DE102004056041A1 - Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines in mehreren Stufen und/oder Richtungen betreibbaren Gleichstrommotors - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Entstörvorrichtung (10) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines in mehreren Stufen und/oder Richtungen betreibbaren Gleichstrommotors (26), mit einer Mehrzahl von auf einer ersten Seite (12) einer Leiterplatte (14) angeordneten Kondensatoren (16) und mit auf der ersten Seite (12) der Leiterplatte (14) angeordneten ersten Leiterbahnen (18) zur jeweiligen Kontaktierung der Kondensatoren (16) mit einem Masseanschluss (20) und einem ersten (22) bzw. zumindest einem weiteren Anschluss (24) für die einzelnen Stufen des Gleichstrommotors (26), wobei der erste (22) und der zumindest eine weitere Anschluss (24) mit einer ersten (48) Anschlussleitung für die erste Stufe bzw. zumindest einer weiteren Anschlussleitung (50) für die zumindest eine weitere Stufe des Gleichstrommotors (26) kontaktiert sind. Die Entstörvorrichtung (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer weiteren, der ersten Seite (12) gegenüber liegenden Seite (32) der Leiterplatte (14) eine Masse-Fläche (34) angeordnet ist und die erste (48) und die zumindest eine weitere Anschlussleitung (50) gegenüber der Masse-Fläche (34) isoliert durchgeführt sind.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines in mehreren Stufen und/oder Richtungen betreibbaren Gleichstrommotors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
- Zur Kommutierung (Stromwendung) von Gleichstrommotoren sind sowohl elektrische Maßnahmen, beispielsweise unter Verwendung einer mit Transistoren aufgebauten Leistungsendstufe, als auch mechanische Maßnahmen bekannt. Zu den mechanischen Maßnahmen zählt die Verwendung eines Kommutators in Verbindung mit leitenden Bürstenelementen, wobei der Kommutator einzelne Kommutatorlamellen aufweist. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass die Bürstenelemente ortsfest derart relativ zum um eine Drehachse rotierenden Kommutator angeordnet sind, dass die Bürstenelemente während der Rotation des Kommutators die einzelnen Kommutatorlamellen in sequenzieller Reihenfolge überstreichen. Durch den Kontakt des Bürstenelements mit einer Kommutatorlamelle wird eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen, durch die der Betriebsstrom des Gleichstrommotors fließt. Beim Übergang eines Bürstenelements von einer auf die nächste Kommutatorlamelle entstehen Gasentladungen, die sehr steile Stromspitzen hervorrufen. Diese Stromspitzen führen wiederum zu hochfrequenten Störemissionen, die sich sowohl in elektrischen Impulsen entlang der stromführenden Elemente des Gleichstrommotors als auch in elektromagnetischer Abstrahlung (Störabstrahlung) manifestieren.
- Aus der
DE 101 29 884 A1 ist es bekannt, eine Leiterplatte zu verwenden, die als Abschirmung die vom Gleichstrommotor abgestrahlten Störemissionen reduziert. Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur weiteren Unterdrückung der hochfrequenten Störemissionen auf der Leiterplatte angeordnete Keramik-Kondensatoren zu verwenden. - Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines in mehreren Stufen und/oder Richtungen betreibbaren Gleichstrommotors, mit einer Mehrzahl von auf einer ersten Seite einer Leiterplatte angeordneten Kondensatoren und mit auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordneten ersten Leiterbahnen zur jeweiligen Kontaktierung der Kondensatoren mit einem Masseanschluss und einem ersten bzw. zumindest einem weiteren Anschluss für die einzelnen Stufen des Gleichstrommotors, wobei der erste und der zumindest eine weitere Anschluss mit einer ersten Anschlussleitung für die ersten Stufe bzw. zumindest einer weiteren Anschlussleitung für die zumindest eine weitere Stufe des Gleichstrommotors kontaktiert sind, bietet eine erhebliche Wirkungsverbesserung der Entstör-Technologie durch eine impedanzoptimierte Masseanbindung und eine direkte Motoranschluss-Kontaktierung, wenn auf einer weiteren, der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte eine Masse-Fläche angeordnet ist und die erste und die zumindest eine weitere Anschlussleitung gegenüber der Masse-Fläche isoliert durchgeführt sind. Auf diese Weise ist eine sehr kompakte und kostengünstige Bauform der Entstörvorrichtung realisierbar. Zudem ist es nicht erforderlich, die Anschlussleitungen des Gleichstrommotors zu unterbrechen, was wiederum zu einer erhöhten Störemission an der Unterbrechungsstelle führen könnte.
