DE102005025210A1

DE102005025210A1 - Electronic device with a resistor

Info

Publication number: DE102005025210A1
Application number: DE200510025210
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Rebbereh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-21
Also published as: WO2006128826A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät mit wenigstens einem Widerstand (10, 20), der mit einer Elektronik (24) dieses Gerätes elektrisch leitend verbindbar ist. Erfindungsgemäß besteht dieser Widerstand (10, 20) aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall. Durch die Verwendung dieses Verbundwerkstoffes für den verlustbehafteten Widerstand (10, 20) kann der vorhandene Raum eines elektronischen Gerätes optimal genutzt werden.The invention relates to an electronic device with at least one resistor (10, 20) which is electrically conductively connected to an electronics (24) of this device. According to the invention, this resistor (10, 20) consists of a composite material made of plastic and metal. By using this composite material for the lossy resistor (10, 20), the existing space of an electronic device can be used optimally.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät mit wenigstens einem Widerstand.The The invention relates to an electronic device with at least a resistance.

Zu diesen elektronischen Geräten gehören Geräte der Leistungselektronik, beispielsweise ein Stromrichtergerät. in der 1 ist beispielhaft ein Ersatzschaltbild eines Stromrichtergerätes schematisch veranschaulicht. Dieses Stromrichtergerät weist eingangsseitig einen ungesteuerten Stromrichter 2 und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 4 auf. Diese beiden Stromrichter 2 und 4 sind gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 miteinander elektrisch leitend verbunden. Dieser Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 weist eine Kondensatoranordnung 8 auf, die wenigstens aus einem Elektrolydkondensatoren besteht. Für den Hochlauf des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 ist ein Vorladewiderstand 10 vorgesehen, der elektrisch zwischen einem Ausgang des ungesteuerten Stromrichters 2 und einem positiven Anschluss des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 angeordnet ist. Da dieser Vorladewiderstand 10 nur für den Hochlauf des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 benötigt wird, ist elektrisch parallel zu diesem Vorladewiderstand 10 ein Kurzschließer 12 geschaltet. An den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des lastseitigen Stromrichters 4 ist ein Motor 14 angeschlossen. Betriebsgedingt kann dieser Motor 14 Energie erzeugen. Diese generatorische Energie wird in die Kondensatoranordnung 8 des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 gespeist. Da netzseitig der Stromrichter ungesteuert ist, ist ein Stromfluss vom Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 in ein speisendes Netz dieses Stromrichtergerätes nicht möglich. Die Kondensatoranordnung 8 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 6 kann nicht beliebig viel Energie aufnehmen, da dann die Zwischenkreisspannung bis zur Zerstörung der Kondensatoren ansteigen würde. Deshalb weist ein derartiges Stromrichtergerät eine Schalteinrichtung 16 auf, die einen abschaltbaren Halbleiterschalter 18 und einen Bremswiderstand 20 aufweist.These electronic devices include power electronics devices, such as a power converter device. in the 1 is an example of an equivalent circuit diagram of a power converter device illustrated schematically. This converter device has an uncontrolled power converter on the input side 2 and on the load side, a self-commutated pulse-controlled converter 4 on. These two power converters 2 and 4 are DC side by means of a DC-DC link 6 electrically connected to each other. This DC link 6 has a capacitor arrangement 8th on, which consists of at least one Elektrolydkondensatoren. For starting up the DC link 6 is a pre-charge resistor 10 provided electrically between an output of the uncontrolled power converter 2 and a positive terminal of the DC link 6 is arranged. Because this preload resistance 10 only for starting up the DC link 6 is needed, is electrically parallel to this precharge resistance 10 a short circuiter 12 connected. At the AC-side terminals of the load-side converter 4 is an engine 14 connected. In operation, this engine can 14 Generate energy. This regenerative energy is in the capacitor arrangement 8th the DC link 6 fed. Since the power converter is uncontrolled on the line side, there is a current flow from the DC link 6 in a feeding network of this converter not possible. The capacitor arrangement 8th of the DC intermediate circuit 6 can not absorb any amount of energy, because then the DC link voltage would increase until the destruction of the capacitors. Therefore, such a converter device has a switching device 16 on which a turn-off semiconductor switch 18 and a braking resistor 20 having.

