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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil zur Aufnahme mehrerer
elektrischer Bauteile.
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Für
Leistungselektroniken werden häufig Kühlkörper
benötigt, um die in den Leistungsbauteilen entstehende
Wärme abzuführen. Dafür verwendet man
herkömmlich Kühlkörper aus Metall, beispielsweise
Aluminium oder Kupfer, die eine einfache Geometrie aufweisen. Bei
solchen Kühlkörpern handelt es sich zumeist um
Blechbiegeteile oder Strangpressprofile, die sehr kostengünstig
gefertigt werden können. Die Kühlkörper
werden an einer elektrischen Baugruppe, beispielsweise einer Platine,
befestigt, und die Leistungsbauteile werden beispielsweise mittels
einer Schraube oder Niete an die Kühlkörper angepresst.
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Sofern
mehrere elektrische Bauteile gekühlt werden müssen,
ist es notwendig, diese elektrisch voneinander zu isolieren. Eine
solche Isolierung wird herkömmlich beispielsweise mittels
Isolationsfolien oder Isolationshülsen erreicht. Nachteilig
daran ist, dass sich dadurch die thermische Ankopplung verschlechtert,
und dass die Montage durch das Einbringen der Isolationsfolien oder
-hülsen aufwendig ist.
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Nachteilig
an den herkömmlichen metallischen Kühlkörpern
ist, dass sie oft scharfe Kanten und Grate haben, durch die beispielsweise
die Isolationsfolien oder -hülsen oder die Isolation von
Kabeln beschädigt werden kann, insbesondere bei Vibrationsbelastung
oder durch Wärmeentwicklung, die die Isolation angreift.
Daher besteht aufgrund solcher scharfer Kanten und Grate eine potentielle
Kurzschlussgefahr.
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Die
Druckschrift
DE
10 2004 002 743 A1 offenbart einen Kühlkörper
für eine Leistungselektronik, der mit einer elektrisch
gut isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist,
die gleichzeitig eine Ableitung von Wärmeenergie ermöglicht.
Auf die Beschichtung des Kühlkörpers können
mehrere zu kühlende elektrische Leistungsbauteile aufgebracht werden,
die voneinander beabstandet sind, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
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Die
Druckschrift
EP 1 887
621 A2 offenbart ebenfalls einen Kühlkörper
für eine Leistungselektronik. Sie sieht eine Positionierungseinrichtung
vor, durch die zu kühlende Bauteile zwischen einer Leiterplatte
und dem Kühlkörper in einer gewünschten
Lagebeziehung zueinander vormontiert werden können, um
sie anschließend mittels Befestigungselementen an der Leiterplatte
zu befestigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
kostengünstig zur Verfügung zu stellen, die eine
schnelle und einfache Montage von elektrischen Bauteilen ermöglichen,
für die zumindest teilweise eine Kühlung erforderlich
ist, wobei eine sichere Isolierung zwischen den elektrischen Bauteilen
gewährleistet ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Formteil, das
zur Aufnahme von mehreren elektrischen Bauteilen und zur Befestigung
an einer elektrischen Baugruppe vorgesehen ist, wobei das Formteil
zumindest einen Kühlkörper zur Kühlung
eines zu kühlenden elektrischen Bauteils umfasst, wobei
das Formteil elektrisch nicht leitend vorgesehen ist.
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Das
erfindungsgemäße Formteil ermöglicht eine
einfache und schnelle Vormontage der elektrischen Bauteile. Es hat
aufgrund seiner nicht leitenden Eigenschaft den Vorzug, dass für
die Bauteile untereinander von vornherein nicht die Gefahr eines Kurzschlusses
besteht.
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Bevorzugt
ist das Formteil für zumindest zwei zu kühlende
elektrische Bauteile vorgesehen, wobei es für jedes zu
kühlende elektrische Bauteil einen Kühlkörper
umfasst. Da das Formteil erfindungsgemäß nicht
leitend vorgesehen ist, stellt diese Trennung der Kühlkörper
die Isolierung der zu kühlenden elektrischen Bauteile untereinander
auch bei Anordnung mehrerer zu kühlender elektrischer Bauteile
am Formteil sicher.
