DE102005007545A1

DE102005007545A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Elektronik

Info

Publication number: DE102005007545A1
Application number: DE102005007545A
Authority: DE
Inventors: Jochen Krauter; Holger Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-19
Also published as: GB2423420A; GB2423420B; GB0603140D0; DE102005007545B4; CN1822760A; US20060187635A1; CN100592853C; US7359194B2

Abstract

Vorrichtung (1) zur Kühlung einer Elektronik (10), insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, mit einer zumindest einen Teil eines aus einem elektrischen Motor (26) austretenden Luftstroms (30) zur Elektronik (10) leitenden Luftführungseinrichtung (12). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Elektronik (10), insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, wobei ein aus einem elektrischen Motor (26) austretender Luftstrom (30) zur Elektronik (10) geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Elektronik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Vorrichtungen zur Kühlung von Elektroniken sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu zählen sowohl aktive als auch passive Kühltechniken. Dabei hat sich insbesondere die Kühlung mittels eines Luftstroms, der gegenüber dem zu kühlenden Element eine geringere Temperatur aufweist, als effektiv und kostengünstig erwiesen. Für viele Anwendungen ist es ausreichend, das zu kühlende Element, insbesondere eine Elektronik, mit mittels eines Ventilators zugeführter Umgebungsluft zu beströmen. Diese Technik wird vielfach auch in Handwerkzeugmaschinen, wie beispielsweise einem Schlagbohrer oder einem Bohrhammer, eingesetzt. Dabei wird mittels eines angetriebenen Lüfterrads separat Umgebungsluft angesaugt (Einlassluftstrom) und unmittelbar auf das zu kühlende Element geblasen. Diese Technik hat sich zwar bewährt, doch lässt sie sich nicht in allen Handwerkzeugmaschinen auf einfache Weise implementieren. Je nach dem Aufbau der Handwerkzeugmaschine sind unerwünschte Anstrengungen beim Entwurf erforderlich, um diese Kühlung zu realisieren oder lässt sich bei einer gegebenen Bauform die ideal gewünschte/erforderliche Kühlung nicht verwirklichen.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Vorrichtung zur Kühlung einer Elektronik, insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, ist erfindungsgemäß eine zumindest einen Teil eines aus einem elektrischen Motor austretenden Luftstroms zur Elektronik leitende Luftführungseinrichtung vorgesehen. Indem die Kühlung der Elektronik durch den Luftstrom erfolgt, der bereits den elektrischen Motor der Handwerkzeugmaschine gekühlt hat, beschreitet die Erfindung einen neuen Weg. Es wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, dass der Luftstrom, der den Motor gekühlt hat, obwohl er bereits eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft hat, für die Kühlung der Elektronik immer noch ausreichend kühl sein kann. Mit beispielhaften Zahlen hinterlegt, kann dies bedeuten, dass der Luftstrom, der den Motor kühlt zwar ausgehend von einer Umgebungstemperatur von 25°C auf 50°C erwärmt wurde, er aber dennoch zur Kühlung einer Elektronik, die eine Temperatur von 75°C nicht überschreiten sollte, verwendet werden kann. Aufgrund dieser Erkenntnis eröffnen sich nun völlig neue Möglichkeiten die Kühlung der Elektronik auszugestalten und anzuordnen. Da nunmehr auch Bereiche innerhalb der Handwerkzeugmaschine verwendet werden können, die zuvor hinsichtlich des benötigten Umgebungsluftstroms als nicht nutzbar erschienen, lassen sich auch Skalierungen bezüglich der erforderlichen Kühlleistung einfacher vornehmen. So kann beispielsweise der erhöhte Kühlbedarf eines Akkubohrhammers mit 400W gegenüber einem Akkubohrhammer mit 200W einfach durch ein größeres Lüfterrad bewirkt werden, welches nun aufgrund der erhöhten räumlichen Flexibilität und Anordenbarkeit einfach in der Handwerkzeugmaschine untergebracht werden kann. Als zu kühlende Elektronik ist dabei insbesondere die Leistungssteuerung der Handwerkzeugmaschine, bevorzugt eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung, zu verstehen. Das Prinzip einer solchen Elektronik ist es, vereinfacht gesagt, nur einen dosierten Energieanteil zum elektrischen Motor zu führen. Dies bedeutet jedoch gleichzeitig, dass ein anderer Teil dann Verlustwärme. erzeugt, die zur Erwärmung der Elektronik führt. Dabei ist der Grad der Erwärmung abhängig von Strom/Spannung und der Auslegung der Elektronik. Die Komponenten der Elektronik dürfen eine kritische, durch die Bauteilspezifikation vorgegebene Temperatur nicht überschreiten.

Vorteilhafterweise weist die Luftführungseinrichtung ein Lüfterrad, insbesondere ein Radiallüfterrad, auf. Dadurch lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise der vom Motor kommende Luftstrom weiterleiten, beschleunigen und/oder umleiten. Das Lüfterrad kann dabei über einen eigenen Lüftermotor angetrieben werden, wenn eine unabhängig regelbare Lüfterleistung gewünscht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Lüfterrad von einer Motorwelle des Motors angetrieben. Damit entfällt die Notwendigkeit, für das Lüfterrad einen eigenen Motor vorzusehen. Bei dieser Ausgestaltung wird vielmehr die bereits vorhandene Antriebsleistung des elektrischen Motors genutzt, um auch das Lüfterrad anzutreiben. Die Kraftübertragung von der Motorwelle zum Lüfterrad kann dabei insbesondere über eine starre Verbindung oder über mindestens einen Riemen und/oder über mindestens ein Zahnrad erfolgen.

Es ist vorteilhaft, wenn das Lüfterrad auf der Motorwelle angeordnet ist. Da das Lüfterrad insbesondere fest auf der Motorwelle sitzt, lässt sich die Kraftübertragung zwischen der Motorwelle und dem Lüfterrad einfach bewerkstelligen. Zudem entfallen bewegliche Teile für eine Kraft- beziehungsweise Drehmomentübertragung, sodass auch die Ausfallwahrscheinlichkeit sinkt.

Bevorzugt ist das Lüfterrad ein Motorlüfterrad. Damit nimmt das Motorlüfterrad, welches in seiner ursprünglichen Intention bei der Kühlung des Motors mitwirkt, nun noch eine weitere Aufgabe wahr. Diese Doppelfunktion führt zu einer Senkung der Teilekosten und ermög licht bei entsprechender Ausgestaltung eine kompaktere Bauform und/oder eine Bauform mit einem geringeren Gewicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Luftführungseinrichtung mindestens ein Luftleitelement, insbesondere ein Luftleitblech, auf. Dadurch kann einerseits verhindert werden, dass der Luftstrom unkontrolliert in Bereiche der Handwerkzeugmaschine strömt, die keiner Kühlung bedürfen, und andererseits der Luftstrom zielgerichtet in Richtung der Elektronik kanalisiert werden. Dabei ist das Luftleitblech insbesondere dem Lüfterrad zugeordnet, um den vom Lüfterrad angetriebenen Luftstrom zu leiten. Gegebenenfalls kann das Luftleitblech mit einer Kühleinrichtung wirkverbunden sein, zum Beispiel einem Kühlkörper, um den zur Elektronik strömenden Luftstrom etwas abzukühlen.

Mit Vorteil ist der Elektronik ein Kühlelement, insbesondere ein Kühlblech, zugeordnet. Dadurch kann der Wärmeübergangswiderstand zwischen der Elektronik und dem vom Motor kommenden Luftstrom verringert werden, um so den Wärmeaustausch von der Elektronik in den Luftstrom zu verbessern.

Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Luftleitelement zugleich als Kühlelement wirkt. Da sich dann eine Doppelfunktion einstellt, lassen sich Bauteile einsparen und bei entsprechender Ausgestaltung eine kompaktere Bauform und/oder eine Bauform mit einem geringeren Gewicht erzielen.

Vorteilhafterweise ist eine Luftaustrittsöffnung der Handwerkzeugmaschine in unmittelbarer Nähe der Elektronik angeordnet. Der Strömungsweg entlang dem sich der Luftstrom bewegt, stellt für den Luftstrom. einen gewissen Strömungswiderstand dar. Neben einer aerodynamischen Gestaltung des Strömungswegs kann insbesondere ein kurzer Strömungsweg einen geringen Strömungswiderstand bewirken. Diese Verkürzung kann auf einfache Weise mittels der genannten Anordnung der Luftaustrittsöffnung erzielt werden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Elektronik, insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, wobei ein aus einem elektrischen Motor austretenden Luftstrom zur Elektronik geleitet wird.

Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Elektronik und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Kühlung einer Elektronik.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1 zur Kühlung einer Elektronik 10. Eine derartige Vorrichtung 1 wird bevorzugt in Bohrhämmern, insbesondere in Akkubohrhämmern, eingesetzt. Die Vorrichtung 1 weist eine Luftführungseinrichtung 12 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Lüfterrad 14, hier ein Radiallüfterrad 16, und einem ersten und einem zweiten Luftleitblech 18,20 als Luftleitelemente 17 besteht. Der Elektronik 10 ist ein Kühlelement 21, hier ein Kühlblech 22, zugeordnet. Das Lüfterrad 14 ist drehfest auf einer Motorwelle 24 eines elektrischen Motors 26 angeordnet. Der Betrieb der Vorrichtung 1 gestaltet sich dabei wie folgt: Während des Betriebs dreht ein Rotor des Motors 26, und ein Einlassluftstrom 28 wird angesaugt, der in der Regel unmittelbar der Umgebungsluft entnommen wird. Der Einlassluftstrom 28 durchquert den Motor 26, in diesem Fall im Wesentlichen parallel zur Motorwelle 24, und tritt an der anderen Seite des Motors 26 als Warmluftstrom 30 wieder aus. Der Warmluftstrom 30 wird vom Radiallüfterrad 16 aufgenommen und radial zur Motorwelle 24 weitergeführt. Mittels des ersten und zweiten Luftleitblechs 18, 20 wird der Warmluftstrom 30 zum Kühlblech 22 der Elektronik 10 geführt, strömt an diesem entlang (in diesem Fall in die Zeichenebene hinein) und verlässt durch eine Luftaustrittsöffnung 32 die -nicht näher dargestellte- Handwerkzeugmaschine. Mittels des vorgeschlagenen Aufbaus wird eine erhöhte Flexibilität bei den Realisierungsmöglichkeiten der Vorrichtung 1 erzielt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Kühlung einer Elektronik 10 zeigt die 2. Zu den grundlegenden Ausführungen wird auf die Ausführungen zur 1 verwiesen, wobei gleiche Bezugszeichen auch wieder die gleiche Bedeutung haben. Im Unterschied zur 1 wird der Warmluftstrom 30 von der Luftführungseinrichtung 12 noch ein weiteres Mal umgelenkt und zwar mittels eines Elements 34, welches sowohl die Funktion eines zweiten Luftleitblechs 20 als auch eines Kühlblechs 22 erfüllt. Der Warmluftstrom 30 verlässt dann durch Luftaustrittsöffnungen 32, die in eine Wandung 36 einer -nicht näher dargestellten- Handwerkzeugmaschine eingebracht sind, die Handwerkzeugmaschine.
Handwerkzeugmaschinen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können kleiner und kostengünstiger gefertigt werden. Es entsteht kein zusätzlicher oder lediglich ein geringer Aufwand hinsichtlich Montage- und/oder Teilekosten, da die Luftführung in die Gehäuseteile der Handwerkzeugmaschine integriert wird. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, einen ohnehin vorhandenen Motorlüfter zu verwenden.

Claims

Vorrichtung (1) zur Kühlung einer Elektronik (10), insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, gekennzeichnet durch eine zumindest einen Teil eines aus einem elektrischen Motor (26) austretenden Luftstroms (30) zur Elektronik (10) leitende Luftführungseinrichtung (12).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungseinrichtung (12) ein Lüfterrad (14), insbesondere ein Radiallüfterrad (16), aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) von einer Motorwelle (24) des Motors (26) angetrieben ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) auf der Motorwelle (24) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) ein Motorlüfterrad ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungseinrichtung (12) mindestens ein Luftleitelement (17), insbesondere ein Luftleitblech (18,20), aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronik (10) ein Kühlelement (21), insbesondere ein Kühlblech (22), zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Luftleitelement (17) zugleich als Kühlelement (21) wirkt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftaustrittsöffnung (32) der Handwerkzeugmaschine in unmittelbarer Nähe der Elektronik (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Kühlung einer Elektronik (10), insbesondere einer Steuerelektronik einer Handwerkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem elektrischen Motor (26) austretenden Luftstrom (30) zur Elektronik (10) geleitet wird.