DE4008417C2 - Vorrichtung zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und kann insbesondere bei der elektrischen Beschaltung von Stütz- und Glättungskondensatoren für Stromrichter eingesetzt werden.

Derartige Vorrichtungen zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensataoren sind aus der DE 34 10 843 C2, DE-AS 11 20 598, DE-PS 5 20 874, EP 1 10 526 B1, US 28 24 264, DE-GM 89 09 246 und DE-GM 86 05 496 bekannt. Dabei werden im wesentlichen gerade Schaltschienen, Leiterstücke aus flachen Blechstreifen, elektrische Verbindungseinrichtungen, Stromschienen und Tragplatten (zusammengesetzt aus Metallplatten und Kunststoffplatten, beispielsweise doppeltkaschierte Leiterplatten) zur Kondensatoranschluß- Verbindung vorgeschhlagen.

Eine Vorrichtung zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren ist auch aus der BBC-Druckschrift Nr. VDVK 90 580 D, "E120-Elektrische Lokomotiven mit Drehstromantrieb für die Deutsche Bundesbahn", 1979, Seite 22 bekannt. Dort werden die elektrischen Anschlüsse der Stütz- und Glättungskondensatoren eines Stromrichters in konventioneller Art und Weise über isolierte Kupferkabel verbunden. Besonders beim Einsatz von GTO-Thyristoren (Gate-Turn-Off-Thyristoren) als Stromrichterventile kann es von Nachteil sein, daß durch die Verkabelung Induktivitäten von nicht zu vernachlässigender Größe geschaffen werden, deren Größe zudem nicht exakt genug vorherberechenbar ist. Für die optimale Auslegung eines mit GTO-Thyristoren bestückten Stromrichters ist es jedoch von Bedeutung, die durch stromrichter-externe Verschaltung gebildeten Induktivitäten genau zu erfassen und möglichst gering zu halten.

In diesem Zusammenhang ist es bereits aus dem DE-GM 89 09 246 bekannt, eine aus mehreren, an einer Tragplatte angebrachten Kondensatoren in elektrische Reihen- und/oder Parallelschaltung bestehende Kondensatorbatterie induktionsarm zu verschalten. Die Tragplatte ist hierzu als Stapel aus Metallplatten und flächenmäßig größeren Kunststoffplatten vorgesehen, wobei jeweils zwischen zwei Metallplatten eine Kunststoffplatte angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren zu schaffen, die möglichst induktivitätsarm ist und deren Induktivität möglichst exakt vorherberechnet werden kann.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim Einsatz der vorgeschlagenen Verbindungsbrücken sehr kurze, starre Verbindungen für die elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren geschaffen werden. Infolge der seitlichen Abwinkelung der Verbindungsbrücken kann vorteilhaft eine Anordnung geschaffen werden, bei der stromzuführender und stromabführender elektrischer Leiter eines Kondensators eng benachbart sind, wodurch eine induktivitätsarme Verschaltung von Kondenstoren ermöglicht wird. Da die Verbindungsbrücken starr sind, sind die bei der Kondensatorverschaltung gebildeten Induktivitäten reproduzierbar und damit leicht vorherberechenbar. Bei Verwendung der in der vorgeschlagenen Art und Weise verschalteten Kondensatoren als Stütz- und Glättungskondensatoren in GTO-bestückten Stromrichtern ist es von Vorteil, wenn die durch externe Verschaltungen gebildeten zusätzlichen Induktivitäten im voraus reproduzierbar bestimmt werden können, um die Be­ schaltung der GTO-Thyristoren optimal auszulegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf zwei und einen seitlichen Schnitt durch eine Verbindungsbrücke,

Fig. 2 mehrere mit Hilfe von Verbindungsbrücken ver­ schaltete Kondensatoren,

Fig. 3 einen seitlichen Schnitt durch einen mit meh­ reren Verbindungsbrücken bestückten Kondensa­ torschraubanschluß,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante mit durch einen Iso­ lator verbundenen Verbindungsbrücken.

In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf zwei und ein seitlicher Schnitt durch eine Verbindungsbrücke dargestellt. Es sind zwei flache, starre, metallische Verbindungsbrücken 1, 2 zu erkennen, die jeweils aus einem geraden, flachen Mittelabschnitt 3 und zwei an den Enden des Mittelab­ schnitts 3 einstückig angeformte Seitenschenkel 4, 5 bestehen. Die Verbindungsbrücken 1, 2 sind spiegelsymme­ trisch zueinander ausgebildet. Die vom Mittelabschnitt 3 seitlich abgewinkelten, flachen Seitenschenkel 4, 5 sind an ihren Enden abgerundet. Die Verbindungsbrücken beste­ hen aus einem elektrisch gut leitenden Metall, vorzugs­ weise aus Kupfer, und können z. B. als Blechstanzteile aus Kupferblech hergestellt werden.