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Der
zumindest eine Kühlkörper weist in einer bevorzugten
Ausführungsform zumindest teilweise eine ebene Fläche
auf, an der das zu kühlende elektrische Bauteil anliegt,
so dass eine möglichst großflächige Kühlfläche
vorgesehen ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich
der Kühlkörper zumindest teilweise entlang dem
Formteil. Zum Einen ist der Kühlkörper dadurch
vorteilhaft in das Formteil einpassbar, so dass eine sichere und
einfache Befestigung des Kühlkörpers am oder im
Formteil möglich ist. Denn beispielsweise kann der Kühlkörper
dadurch in das Formteil eingeschoben werden. Außerdem vergrößert
sich die Kühlkörperfläche, so dass eine
großflächigere und daher effizientere Kühlung
des zu kühlenden Bauteils möglich ist.
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Bevorzugt
ist der zumindest eine Kühlkörper aus einem Metall
oder einer Metalllegierung, insbesondere einem Blech, gebildet.
Ebenfalls bevorzugt ist das Formteil aus einem Kunststoff gebildet.
Oder das Formteil kann aus einer Keramik gebildet sein.
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Grundsätzlich
besteht aber auch die Möglichkeit, das Formteil aus einem
Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, oder einer Metalllegierung zu
bilden, und zwar beispielsweise aus einem Blech oder als Strangpressprofil
oder als Gussstück. In diesem Fall ist das Formteil zumindest
in den Bereichen der leitenden Bestandteile der elektrischen Bauelemente
mit einer nicht leitenden Beschichtung versehen, so dass Kurzschlüsse
sicher vermieden werden. Bevorzugt wird das Formteil dann aber vollflächig
beschichtet
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Die
Einbindung des Kühlkörpers in ein solches nicht
leitendes Formteil stellt neben der elektrischen Isolierung sicher,
dass elektrische Anschlussdrähte und Kabel nicht durch
metallische Grate beschädigt werden.
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Der
aus Metall oder einer Metalllegierung bestehende Kühlkörper
kann nach Herstellung des Formteils an diesem angeordnet werden.
Dabei kann der Kühlkörper in das Formteil eingesetzt,
beispielsweise eingeschoben, oder vom Formteil umspritzt sein. Weiterhin
kann der Kühlkörper sowohl reversibel als auch
irreversibel mit dem Formteil verbunden sein.
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Weiterhin
bevorzugt umfasst das Formteil ein Befestigungsmittel, insbesondere
eine Schnappverbindung, zum Befestigen des Formteils an der elektrischen
Baugruppe, insbesondere einer Platine. Das Befestigungsmittel gewährleistet
eine sichere, und einfache Montage des Formteils an der Baugruppe.
In der Ausführungsform einer Schnappverbindung ist die
Montage außerdem besonders schnell möglich.
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Ebenfalls
bevorzugt ist am Formteil ein Einbaumittel vorgesehen, welches eine
schnelle Montage des Formteils in ein Gehäuse eines Elektrogerätes,
insbesondere eines Elektrowerkzeugs ermöglicht. In einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Einbaumittel
am Kühlkörper angeordnet, oder der Kühlkörper
umfasst das Einbaumittel. Das Einbaumittel ist beispielsweise als
eine Lasche ausgeführt, die in eine Gehäuseschale
des Elektrogerätes eingelegt werden kann, so dass die Verbindung
reversibel und sehr schnell herstellbar ist. Oder der Kühlkörper
weist eine solche Lasche auf. Da die Verbindung der elektrischen
Baugruppe mit dem Gehäuse des Elektrowerkzeugs über
das Einbaumittel des Formteils beziehungsweise des Kühlkörpers
hergestellt wird, wird auf die elektrische Baugruppe durch den Einbau
in das Elektrogerät kein mechanischer Stress auf die Baugruppe
ausgeübt, so dass diese beim Einbau und/oder durch sonstige
Belastungen insbesondere im Betrieb des Gerätes nicht beschädigt
wird. Das Einbaumittel kann aus einem Kunststoff oder aus einem
Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus einem Blech
und bevorzugt aus dem Kühlblech, gebildet sein.