Bei den im Handel erhältlichen Stromrichtergeräten wird als Bremswiderstand 20 vorwiegend ein Drahtwiderstand verwendet. Muss dieser Bremswiderstand 20 nur eine relativ geringe Leistung abführen, ist dieser Bremswiderstand 20 im Stromrichtergerät untergebracht. Ist mehr Leistung abzuführen, so wird dieser Bremswiderstand 20 außerhalb des Stromrichtergerätes aufgestellt und mit Klemmen des Schalteinrichtung 16 elektrisch leitend verbunden.In the commercially available converter devices is called braking resistor 20 predominantly used a wire resistor. Must this braking resistor 20 only dissipate a relatively low power, this braking resistor 20 accommodated in the converter. If more power is dissipated, then this braking resistor 20 placed outside the converter and with terminals of the switching device 16 electrically connected.

Wird der Bremswiderstand 20 im Stromrichtergerät angeordnet, besteht das Problem der Entwärmung und der Unterbringung im Gerät an sich. Ein externer Bremswiderstand 20 beansprucht einen großen Bauraum, wodurch beim Kunden erhebliche Kosten entstehen.Will the braking resistor 20 Located in the converter, there is the problem of cooling and housing in the device itself. An external braking resistor 20 requires a large amount of space, resulting in significant costs for the customer.

In gleicher Weise bestehen die erläuterten Probleme beim Einbau des Vorladewiderstandes 10, der zum Hochlaufen des Gleichspannungs-Zwischenkreises 6 unverzichtbar ist. Als Vorladewiderstand 10 kommen in handelsüblichen Stromrichtergeräten Drahtwiderstände oder Dünnschicht-Widerstände zum Einsatz, der an einer geeigneten Stelle der Elektronik des elektronischen Gerätes angeordnet werden muss.In the same way, the explained problems exist in the installation of the precharge resistor 10 , to the run-up of the DC link 6 is indispensable. As precharge resistor 10 In conventional converter devices, wire resistors or thin-film resistors are used, which must be arranged at a suitable location of the electronics of the electronic device.

