-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung zur
Unterdrückung
hochfrequenter Störemissionen eines
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
ein auf der Leiterplatte angeordnetes Keramik-Entstörfilter
zu verwenden. Dieses ist über
Leiterbahnen mit einem ersten und zumindest einem zweiten Anschluss
für den Gleichstrommotor
verbunden und bewirkt somit eine Dämpfung der leitungsgebundenen
Störemissionen.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Entstörvorrichtung zur
Unterdrückung
hochfrequenter Störemissionen eines
Gleichstrommotors, mit einem auf einer ersten Seite einer Leiterplatte
angeordneten Keramik-Entstörfilter
und mit auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordneten ersten
Leiterbahnen zur Kontaktierung des Keramik-Entstörfilters mit einem ersten und
zumindest einem weiteren Anschluss für den Gleichstrommotor, wobei
der erste und der zumindest eine weitere Anschluss auf der ersten
Seite der Leiterplatte mit einer ersten bzw. zumindest einer weiteren
Anschlussleitung kontaktiert sind, bietet eine erhebliche Wirkungsverbesserung
der Keramik-Filter-Technologie durch eine impedanzoptimierte Masseanbindung sowie
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 Keramik-Entstörfilter
verbunden sind. Dies ermöglicht
eine effiziente und kostengünstige
Kombination von Kommutator-Entstörung
und Abschaltspannungspuls-Begrenzung in einem Entstör-Element,
wobei der zumindest eine Varistor und/oder der zumindest eine Cx-Kondensator parallel
zu dem Keramik-Entstörfilter
geschaltet sind.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahnen auf der ersten Seite der
Leiterplatte um das Keramik-Entstörfilter symmetrisch angeordnet
sind, um eine möglichst
hohe Dämpfung
der Störemissionen
zu erzielen.
-
Weiterhin
ist vorgesehen, dass die auf der weiteren Seite der Leiterplatte
angeordnete Masse-Fläche über zumindest
eine Durchkontaktierung mit zumindest einem Masseanschluss des Keramik-Entstörfilters
auf der ersten Seite der Leiterplatte elektrisch verbunden ist.
Dabei ist in vorteilhafter Weise die Durchkontaktierung als ein
so genanntes Via ausgeführt,
das eine extrem niederohmige Verbindung mit der Masse-Fläche ermöglicht,
wobei die Masse-Fläche
ihrerseits elektrisch leitend mit einem die Entstörvorrichtung
umgebenden, abschirmenden Gehäuse
verbunden ist. Eine sehr kompakte Bauform des Entstörfilters
ergibt sich, 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 Kontakstellen 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 bis 4 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 Seite 12 einer Leiterplatte 14 der
erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 dargestellt,
wobei die erste Seite 12 die Vor- bzw. Oberseite der Leiterplatte 14 charakterisiert.
Auf der Leiterplatte 14 ist ein Keramik-Entstörfilter 16 angeordnet,
das über
erste Leiterbahnen 18 mit einem ersten 20 und
zumindest einem weiteren Anschluss 22 für einen in den 3 und 4 gezeigten
Gleichstrommotor 24 kontaktiert ist. Als Keramik-Entstörfilter 16 kommt
beispielsweise ein X2Y-Filter 26 zum Einsatz. Es können aber auch
andere, hochintegrierte Keramik-Entstörfilter verwendet werden.
-
Das
Keramik-Entstörfilter 16 weist
mehrere Masseanschlüsse 28 auf,
die mittels Durchkontaktierungen 30 mit einer in der 2 gezeigten,
auf einer weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 angeordneten Masse-Fläche 34 verbunden
sind, wobei die weitere Seite 32 die Rück- bzw. Unterseite der Leiterplatte 14 beschreibt.
Die Masse-Fläche 34 kann
vollflächig ausgeführt sein,
d.h. sie kann die gesamte weitere Seite 32 der Leiterplatte 14 bedecken.
Es ist aber auch denkbar, dass die Masse-Fläche 34 nur einen Teil
der weiteren Seite 32 bedeckt, wenn dies beispielsweise
bauliche Maßnahmen
erforderlich machen. Auf jeden Fall sollte die Masse-Fläche 34 so gestaltet
sein, dass sie sämtliche
Durchkontaktierungen 30 einschließt.
-
Die
Durchkontaktierungen 30 sind vorzugsweise als so genannte
Vias 36 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 Masseanschlüssen 28 des
Keramik-Filters 16 und der Masse-Fläche 34 zu garantieren.