Am Ort des Überganges vom Mittelabschnitt 3 zu einem Seitenschenkel 4 bzw. 5 ist jeweils eine im Querschnitt U-förmige Dehnbrücke 6 bzw. 7 angeordnet. Durch die Dehnbrücken 6, 7 ist die Verbindungsbrücke in gewissen Grenzen flexibel und kann Toleranzen ausgleichen, die beim elektrischen Anschluß einer Vielzahl von horizontal nebeneinander und vertikal übereinander angeordneten Kondensatoren auftreten.

Die abgerundeten Enden der Seitenschenkel 4, 5 sind mit Bohrungen 8, 9 zur Durchführung der Kondensatorschraub­ anschlüsse versehen. Die Verbindungsbrücken 1, 2 sind allseitig mit einer isolierenden Beschichtung 10 verse­ hen. Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Epoxyd. Von der Beschichtung 10 ausgenommen sind Kontak­ tierungsringe 11, 12, die beidseitig kreisförmig um die Bohrungen 8, 9 verlaufen und eine elektrisch leitende Kontaktierung der Verbindungsbrücken mit den Kondensa­ torschraubanschlüssen sowie weiteren Verbindungsbrücken ermöglichen. Der Mittelabschnitt 3 jeder Verbindungs­ brücke weist an einer Seitenkante eine halbkreisförmige seitliche Aussparung 13 auf. Der Abstand a zwischen der Aussparung 13 und einer Bohrung 8 bzw. 9 entspricht exakt dem Abstand zwischen den beiden Kondensator­ schraubanschlüssen eines Kondensators. Aufgrund der Aus­ sparung 13 ist es möglich, ein und dieselbe Verbin­ dungsbrücke universell sowohl zur horizontalen als auch zur vertikalen Verschaltung von Kondensatoren heran­ zuziehen (siehe hierzu auch Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2).

Im Mittelabschnitt 3 einer Verbindungsbrücke befinden sich zusätzlich zwei Bohrungen 14, 15, und zwar jeweils zwischen Aussparung 13 und Dehnungsbrücke 6 bzw. 7. Auch diese Bohrungen 14 bzw. 15 weisen kreisringförmige, von der isolierenden Beschichtung 10 nicht bedeckte Kontak­ tierungsringe 16 bzw. 17 auf. Diese zusätzlichen Bohrun­ gen 14, 15 dienen zur Verschraubung mit Stromschienen, die zum elektrischen Anschluß der Kondensatoren an ein speisendes Netz bzw. an einen Stromrichter dienen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Aufsicht auf zwei Ver­ bindungsbrücken 1, 2 ist die konkrete, bei der Parallel­ schaltung von zwei Kondensatoren auftretende Lage der Verbindungsbrücken 1, 2 gezeigt. Die beiden elektrisch zu verbindenden Kondensatoren sind dabei gestrichelt angedeutet. Die Kondensatorschraubanschlüsse sind durch die Bohrungen 8, 9 geführt. Dabei sind die beiden Ver­ bindungsbrücken 1, 2 so angeordnet, daß sich die von den Mittelabschnitten 3 abgewinkelten Seitenschenkel von zwei verschiedenen Verbindungsbrücken voneinander ent­ fernen, wodurch die beiden Mittelabschnitte 3 eng be­ nachbart aneinander rücken.

Die durch die Dehnungsbrücken 6 entstehenden Erhebungen sind zu den Kondensatoren hin gewandt. Die Aussparungen 13 beider Verbindungsbrücken sind voneinander abgewandt. Zwischen beiden geraden, einander zugewandten, nicht mit einer Aussparung versehenen Seitenkanten der Mittelab­ schnitte 3 verbleibt ein Spalt mit der Breite b. Dabei ist es von Vorteil für eine induktivitätsarme Verschal­ tung der Kondensatoren, wenn der Abstand b gering ist.

Mit anderen Worten sind die Abwinkelung und die Länge der Seitenschenkel 4, 5 unter Berücksichtigung der Brei­ te c des Mittelabschnitts 3 und des Abstands a zwischen zwei Kondensatorschraubanschlüssen eines zu verschalten­ den Kondensators so zu bemessen, daß sich bei Montage von zwei spiegelsymmetrisch ausgebildeten Verbindungs­ brücken 1, 2 ein im Hinblick auf die auf den Kondensator einwirkende elektrische Spannung ausreichender Abstand b zwischen beiden benachbarten Seitenkanten der Mittelab­ schnitte ergibt. Der Querschnitt der Verbindungsbrücke 1, 2 ist im Hinblick auf die zu führenden Ströme ausrei­ chend zu bemessen, wobei insbesondere der Abstand d zwi­ schen den Seitenkanten des Mittelabschnitts am Ort der Aussparung nicht zu gering auszubilden ist.

