| Dokumentenidentifikation |
DE4111401A1 15.10.1992 |
| Titel |
Kondensationsanordnung |
| Anmelder |
ABB Patent GmbH, 6800 Mannheim, DE |
| Erfinder |
Lüttich, Rolf, Dipl.-Ing., 6936 Schwanheim, DE |
| DE-Anmeldedatum |
09.04.1991 |
| DE-Aktenzeichen |
4111401 |
| Offenlegungstag |
15.10.1992 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
15.10.1992 |
| IPC-Hauptklasse |
H01G 4/40
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| IPC-Nebenklasse |
H03H 1/00
H02M 3/00
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| Zusammenfassung |
Mit der Erfindung wird eine Anordnung (1) mehrerer parallelgeschalteter Chipkondensatoren (6) vorgestellt, die in lötfreier Technik mit Stromschienen (2, 3) über federnde Kontaktmatten (4, 5) kontaktiert sind. Mit Hilfe einer Spannvorrichtung (10, 11) kann ein definierter Anpreßdruck (P) zur Kontaktierung eingestellt und aufrechterhalten werden. Die Kondensatoranordnung (1) ist z. B. als Ausgangsfilter eines Schaltnetzteils einsetzbar.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Kondensatoranordnung, die aus einer Parallelschaltung mehrerer
Kondensatoren besteht.
Die Kondensatoranordnung läßt sich beispielsweise
vorteilhaft als Ausgangsfilter eines Schaltnetzteils
einsetzen. Es ist an sich bekannt, die in einer solchen
Kondensatoranwendung benötigte Kapazität auf mehrere
Kondensatoren aufzuteilen. In "Siemens Forschungs- und
Entwicklungsberichte" Band 17, 1988, Nr. 5, Seite 245
bis 248 ist auf Seite 246 eine solche Anordnung von
Filterkondensatoren beschrieben und in Fig. 6 dargestellt.
Für solche Anordnungen werden z. B. Becherkondensatoren
mit auf der Oberseite vorhandenen Schraub- oder
Lötanschlüssen verwendet. Auch Anordnungen mit Kondensatoren,
die Anschlußdrähte aufweisen, sind bekannt. Außerdem
sind aus der SMD-Technik auflötbare Chipkondensatoren
bekannt. Eine Aufteilung der erforderlichen
Filterkapazität auf mehrere Kondensatoren wird beim Stand der
Technik im Hinblick auf die vorgegebene Bauform des
Schaltnetzteils vorgenommen.
Bei Schaltnetzteilen gibt es einen Entwicklungstrend zu
hohen Schaltfrequenzen, womit eine deutliche
Verkleinerung der Bauteile, insbesondere von Transformatoren
erzielbar ist. Je höher die Schaltfrequenz ist, desto
kleiner ist die erforderliche Filterkapazität. Die
relativ geringe Kapazität kann dann mit einem oder wenigen
Kondensatoren realisiert werden.
Die bei Schaltnetzteilen mit hoher Schaltfrequenz an ein
Ausgangsfilter zu stellenden typischen Anforderungen
sind:
Kapazität im Bereich von 1000 µF bis 10 mF,
Spannungsfestigkeit mindestens 7,5 V und Strombelastbarkeit
mindestens 30 Ampere. Die Ersatz-Serieninduktivität (ESL)
sollte unter 1 nH und der Ersatz-Serienwiderstand (ESR)
unter 0,25 Milliohm liegen.
Die besten handelsüblichen Kondensatoren im angegebenen
Kapazitätsbereich weisen ESR- bzw. ESL-Werte auf, die um
einen Faktor 10 über den jeweils zulässigen Werten
liegen. Durch Parallelschaltung einer Vielzahl von
Kondensatoren kleiner Kapazität lassen sich jedoch die
Anforderungen an die ESR- bzw. ESL-Werte erfüllen.