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Das
Formteil weist vorzugsweise Fixiermittel zum Befestigen der elektrischen
Bauteile und/oder des Kühlkörpers auf, die eine
Fixierung und/oder Befestigung der elektrischen Bauteile und/oder
des Kühlkörpers mit dem Formteil, insbesondere
beim Betrieb oder bei sonstigen Belastungen des Elektrogerätes,
ermöglichen. Außerdem gewährleisten die Fixiermittel
eine einfache und schnelle Montage der Bauteile, und insbesondere
die Möglichkeit der Vormontage. Das Formteil mit den elektrischen
Bauteilen ist somit modular getrennt von der elektrischen Baugruppe
herstell- und lagerbar. Es kann daher vorkonfektioniert werden und
ist für verschiedene Elektrogeräte flexibel einsetzbar.
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Als
Fixiermittel kommen beispielsweise Anlagebacken, Laschen, Kulissen,
Führungen, Vertiefungen, Andruck- und/oder Schnappelemente
zum Einsatz.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Formteil
außerdem einen Bereich zum Einbringen von Vergussmasse,
durch die zum Einen die elektrischen Bauteile sehr gut am Formteil
mechanisch fixiert werden. Zum Anderen bietet eine Vergussmasse
einen guten ESD-Schutz (electro static discharge) und einen guten
Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen,
beispielsweise vor Feuchtigkeit.
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Weiterhin
weist das Formteil vorzugsweise eine Kabelführung und/oder
Durchführungen zum Hindurchführen von Anschlussdrähten
der elektrischen Bauelemente zur elektrischen Baugruppe auf. Eine
Kabelführung ist beispielsweise eine Lasche, insbesondere
eine u-förmige Lasche, in die ein Kabel reversibel eingelegt
werden kann. Da das Formteil erfindungsgemäß nicht
leitend vorgesehen und bevorzugt mit einem Kunststoff beschichtet
oder aus einem Kunststoff gebildet ist, ist die Gefahr, dass Kabel oder
Leitungen durch Grate an metallischen Bauteilen und insbesondere
dem Kühlkörper beschädigt werden, gering.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Baugruppe, die
ein erfindungsgemäßes Formteil, welches an einer
elektrischen Baugruppe befestigt ist, umfasst. Eine solche Baugruppe
bildet eine funktionelle Einheit, die vorkonfektionierbar ist und
vorab modular gefertigt werden kann, so dass sie sehr schnell und
einfach in ein Elektrogerät, insbesondere auch in Elektrogeräte
verschiedenen Typs, einbaubar ist.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Elektrowerkzeug
mit einem erfindungsgemäßen Formteil. Ein Elektrowerkzeug
ist beispielsweise eine Bohrmaschine, eine Säge, eine Heckenschere
oder dergleichen.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Befestigen
von elektrischen Bauteilen in einem Elektrowerkzeug, welches folgende
Schritte umfasst:
- • Befestigen von
elektrischen Bauteilen an einem erfindungsgemäßen
Formteil und/oder einem Kühlkörper des erfindungsgemäßen
Formteils,
- • Befestigen des Formteils an einer elektrischen Baugruppe,
und
- • Anordnen des Formteils an einem Gehäuse
des Elektrowerkzeugs.