Aus der Pressemitteilung "Elektrobauteile aus einem Guss – Polymer-Experten bei Siemens entwickelten leitfähigen Kunststoffcompound zur Verarbeitung in Spritzgießmaschinen", mit der Informationsnummer CT 200409.001d, vom 6. September 2004, ist ein Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall bekannt, der sich wie Plastik verarbeiten lässt, aber die elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften von Metall besitzt. Dieser Verbundwerkstoff besteht zu etwa 10% bis 20% aus Kunststoff und zu etwa 50% aus Kupfer. Der Rest macht ein Lot aus, das bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt. Der Vorteil dieses Kunststoff-Metall-Hybrids besteht darin, dass es sich im erhitzten Zustand mit herkömmlichen Spritzgießmaschinen aus der Kunststoffindustrie verarbeiten lässt.Out the press release "Elektrobauteile aus a cast - polymer experts Siemens developed conductive Plastic compound for use in injection molding machines ", with the information number CT 200409.001d, dated September 6, 2004, is a composite material of plastic and metal known, which can be processed like plastic, but the electric ones and has electromagnetic properties of metal. This Composite material is about 10% to 20% plastic and too about 50% copper. The rest makes up a lot, which at relative low temperatures melts. The advantage of this plastic-metal hybrid is that it is in the heated state with conventional injection molding machines from the plastics industry.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein elektronisches Gerät anzugeben, dass die genannte Nachteile nicht mehr aufweist.Of the The invention is based on the object of specifying an electronic device, that the disadvantages mentioned no longer has.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Widerstand des elektronischen Gerätes aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall besteht. Durch die Verwendung dieses Verbundwerkstoffes für den Widerstand kann der vorhandene Raum des elektronischen Gerätes optimal genutzt werden. Dadurch erhält man eine kompakte Aufbautechnik. Außerdem ist das Gewicht eines Widerstandes aus Verbundwerkstoff erheblich geringer, so dass sich der Aufwand für die Montage dieses Widerstandes wesentlich verringert.These Task is inventively characterized solved, that a resistance of the electronic device made of a composite material Made of plastic and metal. By using this composite material for the Resistance can optimally the existing space of the electronic device be used. This preserves a compact construction technique. Besides, the weight of one Resistance of composite material significantly lower, so that the effort for significantly reduces the mounting of this resistor.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes ist der Widerstand aus Verbundwerkstoff in einem Teil des Gerätes integriert. Dadurch ist die Entwärmung des Widerstandes sehr leicht realisierbar und sehr gut. Außerdem wird der Aufbau des elektronischen Gerätes kompakter.at an advantageous embodiment the inventive electronic equipment the composite resistance is integrated in one part of the device. This is the heat dissipation Resistance very easily realizable and very good. In addition, will the structure of the electronic device more compact.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes ist der Widerstand aus Verbundwerkstoff in einem nicht leitenden Gehäuse untergebracht. Dadurch lässt sich auch eine hohe Schutzart erreichen, wenn der Widerstand extern verwenden wird.In a further advantageous embodiment of the electronic device according to the invention, the composite resistor is accommodated in a non-conductive housing. There A high degree of protection can also be achieved if the resistor is used externally.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes weist wenigstens eine Oberfläche des Widerstandes Rippen auf. Dadurch wird die Wärmeabfuhr vom Widerstand wesentlich verbessert.at a further advantageous embodiment of the electronic device according to the invention at least one surface of resistance ribs. As a result, the heat dissipation from the resistor is essential improved.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines erfin dungsgemäßen elektronischen Gerätes schematisch veranschaulicht sind.to further explanation The invention is referred to the drawing, in which several embodiments an inventions to the invention electronic equipment are illustrated schematically.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines im Handel erhältlichen Stromrichtergerätes, in der 1 shows an equivalent circuit diagram of a commercially available power converter device, in the

2 ist eine erste Ausführungsform eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung dargestellt, wobei die 2 a first embodiment of an electronic device according to the invention is shown, wherein the

3 eine zweite Ausführungsform eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung zeigt, in der 3 a second embodiment of an electronic device according to the invention, in the

4 ist eine erste Ausführungsform eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung schematisch dargestellt und die 4 a first embodiment of a resistor of an electronic device according to the invention is shown schematically and the

5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung schematisch. 5 shows a second embodiment of a resistor of an electronic device according to the invention schematically.

Das elektronische Gerät gemäß 2 weist ein Gehäuse 22 auf, bei dem wegen der Übersichtlichkeit die Frontseite nicht dargestellt ist. Im Innern dieses Gehäuses 22 ist eine Elektronik 24, insbesondere eine Stromrichterelektronik, angeordnet. Die Elektronik 24 umfasst eine Leiterplatte 26, auf deren Bestückungsseite elektronische Bauteile 28 und die Elektrolydkondensatoren 30 einer Kondensatoranordnung 8 angeordnet sind. Die abschaltbaren Halbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters 4 und die Dioden des netzseitigen Stromrichters 2 des Stromrichtergerätes gemäß 1 sind auf einen nicht näher dargestellten Kühlkörper montiert, der die Rückwand des Gehäuses 22 des elektronischen Gerätes bildet. Diese Halbleiterschalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter, sind mit der Elektronik 24 elektrisch leitend verbunden. Außerdem weist diese Elektronik 24 zwei Anschlüsse 32 und 34 auf, die mit einem Widerstand 36 aus einem aus Kunststoff und Metall bestehenden Verbundwerkstoff elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlüsse 32 und 34 können beispielsweise elektrisch leitende Schienenstücke aus Kupfer sein, die durch Öffnungen 38 und 40 der Seitenwand 42 des Gehäuses mit dem Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff elektrisch leitend verbunden sind.The electronic device according to 2 has a housing 22 on, in which the front side is not shown because of the clarity. Inside this case 22 is an electronics 24 , in particular a converter electronics, arranged. The Electronic 24 includes a printed circuit board 26 , on their component side electronic components 28 and the electrolytic capacitors 30 a capacitor arrangement 8th are arranged. The turn-off semiconductor switch of the load-side converter 4 and the diodes of the network-side converter 2 of the converter device according to 1 are mounted on a heat sink, not shown, the rear wall of the housing 22 of the electronic device. These semiconductor switches, in particular power semiconductor switches, are connected to the electronics 24 electrically connected. In addition, this electronics has 24 two connections 32 and 34 on that with a resistance 36 made of a plastic and metal composite material are electrically connected. The connections 32 and 34 For example, can be electrically conductive rail pieces of copper, through openings 38 and 40 the side wall 42 of the housing with the resistor 36 made of composite material are electrically conductively connected.

