DE102012110684A1

DE102012110684A1 - Elektrolytkondensator-Modul mit hoher Vibrationsfestigkeit

Info

Publication number: DE102012110684A1
Application number: DE102012110684.3A
Authority: DE
Inventors: Marcus Ulherr
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-05-08
Also published as: EP2917924A1; DE112013005324A5; WO2014071942A1; JP6045713B2; JP2015534284A; US9715969B2; US20150287539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrolytkondensator-Modul (1) zum Einbau in einem Gehäuse (2) eines Kraftfahrzeugsteuergerätes, ein Verfahren zur Herstellung eines LC-Moduls (1) und ein entsprechendes Kraftfahrzeugsteuergerät mit einem Elektrolytkondensator-Modul (1). Dabei umfasst das Elektrolytkondensator-Modul (1) einen zylinderförmigen Elektrolytkondensator (4) mit einem Kondensatorbecher (5) und zwei jeweils an einer Stirnseite des Kondensatorbechers (5) angeordneten Deckeln (7, 8), die einen Kondensatorwickel (9) im Inneren des Kondensatorbechers (5) fixieren, und eine Trägerplatte (3) mit einer Kammer (6) zur Aufnahme des Elektrolytkondensators (4). Dabei weist der Kondensatorbecher (5) mindestens eine Öffnung (10) auf und der der Zwischenraum im Inneren des Elektrolytkondensators (4) ist zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers (5) und dem Kondensatorwickel (9) zumindest teilweise mit Gießmasse (12) ausgefüllt. Ferner ist der Elektrolytkondensator (4) an seiner Außenseite im Bereich der Kammer (6) zumindest teilweise mit derselben Gießmasse (12) umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator-Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 4 oder 5, sowie ein Kraftfahrzeugsteuergerät mit einem erfindungsgemäßen Elektrolytkondensator-Modul nach Anspruch 6.
Im Kraftfahrzeugbau ist es mittlerweile üblich, Steuergeräte für Motor oder Getriebe in die zu steuernde Kraftfahrzeugbaugruppe, insbesondere Motor oder Getriebe, zu integrieren. Vor allem die Getriebesteuergeräte bilden als Vorortsteuergerät eine äußerst kompakte Einheit. Im Vergleich zur konventionellen Verwendung externer Steuergeräte hat diese Anordnung enorme Vorteile im Bezug auf Qualität, Kosten, Gewicht und Funktionalität. Insbesondere resultiert daraus eine erhebliche Verringerung von Steckverbindungen und Leitungen, und somit von möglichen Ausfallursachen.
Die Integration des Steuergerätes in das Getriebe stellt hohe Anforderungen an seine thermische und mechanische Belastbarkeit. Die Funktionalität muss sowohl über einen breiten Temperaturbereich (etwa –40°C bis 150°C) als auch bei extremen mechanischen Vibrationen (bis zu 40g) gewährleistet sein.
Im Automotive-Bereich werden in Vorortsteuergeräten unter anderem Elektrolytkondensatoren vorzugsweise als Ladekondensatoren im Gleichstromkreis z. B. in Gleichrichterschaltungen eingesetzt.
Insbesondere zylinderförmige Elektrolytkondensatoren größerer Bauform weisen bei hohen Vibrationsbelastungen eine erhöhte Ausfallrate auf. Ein Elektrolytkondensator ist ein gepolter Kondensator, aus zwei Belägen als Kondensatorplatten und einem dazwischen liegenden Dielektrikum. Ein Belag ist eine Metallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie, und bildet die Anode. Der andere Belag ist der Elektrolyt, eine elektrisch leitende Flüssigkeit auf einem saugfähigen Material, und bildet die Kathode. Das Dielektrikum zwischen den Belägen ist eine dünne Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche der Metallfolie befindet. Zur Kontaktierung der elektrolytischen Schicht dient eine weitere Aluminiumfolie. Elektrolytkondensatoren sind Wickelkondensatoren, die es insbesondere in Becherform mit radialen (beide Anschlüsse an einer Stirnseite) und axialen Anschlussdrähten (je ein Anschluss pro Stirnseite) gibt.
Eine Ausfallursache bei auftretenden Schwingungen z. B. durch sich schnell drehende Massen im Motor oder Getriebe ist, dass sich die Lötverbindungen zwischen den Anschlussdrähten des Elektrolytkondensators und beispielsweise einer Leiterplatte außerhalb des Kondensators lösen.
Eine weiterer Grund für das Ausfallen eines Elektrolytkondensators auf Grund von Schwingungsbelastungen ist sein innerer Aufbau. Der Wickel des Elektrolytkondensators wird im Kondensatorbecher an jeder Stirnseite insbesondere durch einen Deckel gehalten, bzw. axial verspannt. Je nach Bauform ist an jedem Deckel ein Anschlussdraht, bzw. an einem Deckel beide Anschlussdrähte angeordnet. Die Anschlussdrähte sind mit dem Wickel elektrisch verbunden, beispielsweise verschweißt. Bei starken Vibrationen besteht die Gefahr, dass sich der Wickel relativ zum umgebenden Becher bewegen kann. Im schlimmsten Fall löst sich dabei die elektrische Verbindung zwischen dem Wickel und den Anschlussdrähten im Inneren des Elektrolytkondensators. Dies führt ebenfalls zum Ausfall des Elektrolytkondensators.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrolytkondensator-Modul zu schaffen, das bei Vibrationsbelastungen die elektrischen Verbindungen der Anschlussdrähte des Elektrolytkondensators sowohl zur Kontaktierung außerhalb des Kondensators als auch zum Kondensatorwickel im Inneren des Kondensators vor Beschädigungen schützt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Elektrolytkondensator-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist der Kondensatorbecher des Elektrolytkondensators mindestens eine Öffnung auf, wobei im Inneren des Elektrolytkondensators der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers und dem Wickel des Elektrolytkondensators zumindest teilweise mit Gießmasse ausgefüllt ist. Dadurch wird verhindert, dass sich der Kondensatorwickel relativ zum umgebenden Kondensatorbecher bewegen kann, und sich die elektrische Verbindung zwischen dem Wickel und den Anschlussdrähten löst.
Ferner ist der Elektrolytkondensator in einer Kammer des Elektrolytkondensator-Moduls derart angeordnet, dass der Elektrolytkondensator an seiner Außenseite im Bereich der Kammer zumindest teilweise mit derselben Gießmasse wie der Wickel im Inneren des Elektrolytkondensators umgeben ist. Dadurch wird verhindert, dass sich bei den auftretenden Schwingungen, z. B. verursacht durch sich schnell drehende Teile im Motor oder Getriebe, die elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlussdrähten des Elektrolytkondensators mit Kontaktierungen außerhalb des Kondensatorbechers lösen.
Die Öffnung des Kondensatorbechers kann je nach Anwendungsfall als Schlitz oder als im wesentlichen kreisförmige Öffnung ausgebildet ist. Es können auch mehrere Öffnungen im Kondensatorbecher angeordnet sein, wobei dann vorzugsweise eine als Einlassöffnung und eine als Entlüftungsöffnung dient, und insbesondere die Entlüftungsöffnung relativ zur Füllhöhe der Gießmasse in der Kammer des Moduls höher liegt als die Einlassöffnung.
Vorteilhafterweise verfügt die Kammer des Elektrolytkondensator-Moduls über Durchkontaktierungen, die eine elektrische Verbindung zwischen Anschlussdrähten des Elektrolytkondensators und Komponenten außerhalb des Elektrolytkondensator-Moduls ermöglicht. Die Durchkontaktierungen können wahlweise an der Innen- oder Außenfläche der Kammer angeordnet sein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensator-Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 oder 5.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