- In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Varistor und/oder zumindest ein Cx-Kondensator auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordnet und über weitere Leiterbahnen mit dem ersten bzw. dem zumindest einen weiteren Anschluss verbunden sind. Dies ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Kombination von Kommutator-Entstörung und Abschaltspannungspuls-Begrenzung in einem Entstör-Element.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahnen auf der ersten Seite der Leiterplatte um eine Achse der Leiterplatte symmetrisch angeordnet sind, so dass eine möglichst hohe Dämpfung der Störemissionen erzielt werden kann.
- Weiterhin ist vorgesehen, dass die auf der weiteren Seite der Leiterplatte angeordnete Masse-Fläche jeweils über Durchkontaktierungen mit den Masseanschlüssen der Kondensatoren auf der ersten Seite der Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Dabei sind in vorteilhafter Weise die Durchkontaktierungen als so genannte Vias ausgeführt, die eine extrem niederohmige Verbindung mit der Masse-Fläche ermöglichen, wobei die Masse-Fläche ihrerseits elektrisch leitend mit einem die Entstörvorrichtung umgebenden, abschirmenden Gehäuse verbunden ist. Durch die Ausbildung der Kondensatoren als SMD-Keramik-Kondensatoren (Surface Mounted Device) kann des Weiteren eine sehr kompakte und kostengünstige Bauform der Entstörvorrichtung erzielt werden. Diesbezüglich ist es ebenfalls von Vorteil, wenn die erste und die zumindest eine weitere Anschlussleitung durch das abschirmende Gehäuse hindurchgeführt sind.
- In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das abschirmende Gehäuse elektrisch leitend mit einem Motorgehäuse des Gleichstrommotors, beispielsweise dem Poltopf, verbunden ist. Dabei sollte die Verbindung zwischen Motorgehäuse und abschirmenden Gehäuse der Entstörvorrichtung in vorteilhafter Weise über eine Mehrzahl von Kontaktstellen ausgeführt sein, um eine extrem niederohmige Masseverbindung und damit eine möglichst große Unterdrückung der Störemissionen zu gewährleisten.
- Vorzugsweise weisen die Leiterbahnen an definierten Stellen Verjüngungen auf, die die Entstörvorrichtung und den Gleichstrommotor vor einer möglichen Kurzschlussgefahr, wie sie sich beispielsweise aus einem Keramik-Crack ergeben könnte, schützen.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
- Zeichnung
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der
1 bis4 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen -
1 : ein Ausführungsbeispiel einer ersten Seite einer Leiterplatte der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung, -
2 : ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Seite der Leiterplatte der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung, -
3 : ein Ausführungsbeispiel einer elektrische Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung und einem Gleichstrommotor und -
4 : ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung. - Beschreibung
- In
1 ist ein Ausführungsbeispiel einer ersten Seite12 einer Leiterplatte14 der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung10 dargestellt, wobei die erste Seite12 die Vor- bzw. Oberseite der Leiterplatte14 charakterisiert. Auf der Leiterplatte14 sind eine Mehrzahl von Kondensatoren16 (im gezeigten Ausführungsbeispiel acht) angeordnet, die jeweils über erste Leiterbahnen18 mit einem Masseanschluss20 und einem ersten22 bzw. zumindest einem weiteren Anschluss24 für die einzelnen Stufen eines in den3 und4 gezeigten Gleichstrommotors26 kontaktiert sind. Als Kondensatoren16 kommen beispielsweise SMD-Keramik-Kondensatoren (Surface Mounted Device)28 zum Einsatz, die aufgrund ihrer geringen Baugröße eine sehr kompakte Bauform der Entstörvorrichtung10 ermöglichen. - Die Masseanschlüsse