In Fig. 2 sind mehrere, mit Hilfe von Verbindungsbrücken verschaltete Kondensatoren dargestellt. Im einzelnen sind drei horizontal angeordnete Kondensatoren 18, 19, 20 zu erkennen, unter denen eine weitere, horizontale Kondensator-Dreiergruppe, bestehend aus den Kondensato­ ren 21, 22, 23 liegt. Die beiden Kondensatorschrauban­ schlüsse eines jeden Kondensators sind jeweils vertikal untereinander angeordnet. Die Kondensatoren 18, 19 sind über horizontal angeordnete Verbindungsbrücken 24, 25 und die Kondensatoren 19, 20 über horizontal angeordnete Verbindungsbrücken 26, 27 miteinander verschaltet. In gleicher Art und Weise sind die weiteren Kondensatoren 21, 22 bzw. 22, 23 über Verbindungsbrücken 28, 29 bzw. 30, 31 miteinander verschaltet. Zur Verbindung der obe­ ren Kondensator-Dreiergruppe 18/19/20 mit der unteren Kondensator-Dreiergruppe 21/22/23 sind die jeweils obe­ ren Kondensatorschraubanschlüsse der Kondensatoren 19 und 22 über eine vertikal angeordnete Verbindungsbrücke 32 miteinander verschaltet. Die Aussparung 13 der Ver­ bindungsbrücke 32 greift dabei um den unteren Kondensa­ torschraubanschluß des Kondensators 19. Die untere Kon­ densator-Dreiergruppe 21/22/23 ist mit einer weiteren, nicht dargestellten Kondensator-Dreiergruppe elektrisch verbunden, wozu eine weitere vertikal angeordnete Ver­ bindungsbrücke 33 dient.

Zur weiteren elektrischen Verschaltung der Kondensatoren ist eine vertikal angeordnete Stromschiene 34 am Ort der zusätzlichen Bohrung 14 mit der Verbindungsbrücke 25 kontaktiert. Desgleichen ist eine weitere vertikal ange­ ordnete Stromschiene 35 elektrisch leitend mit der Ver­ bindungsbrücke 31 verbunden.

Die Richtung des in den einzelnen Verbindungsbrücken und Stromschienen jeweils auftretenden Stromflusses ist durch Pfeile gekennzeichnet. Dabei dienen die vertikal angeordneten Verbindungsbrücken 32, 33 beispielsweise als Stromzuführungen und die Stromschienen 34, 35 als Stromrückleiter. Die oberen horizontalen Verbindungs­ brücken 24, 26, 28, 30 dienen jeweils als Stromzuführung und die unteren horizontalen Verbindungsbrücken 25, 27, 29, 31 als Stromrückleiter. Aus Fig. 2 ist klar zu erse­ hen, daß der Stromfluß benachbarter horizontaler Verbin­ dungsbrücken jeweils entgegengesetzt gerichtet ist. Das gleiche gilt für die mit Stromschienen benachbarten ver­ tikalen Verbindungsbrücken. Aufgrund dieser bifilaren Konfiguration, bei der Stromleiter mit jeweils entgegen­ gesetzt gerichtetem Stromfluß eng benachbart angeordnet sind, ergibt sich die insgesamt induktionsarme Verschal­ tung der Kondensatoren, mit nur geringem nach außen wir­ kendem Magnetfeld.

