beispiel durch Nieten oder Schweißen) kurz und niederimpedant
befestigt werden. Eingebaut werden kann der Durchführungsfilter
beispielsweise anstelle des „Klemme 30”-Schraubenbolzen
am Starter oder des „Klemme 30-Anschlusses an einem Generator des
Kraftfahrzeugs.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch
aus, dass mindestens zwei parallel geschaltete Folienkondensatoren
bereichsweise um ein elektrisches Anschlusselement als Folienkondensatorpaket
gewickelt werden. Dadurch lassen sich unter anderem unterschiedliche
Kapazitätswerte auf einfache Art und Weise in einem Arbeitsgang
darstellen/realisieren.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Zeichnungen näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Entstörvorrichtung,
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2 eine
erste metallisierte Kunststofffolie,
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3 eine
zweite metallisierte Kunststofffolie,
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4 ein
Schaltungsprinzip der Entstörvorrichtung,
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5 das
Wirkungsprinzip der Entstörvorrichtung,
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6A und
B unterschiedliche Ausführungsformen eines elektrischen
Anschlusselements der Entstörvorrichtung und
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Entstörvorrichtung.
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Die 1 zeigt
in einer schematischen Schnitt-Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer
vorteilhaften Entstörvorrichtung 1 mit einem Durchführungsfilter 2,
der ein gewickeltes Folienkondensatorpaket 3 aufweist.
Dargestellt ist nur eine Hälfte eines elektrischen Anschlusselements 4,
um welches das Folienkondensatorpaket 3 gewickelt ist. Das
elektrische Anschlusselement 4 ist vorteilhafterweise als
Schraubenbolzen oder Rundbolzen ausgebildet und kann somit einfach
beispielsweise in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs
verbaut werden.
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Zweckmäßigerweise
bildet das elektrische Anschlusselement 4 die Anode 5 der
Entstörvorrichtung 1. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist
das Folienkondensatorpaket 3 zwei metallisierte Kunststofffolien 6 und 7 auf,
die übereinander um das elektrische Anschlusselement 4 gewickelt
sind.
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Die 2 zeigt
die direkt auf das elektrische Anschlusselement 4 gewickelte,
innen liegende Kunststofffolie 7 in einer schematischen
Draufsicht. Auf der Kunststofffolie 7 sind drei unterschiedlich breite
Bahnen elektrisch leitfähigen Materials (Leitermaterial)
aufgebracht. Jede der Bahnen bildet dabei jeweils eine Anode 8, 9, 10 des
Folienkondensatorpakets 3. Die Anoden 8, 9, 10 beziehungsweise
das Leitermaterial ist dabei auf einem Dielektrikum 11 (Dielektrikumfolie)
aufgebracht. Vorteilhafterweise wird als Dielektrikum temperaturfestes
PEN (Polyethylennaphtalat) verwendet. Die Anoden 8, 9, 10 bilden somit
Kondensatorplatten (positive Wickel) des Folienkondensatorpakets 3.
Bei der Herstellung wird die metallisierte Kunststofffolie 7 vorzugsweise
an ihrem freien Ende an dem elektrischen Anschlusselement 4 beispielsweise
mittels Punkt- oder Laser- oder Reibschweißung, allgemein
durch Markierungen 12 angegeben, elektrisch und mechanisch
kontaktiert. Anschließend wird die metallisierte Kunststofffolie 7 um den
Anodenkörper beziehungsweise das elektrische Anschlusselement 4 gewickelt.