20 der Kondensatoren16 sind mittels Durchkontaktierungen30 mit einer in der2 gezeigten, auf einer weiteren Seite32 der Leiterplatte14 angeordneten Masse-Fläche34 verbunden, wobei die weitere Seite32 die Rück- bzw. Unterseite der Leiterplatte14 beschreibt. Die Masse-Fläche34 kann vollflächig ausgeführt sein, d.h. sie kann die gesamte weitere Seite32 der Leiterplatte14 bedecken. Es ist aber auch denkbar, dass die Masse-Fläche34 nur einen Teil der weiteren Seite32 bedeckt, wenn dies beispielsweise bauliche Maßnahmen erforderlich machen. Auf jeden Fall sollte die Masse-Fläche34 so gestaltet sein, dass sie sämtliche Durchkontaktierungen30 einschließt. - Die Durchkontaktierungen
30 sind vorzugsweise als so genannte Vias36 ausgeführt. Hierbei handelt es sich um elektrisch leitfähige Hülsen, die wiederum mit einem hochleitfähigen Metall, beispielsweise Kupfer, Gold oder dergleichen, gefüllt sind, um eine sehr niederohmige und damit störungsfreie Verbindung zwischen den Masseanschlüssen20 der Kondensatoren16 und der Masse-Fläche34 zu garantieren. - Erfindungsgemäß ist nach
1 vorgesehen, dass jeweils ein Varistor38 auf der ersten Seite12 der Leiterplatte14 über weitere Leiterbahnen42 mit dem ersten22 bzw. dem zumindest einen weiteren Anschluss24 verbunden ist. Weiterhin besteht ein Kontakt der beiden Varistoren38 mit dem gemeinsamen Masseanschluss20 . Alternativ ist es aber auch möglich, dass jeder Varistor38 einen eigenen Masseanschluss20 besitzt. Weiterhin ist ein Cx-Kondensator40 gezeigt, der über die Leiterbahnen42 mit dem ersten22 und dem zumindest einen weiteren Anschluss24 verbunden ist. Statt nur eines Cx-Kondensators40 können auch mehrere in Reihe bzw. parallel geschaltete Cx-Kondensatoren40 verwendet werden. Dies hängt insbesondere von den gestellten Leistungsanforderungen der Entstörvorrichtung10 bzw. des Elektromotors26 ab. Ebenso können auch mehrere Varistoren38 für den ersten22 bzw. den zumindest einen weiteren Anschluss24 zum Einsatz kommen. Die zusätzlichen Verwendung von Varistoren38 bzw. Cx-Kondensatoren40 ermöglicht eine stark impedanzoptimierte Anbindung der Entstörvorrichtung10 , wobei die Varistoren38 zur Erfüllung so genannter Load-Dump-Forderungen bzw. als Abschaltspannungspuls-Begrenzung und die Cx-Kondensatoren40 zur Erfüllung von Lang-, Mittel- oder Kurzwellen-Entstörforderungen dienen. Vorteilhafterweise sind die Leiterbahnen18 und42 sowie die Masse-Fläche34 und die Masseanschlüsse20 als Kupferschichten ausgeführt. Alternativ können aber auch andere, elektrisch leitfähige Materialen verwendet werden. Weiterhin sei angemerkt, dass die Bezeichnung Cx-Kondensator einen Kondensator beschreibt, der zwischen dem ersten22 und dem zumindest einen weiteren Anschluss24 geschaltet ist und demzufolge keine direkte Verbindung zu den Masseanschlüssen20 besitzt. - Um die Entstörvorrichtung
10 vor einem eventuellen Kurzschluss zu schützen, weisen die Leiterbahnen18 bzw.42 an definierten Stellen44 Verjüngungen46 auf, die bei einem Kurzschluss durchbrennen und somit die Brandgefahr infolge einer Überhitzung verhindern. Die Verjüngungen46 können beispielsweise durch die von der Firma Spectrum Control Inc. entwickelte Fail-Safe-Technologie realisiert sein. - Zur besseren Unterdrückung der Störemissionen sind die Leiterbahnen
18 bzw.42 um eine Achse47 der Leiterplatte14 symmetrisch angeordnet. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass die Achse47 – wie im Ausführungsbeispiel gezeigt – durch den Mittelpunkt der Leiterplatte14 geht. Vielmehr kann die Achse auch eine Sekante, bzw. bei nicht runden Bauformen der Leiterplatte14 eine beliebig die Leiterplatte14 schneidende Gerade sein. - In