-
Erfindungsgemäß ist nach 1 vorgesehen,
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 Keramik-Entstörfilter 16 parallel
geschaltet sind. Auf diese Weise ist eine stark impedanzoptimierte
Anbindung der Entstörvorrichtung 10 möglich, wobei
der zumindest eine Varistor 38 zur Erfüllung so genannter Load-Dump-Forderungen bzw.
als Abschaltspannungspuls-Begrenzung und der zumindest eine Cx-Kondensator 40 zur
Erfüllung von
Lang-, Mittel- oder Kurzwellen-Entstörforderungen
dienen. Vorteilhafterweise sind die Leiterbahnen 18 und 42 sowie
die Masse-Fläche 34 und
die Masseanschlüsse 28 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 ersten 20 und dem zumindest
einen weiteren Anschluss 22 geschaltet ist und demzufolge
keine direkte Verbindung zu den Masseanschlüssen 28 des Keramik-Entstörfilters 16 besitzt.
-
Um
die Entstörvorrichtung 10 vor
einem eventuellen Kurzschluss zu schützen, der insbesondere durch
einen Keramik-Crack hervorgerufen werden kann, weisen die Leiterbahnen 18 bzw. 42 an
definierten Stellen 44 Verjüngungen 46 auf, die
bei einem Kurzschluss durchbrennen und somit die Brandgefahr infolge
einer Überhitzung
verhindern. Die Verjüngungen 46 können beispielsweise
durch die von der Firma Spectrum Control Inc. entwickelte Fail-Safe-Technologie
realisiert sein.
-
In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer elektrischen Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 und
dem Gleichstrommotor 24 gezeigt. Zu erkennen ist die mit
dem Keramik-Entstörfilter 16,
dem Varistor 38 sowie dem Cx-Kondensator 40 bestückte erste
Seite 12 der Leiterplatte 14 gemäß 1.
Der erste Anschluss 20 auf der ersten Seite 12 der
Leiterplatte 14 ist kontaktiert mit einer ersten Anschlussleitung 48 des
Gleichstrommotors 24, wobei die Anschlussleitung 48 entsprechend 2 gegenüber der
Masse-Fläche 34 auf
der weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 isoliert durchgeführt ist.
Eine entsprechende Kontaktierung besteht zwischen einer weiteren
Anschlussleitung 50 des Gleichstrommotors 24 und
dem weiteren Anschluss 22. Auf diese Weise ist eine durchgehenden Verbindung
von einem Versorgungspotential V+ und einem
Bezugspotential V– zum Gleichstrommotor 24 möglich.
-
Die
Masse-Fläche 34 auf
der weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 ist
elektrisch leitend über
einen Kontaktpunkt 52 – beispielsweise
durch eine Lötverbindung – mit einem
die Entstörvorrichtung 10 abschirmenden
Gehäuse 54 verbunden.
Das abschirmende Gehäuse 54 kann entweder
gänzlich
aus Metall oder aus einem metallbedampften Kunststoff gefertigt
sein und ist über
eine Mehrzahl von Kontaktstellen 56 mit einem Motorgehäuse 58 des
Gleichstrommotors 24 verbunden. In vorteilhafter Weise
haben sich diesbezüglich
zwischen acht und zehn Federkontakte 60 als geeignete Masseverbindung
herausgestellt, wobei in Abhängigkeit
vom zur Verfügung
stehenden Bauraum durchaus auch weniger oder mehr Kontaktstellen 56 in
Betracht gezogen werden können.
Um die Bauform der Entstörvorrichtung 10 so
kompakt wie möglich
zu gestalten, werden die erste 48 und die zumindest eine weitere
Anschlussleitung 50 durch das abschirmende Gehäuse 54 hindurchgeführt.
-
In 4 ist
ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 gezeigt.
Dabei ist die Parallelschaltung aus Keramik-Entstörfilter 16, Varistor 38 und/oder
Cx-Kondensator 40 über
die Leiterbahnen 18 bzw. 42, die Anschlüsse 20 bzw. 22 und die
Anschlussleitungen 48 bzw. 50 zum Einen mit dem
Versorgungspotential V+ sowie dem Bezugspotential
V– und
zum Anderen mit dem Gleichstrommotor 24 verbunden. Weiterhin
besteht eine Masseverbindung des Keramik-Entstörfilters 16 über den
Masseanschluss 28. Mit dem Bezugszeichen 58 ist schließlich der
Fail-Safe-Kurzschlussschutz gemäß der obigen
Ausführungen
symbolisiert, wobei auch einzelne Leiterbahnen 18 bzw. 42 von
einem Kurzschlussschutz ausgeschlossen sein können.
-
Es
sei abschließend
noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel weder auf die 1 bis 4 noch
auf die gezeigte Struktur der Leiterbahnen 18 bzw. 42 und
der Masseanschlüsse 28 beschränkt ist.
So können
insbesondere auch mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Cx-Kondensatoren 40 oder
Varistoren 38 verwendet werden, wenn dies durch besondere
Leistungsanforderungen nötig
ist. Auch die gezeigte, runde Bauform der Leiterplatte 14 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.