Die Montage einer Vielzahl von Kondensatoren und die
Herstellung der elektrischen Anschlüsse ist allerdings
bei den Bauweisen bekannter Anordnungen aufwendig und
kaum automatisierbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
verbesserte Anordnung einer Anzahl von elektrisch
parallel geschalteten Kondensatoren anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine
Kondensatoranordnung, die aus einer Parallelschaltung mehrerer
Kondensatoren besteht, bei welcher
- - Chipkondensatoren eingesetzt sind, die elektrische
Kontaktflächen auf zwei sich gegenüberliegenden
Hauptflächen aufweisen,
- - die Chipkondensatoren nebeneinander zwischen zwei
plattenförmigen Stromschienen angeordnet sind,
wobei die Kontaktflächen parallel zu den
Stromschienen angeordnet sind und zwischen den
Kontaktflächen der Chipkondensatoren und den Stromschienen
eine Kontaktmatte angeordnet ist, die einen
elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktflächen der
Chipkondensatoren und den Stromschienen herstellen
und
- - Mittel vorhanden sind, die die übereinander
geschichtete Anordnung von erster Stromschiene,
erster Kontaktmatte, Chipkondensator, zweiter
Kontaktmatte und zweiter Stromschiene mit einer
Anpreßkraft P beaufschlagen, die zur sicheren
Kontaktgabe erforderlich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen
angegeben.
Mit der Erfindung wird eine Kondensatoranordnung mit
lötfreier Montagetechnik vorgeschlagen, wobei in
vorteilhafter Weise eine thermische Belastung der
Bauelemente vermieden und damit eine erhöhte Zuverlässigkeit
der Gesamtanordnung erzielt wird. Die
Kondensatoranordnung kann von Handhabeautomaten zusammengesetzt werden.
Mittel zur Druckbeaufschlagung können
Spannvorrichtungen, wie z. B. Schrauben oder Nieten sein, die durch die
Stromschienen und zwischengefügte Zwischenstücke
greifen, wobei die Zwischenstücke als Abstandsstücke
ausgebildet sein können, mit deren Hilfe ein definierter
Anpreßdruck P einstellbar ist.
Zur Positionierung der Chipkondensatoren bzw. zur
Positionierung von Federkontakten der Kontaktmatten
gegenüber Kontaktflächen der Chipkondensatoren können
gitterförme Zwischenstücke dienen, die außerdem als
Abstandshalter wirken können.
Mit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die
gesamte Kondensatoranordnung als Steckkontakt in einem
Steckverbinder ausgebildet sein.
Eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung erfolgt
nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 schematische Darstellung der
Kondensatoranordnung,
Fig. 2 Detaildarstellung einer Anordnung eines
Positioniergitters und eines Abstandhalters,
Fig. 3 Steckverbinderanordnung,
Fig. 4 Detaildarstellung der Kontaktmatte mit
Federkontakten zur Kontaktierung von
Chipkondensatoren.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine
Kondensatoranordnung 1, die aus einer Übereinanderschichtung
einer ersten Stromschiene 2, einer ersten Kontaktmatte
4, einer Anzahl von nebeneinander angeordneten
Chipkondensatoren 6, einer zweiten Kontaktmatte 5 und einer
zweiten Stromschiene 3 besteht. Die erste Stromschiene 2
kann z. B. die Minus-Stromschiene sein und die zweite
Stromschiene 3 die Plus-Stromschiene. An einer
Stromeintrittsstelle 7 kann beispielsweise bei Verwendung der
Kondensatoranordnung 1 als Ausgangsfilter eines
Schaltnetzteils ein Strom I in die Plus-Stromschiene 3
eintreten und an einer Stromaustrittsstelle 8 austreten, um zu
einem Verbraucher geleitet zu werden um von dort zurück
zur Minus-Stromschiene 2 zu fließen. Die
Kondensatoranordnung 1 wirkt bei einer solchen Betriebsweise als
Vierpolkondensator.
Die Stromschienen 2, 3 können z. B. Kupferplatten sein.
Die Chipkondensatoren 6 können z. B. Tantalkondensatoren
oder Keramikkondensatoren sein, die unten und oben
Kontaktflächen 9 (siehe Fig. 4) für einen Pluspol- bzw.
Minuspol-Anschluß aufweisen. Die Kontaktmatten 4, 5
können unterschiedlich ausgeführt sein, sie müssen jedoch
eine Federwirkung aufweisen, um einen sicheren Kontakt
zwischen den Stromschienen 2, 3 und der Kontaktfläche 9
der Chipkondensatoren 6 zu gewährleisten, wobei auch
Toleranzen in den Abmessungen der Chipkondensatoren 6
ausgeglichen werden müssen. Die Kontaktmatten 4, 5
können z. B. ein federndes Kupfergeflecht sein oder aus
einem gestanzten Blech bestehen, dessen Stege durch
Verdrehen oder durch gepreßte Wölbungen eine Federwirkung
erhalten. Als Material ist dafür eine Beryllium-Bronze-
Legierung geeignet, wobei ein daraus hergestelltes,
gestanztes und geprägtes Blech vorteilhaft versilbert
wird.
Die Kondensatoranordnung 1 wird durch eine angepaßte
Anpreßkraft P zusammengehalten und kontaktiert. Die
erfindungsgemäße Druckkontaktierung der
Kondensatoranordnung 1 ist wesentlich günstiger als eine
Lötkontaktierung. Die Stromschienen sind nämlich in der Praxis
bezüglich ihrer Dicke bzw. ihres Querschnittes an den
Strom I angepaßt und daher relativ dick ausgeführt.
Würde man eine solche Anordnung z. B. unter Zwischenfügung
von Lotblättchen im reflow-Verfahren verlöten, so wären
lange Lotzeiten erforderlich. Für derart lange dauernde
Temperatureinwirkungen sind die Chipkondensatoren nicht
ausgelegt.
In Fig. 2 ist in einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wie
die erforderliche Anpreßkraft P eingestellt werden kann.
Zwischen den Stromschienen 2, 3 sind Abstandsstücke 10
angeordnet, die mit Schrauben 11 mit den Stromschienen
2, 3 verschraubt sind. Anstelle mehrerer Abstandstücke
10 kann z. B. auch ein einziges rahmen- oder
gitterförmiges Abstandstück 10 vorgesehen werden. Das elektrisch
isolierende Abstandstücke 10 ist so bemessen, daß sich
an den federnden Kontaktmatten 4, 5 der gewünschte
Anpreßdruck P einstellt. Anstelle von Schrauben können
selbstverständlich auch andere Mittel vorgesehen werden,
die als Spannvorrichtung oder als Verbindungsmittel die
gesamte Kondensatoranordnung zusammenhalten,
beispielsweise können auch Klammern vorgesehen sein.
In Fig. 2 ist außerdem ein Positioniergitter 12
dargestellt, das als Montagehilfe dient zur exakten
Positinierung der Chipkondensatoren 6. Das Gitter 12 kann
vorteilhaft mit dem Abstandshalter 10 zu einem einzigen
Bauteil, das aus elektrisch isolierendem Material
besteht, kombiniert werden.
Die Kondensatoranordnung 1 kann z. B. einen Teil eines in
der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
P 40 13 821.6 beschriebenen Leistungsteiles für ein
Schaltnetzteil darstellen. Die Kondensatoranordnung 1
kann die dort dargestellte Ausgangskapazität 11 mit
Stromschienen 14, 15 und Ausgangsklemmen 16, 17
ersetzen. Die Kondensatoranordnung 1 könnte in einem solchen
Leistungsteil ein als Steckkontakt gestaltetes
Ausgangsteil bilden, wobei die Chipkondensatoren im
Steckkontakt integriert sind. Eine solche Anordnung, bei der
die Kondensatoranordnung als Steckkontakt 13 einer
Steckverbinderanordnung vorgesehen ist, ist in Fig. 3
dargestellt, wobei die auch in dieser Anordnung
erforderlichen Abstandstücke zwischen den Stromschienen 2 und
3 in der Zeichnung weggelassen wurden. Der Steckkontakt
13 ist in eine Steckbuchse eingesteckt, deren erstes
Kontaktstück 14 als Pluskontakt und deren zweites
Kontaktstück 15 als Minuskontakt dargestellt ist. Die
Kontaktstücke 14, 15 sind in der Steckbuchse voneinander
elektrisch isoliert angeordnet. Durch die auf diese
Weise realisierbare Integration der Ausgangskapazität eines
Schaltnetzteils in einem Steckanschluß führt zu einer
Kostensenkung und einer Platzersparnis.