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Da
die elektrischen Bauteile bereits in einer Vormontage an dem Formteil
befestigt werden können, und das so bestückte
Formteil gegebenenfalls ebenfalls in einer Vormontage an einer elektrischen Baugruppe
befestigt werden kann, ermöglicht das Verfahren eine modulare,
sehr schnelle und sehr einfache Handhabung des erfindungsgemäßen
Formteils. Die aus der elektrischen Baugruppe und dem Formteil gebildete
Baugruppe oder das unbestückte oder bestückte
Formteil sowie die elektrische Baugruppe sind getrennt voneinander
herstell- und lagerbar und können unabhängig voneinander
in verschiedenen Elektrowerkzeugen verwendet werden. Je nach Typ
oder Bauform des Elektrowerkzeugs können nur das Formteil
oder nur die elektrische Baugruppe angepasst und miteinander kombiniert
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung durch Figuren beschrieben. Die Figuren
sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen
Erfindungsgedanken nicht ein.
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1 zeigt
eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Formteils in einer perspektivischen Frontansicht,
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Formteils in einer perspektivischen Rückansicht,
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3 zeigt
das Formteil der 2 mit mehreren elektrischen
Bauteilen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Formteils 1 in einer perspektivischen Frontansicht. Das
Formteil 1 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene,
die hier durch zwei senkrecht zueinander stehende Pfeile x und y
angedeutet ist, und weist zwei Kühlkörper 2 zur
Kühlung von zu kühlenden elektrischen Bauteilen 3'' (s. 3)
auf. Die Kühlkörper 2 weisen jeweils
eine ebene Fläche 6 auf, die sich im Wesentlichen
senkrecht zu dieser Ebene xy erstrecken. Sie sind außerdem
in einem hier im Wesentlichen rechten Winkel gebogen und erstrecken sich
daher zumindest teilweise auch in der Ebene xy des Formteils 1.
Zur Verdeutlichung ist dieser Bereich in der 1 mit dem
Bezugszeichen 11 bezeichnet. Dadurch ist es beispielsweise möglich,
die Kühlkörper 2 in das Formteil 1 einzuschieben.
Andererseits können die Kühlkörper 2 auch
vom Formteil 1 umspritzt werden. Außerdem sind
sie voneinander beabstandet, wobei hier zwischen den Kühlkörpern 2 ein
Trennstück 1' (s. 2) des Formteils 1 in
Form eines Steges angeordnet ist, welcher sich im Wesentlichen in
Richtung der ebenen Fläche 6 erstreckt. Die Kühlkörper 2 sind
daher durch das sie umgebende Formteil 1 voneinander getrennt und
der zwischen den Kühlkörpern 2 gebildete
Steg 1' stellt die Isolierung der Kühlkörper 2 voneinander sicher.
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Die
Kühlkörper 2 weisen jeweils ein Positioniermittel 13' zum
Befestigen eines zu kühlenden Bauteils 3'' auf,
hier jeweils eine Durchführung.
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Zum
Befestigen des Formteils 1 an einer elektrischen Baugruppe 4 (s. 3)
sind hier Befestigungsmittel 7 in Form von Schnappverbindungen vorgesehen.
Die hier gezeigten Schnappverbindungen 7 ermöglichen
neben einer einfachen und schnellen Montage des Formteils 1 an
der elektrischen Baugruppe 4, dass die der elektrischen
Baugruppe 4 zugewandte Seite des Bereiches des Formteils 1,
welcher sich im Wesentlichen in der Ebene xy erstreckt, von der
elektrischen Baugruppe 4 beabstandet ist, so dass nach
dem Befestigen des Formteils 1 an der elektrischen Baugruppe 4 zwischen
diesen ein lichter Raum 15 (s. 3) gebildet
ist, in dem Bauteile 3', 3'' platzierbar und Anschlussdrähte
und -kabel führbar sind, ohne die Funktionalität
der aus der elektrischen Baugruppe 4 und dem Formteil 1 gebildeten
Baugruppe 16 (s. 3) negativ
zu beeinflussen.