a) Bereitstellen einer Trägerplatte, umfassend eine Kammer, und eines Elektrolytkondensators,
b) Einlegen des Elektrolytkondensators in die Kammer der Trägerplatte,
c) Elektrisches Verbinden der Anschlussdrähte des Elektrolytkondensators mit den Durchkontaktierungen,
d) Einfüllen einer Gießmasse in die Kammer, bis der Elektrolytkondensator an seiner Außenseite zumindest teilweise mit der Gießmasse umgeben ist, und im Inneren des Elektrolytkondensators der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers und dem Wickel mit derselben Gießmasse zumindest teilweise ausgefüllt ist, und
e) Aushärten der Gießmasse, z. B. mittels UV-Strahlung.

In einem alternativen Verfahren wird zuerst die Gießmasse in die Kammer des Elektrolytkondensator-Moduls gegossen, der Elektrolytkondensator in die Kammer eingelegt und anschließend werden die Anschlussdrähte des Elektrolytkondensators mit den Durchkontaktierungen elektrisch verbunden. Dieses alternative Verfahren hat den Vorteil, dass die Füllhöhe der Gießmasse in der Kammer besser kontrolliert werden kann.
Bei beiden Verfahren ist sichergestellt, dass durch eine Öffnung im Kondensatorbecher des Elektrolytkondensators ein Teil der Gießmasse der Kammer der Trägerplatte in das Innere des Elektrolytkondensators fließt und der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers und dem Kondensatorwickel zumindest teilweise mit Gießmasse ausfüllt. Nach dem Aushärten der Gießmasse ist der Kondensatorwickel fixiert und es wird dadurch verhindert, dass sich der Kondensatorwickel relativ zum umgebenden Kondensatorbecher bewegen kann, und sich die elektrische Verbindung zwischen dem Wickel und den Anschlussdrähten bei Vibrationsbelastung löst.
Das Elektrolytkondensator-Modul wird vorzugswese in Kraftfahrzeugsteuergeräten verbaut, wobei die Trägerplatte des Elektrolytkondensator-Moduls mit dem Gehäuse des Steuergeräts formschlüssig oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube oder eines Niets, verbunden ist.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Draufsicht auf das Elektrolytkondensator-Modul,
2a einen Elektrolytkondensator mit schlitzförmigen Öffnungen,
2b einen Elektrolytkondensator mit kreisförmigen Öffnungen, und
3 einen Schnitt durch das Elektrolytkondensator-Modul und einen Gehäuseausschnitt.
1 zeigt ein Elektrolytkondensator-Modul 1 zum Einbau in einem Gehäuse 2 eines Kraftfahrzeugsteuergerätes, insbesondere eines sog. Vorortsteuergerätes. Das Elektrolytkondensator-Modul 1 umfasst im wesentlichen einen zylinderförmigen Elektrolytkondensator 4 mit einem Kondensatorbecher 5 und eine Trägerplatte 3 mit einer Kammer 6, die mit einer aushärtbaren Gießmasse 8 befüllt ist. Der Elektrolytkondensator 4 ist derart in der Kammer 6 angeordnet, dass er an seiner Außenseite im Bereich der Kammer 6 zumindest teilweise mit der Gießmasse 12 umgeben ist.
Die Anschlussdrähte 15, 16 des Elektrolytkondensators 4 sind mit Durchkontaktierungen 13, 14, die hier in einer Wand der Kammer 6 integriert sind, elektrisch verbunden, zum Beispiel verschweißt oder verlötet. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen Anschlussdrähten 15, 16 des Elektrolytkondensators 4 und Komponenten außerhalb des Elektrolytkondensator-Moduls 1 ermöglicht. Die Durchkontaktierungen 13, 14 können aber auch an einer Außenfläche der Kammer 6 angeordnet sein.
In der Trägerlatte 3 ist insbesondere jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten im Bereich der Kammer 6 eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Durchbruchs 11 angeordnet. Mittels dieses Durchbruchs 11 ist das Elektrolytkondensator-Modul 1 mit dem Gehäuse 2 des Steuergeräts formschlüssig oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube oder eines Niet, verbindbar.