Schließlich ist in Fig. 4 eine bereits erwähnte
Gestaltungsmöglichkeit für die Kontaktmatte 5 gezeigt, wobei
in einem gestanzten Blechteil durch Pressen Wölbungen
hergestellt sind, die Federkontakte 16 zur Kontaktierung
mit Kontaktflächen 9 auf den Chipkondensatoren 6 bilden.
Bezugszeichenliste
1 Kondensatoranordnung
2 erste Stromschiene
3 zweite Stromschiene
4 erste Kontaktmatte
5 zweite Kontaktmatte
6 Chipkondensator
7 Stromeintrittsstelle
8 Stromaustrittsstelle
9 Kontaktfläche am Chipkondensator
10 Abstandstücke
11 Schraube
12 Positioniergitter
13 Steckkontakt
14 erstes Kontaktstück einer Steckbuchse
15 zweites Kontaktstück einer Steckbuchse
16 Federkontakt
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| Anspruch[de] |
- 1. Kondensatoranordnung, die aus einer
Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - Chipkondensatoren (6) eingesetzt sind, die
elektrische Kontaktflächen (9) auf zwei sich
gegenüberliegenden Hauptflächen aufweisen,
- - die Chipkondensatoren (6) nebeneinander zwischen
zwei plattenförmigen Stromschienen (2, 3) angeordnet
sind, wobei die Kontaktflächen (9) parallel zu den
Stromschienen (2, 3) angeordnet sind und zwischen
den Anschlußflächen (9) der Chipkondensatoren (6)
und den Stromschienen (2, 3) jeweils eine
Kontaktmatte (4, 5) angeordnet ist, die einen elektrischen
Kontakt zwischen den Kontaktflächen (9) der
Chipkondensatoren (6) und den Stromschienen (2, 3)
herstellen und
- - Mittel (10, 11) vorhanden sind, die die übereinander
geschichtete Anordnung von erster Stromschiene (2),
erster Kontaktmatte (4), Chipkondensator (6),
zweiter Kontaktmatte (5) und zweiter Stromschiene (3)
mit einer Anpreßkraft (P) beaufschlagen, die zur
sicheren Kontaktgabe erforderlich ist.
- 2. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß je ein Ausgangsfilter in einem
Schaltnetzteil ist.
- 3. Kondensatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der von den
Mitteln (11) zur Druckbeaufschlagung aufgebrachten
Anpreßkraft (P) zwischen der ersten und zweiten
Stromschiene (2, 3) Abstandsstücke (10) aus elektrisch
isolierendem Material angeordnet sind.
- 4. Kondensatoranordnung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Montagehilfe
und zur Positionierung von Federkontakten (16) der
Kontaktmatten (4, 5) auf den Kontaktflächen (9) der
Chipkondensatoren (6) ein Positioniergitter (12) vorhanden ist,
in welches die Chipkondensatoren (6) eingesetzt sind.
- 5. Kondensatoranordnung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Chipkondensatoren (6) in ein gitterförmiges elektrisch isolierendes
Bauteil (12, 10) eingesetzt sind, das sowohl als Montage- und
Positionierhilfe (12) dient, wie auch als
Abstandshalter (10) zur Begrenzung des Anpreßdrucks an den
Chipkondensatoren (6).
- 6. Kondensatoranordnung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kondensatoranordnung (1) als Steckkontakt (13) in eine Steckbuchse
eines Steckverbinders eingesetzt ist, wobei die
Steckbuchse zwei voneinander elektrisch isolierte
Kontaktstücke (14, 15) zur Kontaktierung der ersten und zweiten
Stromschienen (2, 3) aufweist.
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