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Zum
Fixieren der elektrischen Bauteile 3' und/oder der Kühlkörper 2 weist
das Formteil 1 ferner Fixiermittel 9', 9'', 9''' auf,
die hier als Anlagebacken 9', Andruckelement 9'',
oder Führungen 9''' ausgebildet sind. Mit den
Fixiermitteln 9', 9'', 9''' können
die elektrischen Bauteile 3' und/oder die Kühlkörper 2 am
Formteil 1 fixiert und/oder befestigt werden.
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Weiterhin
sieht das Formteil 1 und/oder die Kühlkörper
Durchführungen 12 vor, durch die Anschlussdrähte
der elektrischen Bauteile 3' hindurch führbar
sind, so dass sie beispielsweise mit der elektrischen Baugruppe 4 verbindbar
sind. Sofern die Durchführungen 12 in den Kühlkörpern 2 vorgesehen sind,
sind sie so bemessen, dass ein Kontakt der Anschlussdrähte
mit den Kühlkörpern 2 sicher vermieden
wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein,
die Anschlussdrähte und/oder die Durchführungen 12 elektrisch
zu isolieren.
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Zum
Anordnen des Formteils 1 an einem Elektrogerät
(nicht dargestellt) sind an dem hier dargestellten Formteil 1 als
Einbaumittel 8 zwei Laschen vorgesehen, die in Gehäuseschalen
des Elektrogerätes eintauchen, so dass nicht die elektrische
Baugruppe 4 (s. 3) an dem Formteil 1 befestigt,
sondern das Formteil 1 selbst an dem Gehäuse des Elektrogerätes
angeordnet wird. Dadurch werden mechanische Belastungen auf die
elektrische Baugruppe 4 vermieden.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Formteils 1 in einer perspektivischen Rückansicht.
Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 sind
hier mehr Führungen 9''' als Fixiermittel vorgesehen.
Weiterhin sieht diese Ausführungsform einen Bereich 14 zum
Einbringen von Vergussmasse vor. Weiterhin ist hier eine Kabelführung 10 sichtbar,
die im Wesentlichen u-förmig ausgebildet ist und in die
ein Kabel einlegbar ist, so dass es nicht verrutschen kann.
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3 zeigt
das Formteil 1 der 2 mit mehreren
elektrischen Bauteilen 3', 3''. Das Formteil 1 ist
mittels Schnappverbindungen 7 reversibel an einer elektrischen
Baugruppe 4, hier einer Platine, befestigt. Die Platine 4 mit
dem Formteil 1 bildet eine Baugruppe 16.
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Zwischen
der Platine 4 und dem Formteil 1 ist ein lichter
Raum 15 vorgesehen, in dem Kabel geführt und Bauteile
der Platine 4 angeordnet werden können, und der
zudem für eine Durchlüftung und daher eine zusätzliche
Kühlung sorgt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform sind zwei zu kühlende
Transistoren 3'' sowie ein Kondensator 3' als
elektrische Bauteile 3', 3'' zum Befestigen am
Formteil 1 beziehungsweise an den Kühlkörpern 2 des
Formteils 1 vorgesehen. Die Transistoren 3'' werden
jeweils flächig an der ebenen Fläche 6 der Kühlkörper 2 angeordnet
und mittels Positioniergegenmitteln 13'', hier jeweils
einer Schraube oder Niete, am jeweiligen Kühlkörper 2 so
befestigt, dass sie bevorzugt an seiner ebenen Fläche 6 angepresst werden.
Dabei wirken das Positioniermittel 13' des Kühlkörpers 2 (s. 1)
mit dem Positioniergegenmittel 13'' zusammen.
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Sichtbar
sind weiterhin die als Einbaumittel genutzten Laschen 8 sowie
die als Fixiermittel genutzten Anlagebacken 9' und Führungen 9''' des Formteils 1.
Weiterhin ist hier die Kabelführung 10 gezeigt.
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Zum
Anschluss von Anschlussdrähten und -kabeln sind an der
Platine 4 außerdem Durchführungen 14 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004002743
A1 [0005]
- - EP 1887621 A2 [0006]