In Fig. 3 ist ein seitlicher Schnitt durch einen mit mehreren Verbindungsbrücken bestückten Kondensator­ schraubanschluß dargestellt, und zwar am Beispiel des oberen Kondensatorschraubanschlusses 36 des Kondensators 19 gemäß Fig. 2. Von der Kondensatorfrontfläche 19a aus­ gehend, ergibt sich bis zum Ende des Kondensatorschraub­ anschlusses 36 folgender Aufbau: Erste Distanzscheibe 37 - Verbindungsbrücke 26 (horizontal angeordnet) - zweite Distanzscheibe 38 - Verbindungsbrücke 24 (horizontal angeordnet) - dritte Distanzscheibe 39 - Verbindungs­ brücke 32 (vertikal angeordnet) - vierte Distanzscheibe 40 - Mutter 41. Die Distanzscheiben 37 bis 40 sind je­ weils aus leitfähigem Metall, vorzugsweise aus Kupfer, und entsprechen in ihrem Außendurchmesser dem Durchmes­ ser der Kontaktierungsringe 11, 12, wodurch eine elek­ trisch gut leitende Verbindung zwischen den einzelnen Verbindungsbrücken untereinander und dem Kondensator­ schraubanschluß gewährleistet wird.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante mit durch einen Isolator verbundenen Verbindungsbrücken dargestellt, und zwar anhand einer Aufsicht auf zwei und einen seitlichen Schnitt durch eine Verbindungsbrücke. Diese Ausführungs­ variante eignet sich insbesondere zur horizontalen Ver­ bindung von Kondensatoren, wenn zwei spiegelsymmetrisch ausgebildete Verbindungsbrücken eng benachbart angeord­ net sind (bifilare Konfiguration). Beispielhaft für der­ artige Anordnungen sind die Verbindungen der Kondensato­ ren 18, 19, 20 mittels Verbindungsbrücken 24 bis 27 so­ wie die Verbindungen der Kondensatoren 21, 22, 23 mit­ tels Verbindungsbrücken 28 bis 31. Im einzelnen sind in Fig. 4 zwei spiegelsymmetrisch ausgebildete und eng be­ nachbart angeordnete Verbindungsbrücken 101, 102 zu er­ kennen, deren Mittelabschnitte 103 über einen Isolator 118 fest miteinander verbunden sind. Der Isolator 118 besteht vorzugsweise aus Gießharz. Die Seitenschenkel 104, 105 und Dehnungsbrücken 106, 107 sind weder vom Isolator 118 noch von einer isolierenden Beschichtung bedeckt. Die Bohrungen 108, 109 jeweils am Ende der Sei­ tenschenkel 104, 105 sind demgemäß von metallisch blan­ kem Material umgeben. Die weiteren Bohrungen 114, 115 sind innerhalb des Isolators 118 angeordnet und deshalb von Kontaktierungsringen 116, 117 umgeben.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 ist besonders vorteilhaft, daß die bei hohen Strömen bzw. Stroman­ stiegs- und -abfallgeschwindigkeiten auftretenden Kräfte durch den Isolator 118 aufgefangen werden, d. h. der Ab­ stand b zwischen den benachbarten Seitenkanten der Ver­ bindungsbrücken bleibt erhalten.

Bei dieser Ausführungsvariante sind die Aussparungen in den Mittelabschnitten 103 der Verbindungsbrücken 101, 102 nicht mehr erforderlich und können bedarfsweise ent­ fallen. Aus Rationalisierungsgründen können die Ausspa­ rungen jedoch ebenfalls vorgesehen sein, wenn darauf verzichtet wird, unterschiedliche Typen von Verbindungs­ brücken für horizontale und vertikale Montage herzustel­ len. Alternativ hierzu kann der Isolator 118 gemäß der Form der Aussparungen ausgebildet sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse von Kondensatoren mit Schraubanschlüssen mit einer starren, flachen, elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücke (1, 2, 24 bis 33, 101, 102) aus einem geraden, flachen Mittelabschnitt (3, 103) besteht, an dessen Enden seitlich abgewinkelte Seitenschenkel (4, 5, 104, 105) einstückig angeformt sind, die jeweils mit Bohrungen (8, 9, 108, 109) zur Durchführung der Kondensatorschraubanschlüsse (36) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mittelabschnitt (3, 103) der Verbin­ dungsbrücke (1, 2, 24 bis 33, 101, 102) mit mindestens ei­ ner Bohrung (14, 15, 114, 115) zur elektrischen Verbindung mit Stromschienen (34, 35) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücke (1, 2, 24 bis 33, 101, 102) mit mindestens einer im Querschnitt U-förmi­ gen Dehnungsbrücke (6, 7, 106, 107) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücke (1, 2, 24 bis 33) allseitig mit einer isolierenden Beschichtung (10) versehen ist, wobei jeweils kreisringförmige Kon­ taktierungsringe (11, 12, 16, 17) um die Bohrungen (8, 9, 14, 15) frei von Beschichtungsmittel bleiben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Mittelabschnitt (3) der Verbindungsbrücke (1, 2, 24 bis 33) eine seitliche, halb­ kreisförmige Aussparung (13) angeordnet ist, wobei der Abstand (a) zwischen der Aussparung (13) und einer Boh­ rung (8, 9) im Seitenschenkel (4, 5) dem Abstand zwischen zwei Kondensatorschraubanschlüssen eines Kondensators entspricht.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelsymme­ trisch ausgebildete Verbindungsbrücken (101, 102) eng benachbart und spiegelsymmetrisch angeordnet und über einen Isolator (118) starr miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Isolator (118) aus Gießharz.