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Die 3 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Abschnitt der metallisierten
Kunststofffolie 6, die über der Kunststofffolie 7 liegt
beziehungsweise um diese herum gewickelt ist. Die metallisierte Kunststofffolie 6 weist
ebenfalls ein Dielektrikum 11 (Dielektrikumfolie) auf,
auf dem elektrisch leitfähiges Material (Leitermaterial)
aufgebracht ist. Dabei weist die metallisierte Kunststofffolie 6 eine
sich nahezu über die gesamte Breite der Kunststofffolie 6 erstreckende
Bahn des Leitermaterials auf. Diese Bahn bildet die Kathode 13 (negativer
Wickel) des Folienkondensatorpakets 3 beziehungsweise des
Durchführungsfilters 2. Bei der Herstellung wird
die metallisierte Kunststofffolie 6 mit der Dielektrikumfolie 11 auf
die Anoden 8, 9, 10 der metallisierten
Kunststofffolie 7 gelegt und um diese gewickelt, sodass
das Folienkondensatorpaket 3, wie in der 1 dargestellt,
entsteht.
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Vorteilhafterweise
sind die Leitermaterial-Bahnen der metallisierten Kunststofffolien 6 und 7 auf
die jeweilige Dielektrikumfolie 11 aufgedampft. Dazu eignet
sich insbesondere Leitermaterial aus Aluminium.
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Je
nach benötigtem Kapazitätswert des Folienkondensatorpakets 3 beziehungsweise
des Durchführungsfilters 2 wird eine definierte
Anzahl von Wicklungen der metallisierten Kunststofffolien 6, 7 um
das elektrische Anschlusselement 4 erstellt. Zweckmäßigerweise
wird zur Fertigstellung die Kathodenfolie derart weitergewickelt,
dass die Außenseite 14 des Folienkondensatorpakets 3 frei
zugängliches Leitermaterial (der Kathode) aufweist. Somit kann
die Entstörvorrichtung 1 auf einfache Art und Weise über
das elektrische Anschlusselement 4 sowie die Kathode 13 elektrisch
kontaktiert werden.
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Die 4 zeigt
das Schaltungsprinzip des vorteilhaften Durchführungsfilters 2.
Die Anoden 8, 9, 10 bilden zusammen mit
der Kathode 13 Kapazitäten C8, C9 sowie C10. Vorteilhafterweise
weist der Durchführungsfilter 2 eine Gesamtkapazität
im Bereich von circa 0,4 μF bis 10 μF auf. Vorteilhafterweise
wird der Durchführungsfilter direkt an einer Batteriezuleitung
niederimpedant gegen Gehäusemasse angebracht. Dadurch,
sowie durch die vorteilhafte Ausbildung des Durchführungsfilters 2 beziehungsweise
der Entstörvorrichtung 1, lässt sich
eine für die Entstörung elektromagnetischer Emissionen
notwendige geringe Impedanz über einen großen
Frequenzbereich darstellen. Übersteigt die Impedanz Imp
des eingesetzten Durchführungsfilters inklusive seiner AVT
einen gewissen systemabhängigen Wert, wird die Entstörwirkung
schlagartig reduziert. Siehe hierzu 5, die die
Impedanz Imp über die Frequenz f zeigt. Die Anbindung des
Durchführungsfilters 2 muss dauerhaft niederimpedant
(geringer Ohmscher Widerstand und geringe parasitäre Induktivitäten
und Kapazitäten) sein.
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Die 6A und 6B zeigen
unterschiedliche Ausführungsformen des elektrischen Anschlusselements 4.
Wie bereits gesagt, kann dieses vorteilhafterweise als Schraubenbolzen
oder Rundbolzen 15, wie in der 6B dargestellt,
ausgebildet sein. Alternativ ist auch eine Ausbildung als ein im
Wesentlichen flaches Blechelement 16, wie in der 6A dargestellt,
möglich.
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Die 7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorteilhaften Entstörvorrichtung 1,
wobei bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen
sind, sodass insofern auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen
wird. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 7 unterscheidet
sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel zunächst
darin, dass das Folienkondensatorpaket 3 drei Wicklungen
der metallisierten Kunststofffolien 6, 7 aufweist.