Dieser Verbundwerkstoff ist wegen seines niedrig schmelzenden Lots während der Verarbeitung trotz großem Füllstoffanteil flüssig. Er lässt sich daher über feine Düsen in eine Form einspritzen. Dazu weist die Seitenwand 42 eine Tasche auf, die mit einem elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden Material ausgelegt ist. Ebenfalls sind die Öffnungen 38 und 40 der Seitenwand 42 mit einem elektrisch isolierenden Material derart ausgelegt, dass die Anschlüsse 32 und 34 und der Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff vom Gehäuse isoliert sind. Bevor die Tasche der Seitenwand 42 mit flüssigem Verbundwerkstoff gefüllt wird, wird zunächst die Elektronik 24 in das Gehäuse 22 eingebaut, wobei die elektrischen Anschlüsse 32 und 34 durch die Öffnungen 38 und 40 in die Tasche der Seitenwand 42 ragen. Somit ist die Integration des Widerstandes 32 aus Verbundwerkstoff in einen Teil des Gehäuses 22 auf einfacher Art und Weise realisiert.This composite material is liquid because of its low-melting solder during processing despite high filler content. He can therefore inject via fine nozzles in a mold. This is indicated by the sidewall 42 a bag which is designed with an electrically insulating and thermally highly conductive material. Also are the openings 38 and 40 the side wall 42 with an electrically insulating material designed such that the terminals 32 and 34 and the resistance 36 made of composite material isolated from the housing. Before the bag of the side wall 42 filled with liquid composite material, the electronics is first 24 in the case 22 built in, with the electrical connections 32 and 34 through the openings 38 and 40 in the pocket of the side wall 42 protrude. Thus, the integration of the resistance 32 made of composite material in a part of the housing 22 realized in a simple way.

Durch die Verwendung von leitfähigem Kunststoff zur Realisierung eines Bremswiderstandes 20 und/oder Vorladewiderstandes 10 kann der vorhandene Raum im Gerät optimal genutzt werden. Dadurch erhält man einen sehr kompakten Aufbau des elektronischen Gerätes. Durch die Integration des Widerstandes 36 in die Seitenwand 42 des Gehäuses 22 des elektronischen Gerätes ist die Entwärmung sehr gut. In Abhängigkeit der geometrischen Abmessungen des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff kann ein gewünschter Widerstandswert eingestellt werden.By the use of conductive plastic for the realization of a braking resistor 20 and / or precharge resistance 10 The existing space in the device can be optimally used. This gives a very compact design of the electronic device. By integrating the resistance 36 in the sidewall 42 of the housing 22 of the electronic device, the heat dissipation is very good. Depending on the geometric dimensions of the resistor 36 made of composite, a desired resistance value can be adjusted.