3 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung10 und dem Gleichstrommotor26 gezeigt. Zu erkennen ist die mit den Kondensatoren16 , den Varistoren38 sowie dem Cx-Kondensator40 bestückte erste Seite12 der Leiterplatte14 gemäß1 . Der erste Anschluss22 auf der ersten Seite12 der Leiterplatte14 ist kontaktiert mit einer ersten Anschlussleitung48 für eine erste Stufe des Gleichstrommotors24 , wobei die Anschlussleitung48 entsprechend2 gegenüber der Masse-Fläche34 auf der weiteren Seite32 der Leiterplatte14 isoliert durchgeführt ist. Eine entsprechende Kontaktierung besteht zwischen einer weiteren Anschlussleitung50 für eine zweite Stufe des Gleichstrommotors24 und dem weiteren Anschluss24 . Auf diese Weise ist eine durchgehenden Verbindung von einem ersten Versorgungspotential V+1 und einem zweiten Versorgungspotential V+2 zum Gleichstrommotor26 möglich. - Die Masse-Fläche
34 auf der weiteren Seite32 der Leiterplatte14 ist elektrisch leitend über einen Kontaktpunkt52 – beispielsweise durch eine Lötverbindung – mit einem die Entstörvorrichtung10 abschirmenden Gehäuse54 verbunden. Das abschirmende Gehäuse54 kann entweder gänzlich aus Metall oder aus einem metallbedampften Kunststoff gefertigt sein und ist über eine Mehrzahl von Kontaktstellen56 mit einem Motorgehäuse58 des Gleichstrommotors26 verbunden. In vorteilhafter Weise haben sich diesbezüglich zwischen acht und zehn Federkontakte60 als geeignete Masseverbindung herausgestellt, wobei in Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden Bauraum durchaus auch weniger oder mehr Kontaktstellen56 in Betracht gezogen werden können. Schließlich besteht über eine Masseleitung62 noch eine direkte Verbindung zwischen einem Bezugspotential V–, dem abschirmenden Gehäuse54 und dem Gleichstrommotor26 . Dabei kann alternativ auch auf eine Verbindung der Masseleitung62 zum abschirmenden Gehäuse54 verzichtet werden. - In
4 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung10 gezeigt. Dabei sind die jeweiligen Parallelschaltungen der Kondensatoren16 für die erste und die zweite Stufe des Gleichstrommotors26 (im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der1 und3 jeweils vier Kondensatoren16 je Stufe des Gleichstrommotors26 ) zwischen dem ersten22 bzw. dem weiteren Anschluss24 und den Masseanschlüssen20 erkennbar. Dabei ist jede Parallelschaltung über die ersten Leiterbahnen18 , die Anschlüsse22 bzw.24 und die Anschlussleitungen48 bzw.50 zum Einen für die erste Stufe des Gleichstrommotors26 mit dem ersten Bezugspotential V+1 bzw. für die zweite Stufe des Gleichstrommotors26 mit dem zweiten Versorgungspotential V+2 und zum Anderen mit den entsprechenden Anschlüssen des Gleichstrommotors26 verbunden. Weiterhin ist jeweils über die weiteren Leiterbahnen42 zwischen dem ersten22 bzw. dem weiteren Anschluss24 und den Masseanschlüssen20 ein Varistor38 geschaltet, während der Cx-Kondensator40 für eine Entstörung zwischen dem ersten22 und dem weiteren Anschluss24 sorgt. Schließlich besteht über die Masseleitung62 eine elektrische Verbindung zwischen dem Gleichstrommotor26 , den Masseanschlüssen20 und dem Bezugspotential V–. Zudem ist das abschirmende Gehäuse54 über den Kontaktpunkt52 mit der Masseleitung62 verbunden. Mit dem Bezugszeichen64 ist schließlich der Fail-Safe-Kurzschlussschutz gemäß der obigen Ausführungen symbolisiert, wobei auch einzelne Leiterbahnen18 bzw.42 von einem Kurzschlussschutz ausgeschlossen sein können. - Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel weder auf die
1 bis4 noch auf die gezeigte Struktur der Leiterbahnen18 bzw.42 und der Masseanschlüsse20 beschränkt ist. Auch die gezeigte, runde Bauform der Leiterplatte14 ist nicht als Einschränkung zu verstehen. Vielmehr können ebenso andere Leiterplattenformen (oval, mehreckig, etc.) und demzufolge auch Gehäuseformen entsprechend den baulichen Vorgaben bzw. den Platzverhältnissen zum Einsatz kommen. Des Weiteren ist die Erfindung auch auf Gleichstrommotoren mit mehreren Richtungen anwendbar, wobei dann die Masseleitung62 entweder nicht angeschlossen oder aber mittels eines nicht gezeigten Schaltmittels mit derjenigen Anschlussleitung48 bzw.50 des Gleichstrommotors26 verbunden wird, die auf Bezugspotential V– liegt.