Wobei zweckmäßigerweise die beiden metallisierten
Kunststofffolien 6, 7 übereinanderliegend
mehrfach um das Anschlusselement 4 beziehungsweise die
Anode 5 gewickelt werden. Weiterhin ist ein im Wesentlichen
zylinderförmiger Becher 17 vorgesehen, der das
Folienkondensatorpaket 3 radial vollumfänglich
umschließt. Der Becher 17 ist aus einem elektrisch
leitfähigen Material, bevorzugt aus Aluminium gefertigt.
Der Becher 17 weist in seiner Seitenwand mehrere Sicken 18 auf,
die durch Bördeln oder Crimpen erstellt wurden. Beim Bördeln oder
Crimpen wird die Seitenwand des Bechers 17 soweit plastisch
verformt, dass der Becher mittels der Sicken 18 auf den
Umfang des Folienkondensatorpakets 3 befestigt wird. Gleichzeitig
wird dabei die Kathode 13 der außen liegenden
metallisierten Kunststofffolie 6 elektrisch gut leitend
mit dem Becher 17 kontaktiert. Der Becher 17 ist
nunmehr selbst elektrisch die Kathode 13 der Entstörvorrichtung 1.
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Die
offenen Enden beziehungsweise Stirnseiten 19 des Bechers 17 sind
vorteilhafterweise versiegelt beziehungsweise verschlossen. Hierzu
ist in das offene Ende 19 ein teilelastisches Vergussmaterial 21 zum
Versiegeln eingebracht. Das gegenüberliegende Ende 20 ist
hingegen mittels eines Gummistopfens 22, der zwischen dem
elektrischen Anschlusselement 4 sowie der Innenseite des
Bechers 17 verspannt ist, verschlossen. Der Becher 17 weist dazu
eine Vertiefung auf, in der der Gummistopfen 22 einliegt,
sodass eine stabile und sichere Befestigung möglich ist.
Natürlich können die offenen Enden jeweils auf
die gleiche Art und Weise verschlossen werden. 7 stellt
lediglich eine mögliche vorteilhafte Kombination der beiden
unterschiedlichen Verschlussmöglichkeiten dar. Die Vergussmasse 21 und/oder
der Gummistopfen 22 dichten die Entstörvorrichtung 1 gegenüber
ihrer Umgebung ab und erhöhen darüber hinaus auch
die (Schüttel-)Festigkeit und Stabilität des Durchführungsfilters 2.
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Der
Becher 17, der sowohl eine kreisförmige als auch
eine quadratische oder jegliche andere Querschnittsform aufweisen
kann, je nach Form des elektrischen Anschlusselements 4,
weist weiterhin vorteilhafterweise auf seiner Außenseite
eine oder mehrere Kontaktlaschen auf. Bevorzugt ist eine Kontaktlasche
ringsherum als ein durchgehender Kragen des Bechers 17 ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist die Kontaktlasche einstückig mit
dem Becher ausgebildet. Natürlich ist aber auch eine nachträgliche
Anbringung einer oder mehrerer Kontaktlaschen an den Becher 17,
beispielsweise durch Schweißen, Löten, Crimpen
oder Nieten, denkbar. Diese Kontaktlaschen werden bei der Montage
der Entstörvorrichtung 1 beziehungsweise des Durchführungsfilters 2 beispielsweise
in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs an dem Gehäuse
des Steuergeräts, beispielsweise mittels Nieten oder Schweißen,
kurz und niederimpedant befestigt.
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Je
nach Ausbildung des elektrischen Anschlusselements 4 kann
der Durchführungsfilter 2 beziehungsweise die
Entstörvorrichtung 1 beispielsweise anstelle des „Klemme
30”-Schraubenbolzens an einem Starter eines Kraftfahrzeugs
oder anstelle des „Klemme 30”-Anschlusses an einem
Generator eingebaut werden. Dadurch kann die Entstörvorrichtung 1 auf
besonders einfache Art und Weise platzsparend integriert werden.
Die vorteilhafte Entstörvorrichtung 1 erzeugt
nur sehr geringe Durchleitungsverluste und bietet eine hohe Spannungsfestigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005011293
A1 [0005]