2a und 2b zeigen je einen zylinderförmigen Elektrolytkondensator 4 mit einem Kondensatorbecher 5 und zwei jeweils an einer Stirnseite des Kondensatorbechers 5 angeordneten Deckeln 7, 8, die einen hier nicht gezeigten Kondensatorwickel 9 im Inneren des Kondensatorbechers 5 fixieren. Die Anschlussdrähte 15, 16 sind in diesem Fall an einer Stirnseite des Kondensatorbechers 5 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass an jeder Stirnseite je ein Anschlussdraht 15, 16 angeordnet ist. In 2a weist der Kondensatorbecher 5 drei schlitzförmige Öffnungen 10 und 2b weist der Kondensatorbecher 5 drei kreisförmige Öffnungen 10 auf. Die Öffnungen 10 könnten jedoch auch anders geformt sein, zum Beispiel als Ellipse.
Es würde auch eine einzige Öffnung 10 ausreichen, um Gießmasse 12 aus der Kammer 6 in das Innere des Elektrolytkondensators 4 fließen zu lassen. Insbesondere kann bei mehr als einer Öffnung 10 eine als Entlüftungsöffnung dienen und damit das Einfließen der Gießmasse 6 in das Innere des Elektrolytkondensators 4 beschleunigen.
3 zeigt einen Schnitt durch das Elektrolytkondensator-Modul 1 und ein mit dem Elektrolytkondensator-Modul 1 verbundenen Gehäuse 2 eines Steuergerätes, wobei das Gehäuse 2 nur ausschnittweise dargestellt ist. Der Elektrolytkondensator 4 ist an seiner Außenseite im Bereich der Kammer 6 zumindest teilweise mit Gießmasse 12 umgeben. Wie weiter oben schon erwähnt, wird dadurch insbesondere verhindert, dass bei auftretenden Schwingungen die elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Anschlussdrähten 15, 16 des Elektrolytkondensators 4 und den Durchkontaktierungen 13, 14 der Kammer 6 beschädigt werden.
Durch die Öffnung 10 im Kondensatorbecher 5 des Elektrolytkondensators 4 kann Gießmasse 12 aus der Kammer 6 in das Innere des Elektrolytkondensators 4 fließen und den Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers 5 und dem Kondensatorwickel 9 des Elektrolytkondensators 4 zumindest teilweise mit Gießmasse 12 ausfüllen. Dadurch wird, wie bereits erläutert, verhindert, dass sich der Kondensatorwickel 9 relativ zum umgebenden Kondensatorbecher 5 bewegen kann, und sich die elektrische Verbindung zwischen dem Wickel 9 und den Anschlussdrähten 15, 16 löst.
Wie in 1 bereits beschrieben, ist in der Trägerlatte 3 insbesondere jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten im Bereich der Kammer 6 eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Durchbruchs 11 angeordnet. Mittels dieses Durchbruchs 11 ist das Elektrolytkondensator-Modul 1 mit dem Gehäuse 2 des Steuergeräts formschlüssig oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube oder eines Niet, verbindbar.
Optional kann der Raum zwischen dem Elektrolytkondensator 4 und dem Gehäuse 2 mit Wärmeleitpaste ausgefüllt sein. Diese dient zum einen insbesondere als weitere Maßnahme zur Schwingungsdämpfung, zum anderen wird dadurch die in dem elektronischen Bauteil entstehende Wärme an das Gehäuse abgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Elektrolytkondensator-Modul
2: Gehäuse eines Kraftfahrzeugsteuergerätes
3: Trägerplatte
4: Elektrolytkondensator
5: Kondensatorbecher
6: Kammer
7, 8: Deckel
9: Kondensatorwickel
10: Öffnung im Kondensatorbecher
11: Befestigungsvorrichtung
12: Gießmasse
13, 14: Durchkontaktierungen in der Kammer
15, 16: Anschlussdrähte des Elektrolytkondensators