Claims (11)
- Entstörvorrichtung (
10 ) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines in mehreren Stufen und/oder Richtungen betreibbaren Gleichstrommotors (26 ), mit einer Mehrzahl von auf einer ersten Seite (12 ) einer Leiterplatte (14 ) angeordneten Kondensatoren (16 ) und mit auf der ersten Seite (12 ) der Leiterplatte (14 ) angeordneten ersten Leiterbahnen (18 ) zur jeweiligen Kontaktierung der Kondensatoren (16 ) mit einem Masseanschluss (20 ) und einem ersten (22 ) bzw. zumindest einem weiteren Anschluss (24 ) für die einzelnen Stufen des Gleichstrommotors (26 ), wobei der erste (22 ) und der zumindest eine weitere Anschluss (24 ) mit einer ersten (48 ) Anschlussleitung für die erste Stufe bzw. zumindest einer weiteren Anschlussleitung (50 ) für die zumindest eine weitere Stufe des Gleichstrommotors (26 ) kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer weiteren, der ersten Seite (12 ) gegenüber liegenden Seite (32 ) der Leiterplatte (14 ) eine Masse-Fläche (34 ) angeordnet ist und die erste (48 ) und die zumindest eine weitere Anschlussleitung (50 ) gegenüber der Masse-Fläche (34 ) isoliert durchgeführt sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Varistor (38 ) und/oder zumindest ein Cx-Kondensator (40 ) auf der ersten Seite (12 ) der Leiterplatte (14 ) angeordnet und über weitere Leiterbahnen (42 ) mit dem ersten (22 ) bzw. dem zumindest einen weiteren Anschluss (24 ) verbunden sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (18 ,42 ) auf der ersten Seite (12 ) der Leiterplatte (14 ) um eine Achse (47 ) der Leiterplatte (14 ) symmetrisch angeordnet sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-Fläche (34 ) über Durchkontaktierungen (30 ) mit den Masseanschlüssen (20 ) der Kondensatoren (16 ) auf der ersten Seite (12 ) der Leiterplatte (14 ) elektrisch verbunden ist. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (16 ) als SMD-Keramik-Kondensatoren (28 ) ausgebildet sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchkontaktierungen (30 ) als Vias (36 ) ausgeführt sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die Entstörvorrichtung (10 ) umgebendes, abschirmendes Gehäuse (54 ), das elektrisch leitend mit der Masse-Fläche (34 ) verbunden ist. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (48 ) und die zumindest eine weitere Anschlussleitung (50 ) durch das abschirmende Gehäuse (54 ) hindurchgeführt sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das abschirmende Gehäuse (54 ) elektrisch leitend mit einem Motorgehäuse (58 ) des Gleichstrommotors (26 ) verbunden ist. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das abschirmende Gehäuse (54 ) und das Motorgehäuse (58 ) des Gleichstrommotors (26 ) über eine Mehrzahl von Kontaktstellen (56 ) miteinander verbunden sind. - Entstörvorrichtung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (18 ,42 ) an definierten Stellen (44 ) Verjüngungen (46 ) für einen Kurzschlussschutz aufweisen.
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