In der 3 ist eine zweite Ausführungsform des elektronischen Gerätes nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff als einzelnes Bauelement im Gehäuse 22 des elektronischen Gerätes angeordnet. Dabei entspricht die geometrische Form dieses Widerstandes 36 einem verfügbaren Freiraum des Gehäuses 22. Dadurch kann ein verfügbarer Freiraum des Gehäuses 22 für die Unterbringung des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff optimal genutzt werden. Dadurch kann das elektronische Gerät sehr kompakt aufgebaut werden. Da das Gewicht dieses Widerstandes 36 aus leitfähigem Kunststoff erheblich geringer ist als das eines massiven Hochlastwiderstandes, werden keine besonderen Anforderungen an die mechanische Befestigung dieses Widerstandes 36 gestellt.In the 3 a second embodiment of the electronic device according to the invention is shown. In this embodiment, the resistor 36 made of composite material as a single component in the housing 22 arranged the electronic device. The geometric shape corresponds to this resistance 36 an available free space of the housing 22 , This allows an available clearance of the housing 22 for the accommodation of the resistance 36 made of composite material are used optimally. As a result, the electronic device can be made very compact. Because the weight of this resistance 36 made of conductive plastic is significantly lower than that of a massive high-load resistor, no special requirements for the mechanical attachment of this resistor 36 posed.

Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Widerstandes 36, um den Widerstandswert dieses Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff zu vergrößern. Dazu wird der Verbundwerkstoff in einem mäanderförmig verlaufenden Hohlraum 44 in einem Kunststoffträger 46 eingebettet. In diesem mäanderförmigen Hohlraum 44 ragen beidseitig jeweils elektrische Anschlüsse 32 und 34. Der Kunststoffträger 46 bildet hier ein Gehäuse für den Verbundwerkstoff.The 4 shows an embodiment of the resistor 36 to the resistance value of this resistor 36 made of composite material to enlarge. For this purpose, the composite material in a meandering cavity 44 in a plastic carrier 46 embedded. In this meander shaped cavity 44 each have electrical connections on both sides 32 and 34 , The plastic carrier 46 forms here a housing for the composite material.

Um die Wärmeabfuhr vom Widersand 36 aus Verbundwerkstoff zu verbessern, weist wenigstens eine Oberfläche dieses Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff Rippen 48 auf. Ein Ausschnitt eines derartigen Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff ist in der 5 dargestellt. Außerdem kann dieser Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff zum Schutze eines Anwenders mit einer zusätzlichen Schicht 50 aus einem elektrisch isolierenden aber thermisch gut leitendem Material überzogen sein. Diese Möglichkeit ist in der 5 durch eine unterbrochene Linie dargestellt.To the heat dissipation from the opposition 36 composite material has at least one surface of this resistance 36 made of composite ribs 48 on. A section of such a resistance 36 made of composite material is in the 5 shown. In addition, this resistance can 36 made of composite material for the protection of a user with an additional layer 50 be coated from an electrically insulating but thermally well conductive material. This possibility is in the 5 represented by a broken line.

Die Verwendung von leitfähigem Kunststoff zur Realisierung eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes, insbesondere eines Brems- und/oder Vorladewiderstandes eines Stromrichtergerätes, führt zu einer maximalen Flexibilität bei der Umsetzung. Sie erlaubt eine optimale Nutzung von vorhandenen Räumen in einem elektronischen Gerät, wodurch ein kompakter Aufbau erreicht wird. Außerdem ist das Gewicht des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff erheblich geringer als das eines Hochlastwiderstandes.The use of conductive plastic for realizing a resistance of an electronic device, in particular a braking and / or Vorladewiderstandes a power converter device, leads to a maximum flexibility in the implementation. It allows an optimal use of existing spaces in an electronic device, whereby a compact structure is achieved. In addition, the weight of the resistor 36 made of composite material considerably lower than that of a high-load resistor.

Claims

Electronic device with at least one resistor ( 10 . 20 ), which is equipped with electronics ( 24 ) of this device is electrically conductively connected, said resistance ( 10 . 20 ) consists of a composite material made of plastic and metal.

Electronic device according to claim 1, characterized in that the resistor ( 36 ) of composite material in one part ( 42 ) of the device is integrated.

Electronic device according to claim 1, characterized in that the resistor ( 36 ) is housed in composite material in a non-conductive housing.

Electronic device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one surface of the resistor ( 36 ) made of composite ribs ( 48 ) having.