Claims

Elektrolytkondensator-Modul (1), insbesondere zum Einbau in einem Gehäuse (2) eines Kraftfahrzeugsteuergerätes, umfassend einen zylinderförmigen Elektrolytkondensator (4) mit einem Kondensatorbecher (5) und zwei jeweils an einer Stirnseite des Kondensatorbechers (5) angeordneten Deckeln (7, 8), die einen Kondensatorwickel (9) im Inneren des Kondensatorbechers (5) fixieren, und eine Trägerplatte (3) mit einer Kammer (6) zur Aufnahme des Elektrolytkondensators (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatorbecher (5) mindestens eine Öffnung (10) aufweist, im Inneren des Elektrolytkondensators (4) der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers (5) und dem Kondensatorwickel (9) zumindest teilweise mit Gießmasse (12) ausgefüllt ist, und der Elektrolytkondensator (4) an seiner Außenseite im Bereich der Kammer (6) zumindest teilweise mit derselben Gießmasse (12) umgeben ist.
Elektrolytkondensator-Modul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) als Schlitz oder als im wesentlichen kreisförmige Öffnung ausgebildet ist.
Elektrolytkondensator-Modul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (6) Durchkontaktierungen (13, 14) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen Anschlussdrähten (15, 16) des Elektrolytkondensators (4) und Komponenten außerhalb des Elektrolytkondensator-Moduls (1) ermöglicht.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensator-Moduls (1) nach Anspruch 1 mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Trägerplatte (3), umfassend eine Kammer (6), und eines Elektrolytkondensators (4), b) Einlegen des Elektrolytkondensators (4) in die Kammer (6) der Trägerplatte (3), c) Elektrisches Verbinden der Anschlussdrähte (15, 16) des Elektrolytkondensators (4) mit den Durchkontaktierungen (13, 14), d) Einfüllen einer Gießmasse (12) in die Kammer (6), bis der Elektrolytkondensator (4) an seiner Außenseite zumindest teilweise mit der Gießmasse (12) umgeben ist, und im Inneren des Elektrolytkondensators (4) der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers (5) und dem Wickel (9) mit derselben Gießmasse (12) zumindest teilweise ausgefüllt ist, und e) Aushärten der Gießmasse (12).
Verfahren zur Herstellung eines Elektrolytkondensator-Moduls (1) nach Anspruch 1 mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Trägerplatte (3) und eines Elektrolytkondensators (4), b) Einfüllen einer Gießmasse (12) in die Kammer (6) der Trägerplatte (3), c) Einlegen des Elektrolytkondensators (4) in die Kammer (6), so dass der Elektrolytkondensator (4) an seiner Außenseite zumindest teilweise mit der Gießmasse (12) umgeben ist, und dass im Inneren des Elektrolytkondensators (4) der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Kondensatorbechers (5) und dem Wickel (9) mit derselben Gießmasse (12) zumindest teilweise ausgefüllt ist, d) Elektrisches Verbinden der Anschlussdrähte (15, 16) des Elektrolytkondensators (4) mit den Durchkontaktierungen (13, 14), e) Aushärten der Gießmasse (12).
Kraftfahrzeugsteuergerät mit einem Elektrolytkondensator-Modul gemäß Anspruch 1, wobei die Trägerplatte (3) des Elektrolytkondensator-Moduls (1) mit dem Gehäuse (2) des Steuergeräts formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist.