DE102010035169A1 - Control device i.e. electrical switch, for e.g. rechargeable battery driller, has heat generating component arranged in opening such that direct heat conducting connection of heat generating component to cooling body is enabled - Google Patents

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Abstract

The device i.e. electrical switch (5), has an electrical switching arrangement (9) i.e. control electronics, for controlling and/or regulating an electric motor (2) and comprising a heat generating component i.e. power transistor, MOSFET, a triac and a recovery diode. The arrangement comprises a cooling body (14) that is provided in and/or at a housing (13). A carrier substrate i.e. printed circuit board (10), comprises a breakdown-type opening. The generating component is arranged in the opening in such a manner that a direct heat conducting connection of the component to the body is enabled. The printed circuit board is made of Flame Resistant 2 (FR-2)(RTM: synthetic resin bonded paper), Flame Resistant 4 (FR-4)(RTM: epoxy-bonded fiberglass) or ceramic material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control device according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Steuergeräte finden vor allem als elektrische Schalter für ein Elektrohandwerkzeug mit einem Elektromotor, wie für ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug, Verwendung. Bei diesen Elektrowerkzeugen kann es sich um Bohrmaschinen, Schleifer, Sägen, Hobel, Winkelschleifer o. dgl. handeln.Such controllers are mainly used as electrical switches for an electric hand tool with an electric motor, such as for a cordless and / or power tool, use. These power tools may be drills, grinders, saws, planers, angle grinders, or the like.

Aus der DE 195 08 925 A1 ist ein elektrischer Schalter für ein Elektrowerkzeug bekannt, der ein Gehäuse zur Aufnahme einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors, und zwar zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Elektromotors, beispielsweise durch Pulsweitenmodulation, aufweist. Im Gehäuse befindet sich ein Trägersubstrat zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen für die elektrische Schaltungsanordnung. Die im Gehäuse befindliche Schaltungsanordnung enthält nun wiederum wenigstens ein Bauteil, wie einen Leistungshalbleiter, einen Leistungstransistor, einen MOS-FET, einen Triac o. dgl., das zur entsprechenden Steuerung und/oder Regelung des durch das Bauteil zum Elektromotor fließenden elektrischen Laststroms dient. Darüberhinaus können noch weitere wärmeerzeugende Bauteile im Gehäuse befindlich sein, beispielsweise kann die Schaltungsanordnung eine Freilaufdiode o. dgl. aufweisen. Zur Abführung von Wärme aus dem Gehäuse, und zwar insbesondere der von der Schaltungsanordnung erzeugten Wärme, befindet sich im und/oder am Gehäuse ein Kühlkörper.From the DE 195 08 925 A1 an electrical switch for a power tool is known, which has a housing for receiving an electrical circuit arrangement for controlling and / or regulating the electric motor, specifically for controlling and / or regulating the rotational speed of the electric motor, for example by pulse width modulation. In the housing there is a carrier substrate for receiving electrical and / or electronic components for the electrical circuit arrangement. The circuit located in the housing now again contains at least one component, such as a power semiconductor, a power transistor, a MOS-FET, a triac o. The like., Which serves for the corresponding control and / or regulation of the flowing through the component to the electric motor electrical load current. In addition, further heat-generating components may be located in the housing, for example, the circuit arrangement may have a freewheeling diode o. The like. For dissipating heat from the housing, in particular the heat generated by the circuit arrangement, is located in and / or on the housing, a heat sink.

Bei Elektrowerkzeugen mit hoher Leistung ist es oft schwierig, die entstehende Wärme aus einem solchen Schalter abzuführen. Insbesondere ist die Wärmeableitung bei Akkuschaltern aufgrund der dort fließenden großen Ströme ein Kernthema. Bei einem weiteren Schalter nach der DE 102 12 449 A1 , der vor allem für Akku-Elektrowerkzeuge geeignet ist, wird eine spezielle „Heatsink”-Leiterplatte vorgeschlagen, auf der die wärmeerzeugenden Bauteile angeordnet sind. Allerdings sind die Kosten für diese spezielle Heatsink-Leiterplatte sehr hoch. Für erweiterte Elektronikfunktionen des Schalters muss dann auf eine zusätzliche FR4-Leiterplatte ausgewichen werden, welche die Kosten zusätzlich nach oben treibt.In high power power tools, it is often difficult to dissipate the generated heat from such a switch. In particular, the heat dissipation of battery switches is a core issue due to the large currents flowing there. At another switch after the DE 102 12 449 A1 , which is particularly suitable for cordless power tools, a special "heatsink" printed circuit board is proposed, on which the heat-generating components are arranged. However, the cost of this particular heatsink PCB is very high. For advanced electronic functions of the switch must then be avoided on an additional FR4 circuit board, which drives the cost in addition to the top.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuergerät derart weiterzuentwickeln, dass die Abführung der Verlustwärme verbessert ist. Insbesondere soll eine Lösung geschaffen werden, bei der lediglich eine einzige Leiterplatte benötigt wird, wobei hierfür eine kostengünstige Leiterplatte in herkömmlicher FR4-Techogie verwendet werden soll. Insbesondere soll dabei ohne technologisch anspruchsvolle Fertigungstechnologien, wie beispielsweise Dampfphasenlöten, ausgekommen werden.The invention has for its object to further develop the control unit such that the dissipation of the heat loss is improved. In particular, a solution is to be created in which only a single circuit board is needed, for which purpose a cost-effective circuit board in conventional FR4 technology should be used. In particular, it is intended to do without technologically demanding production technologies, such as vapor phase soldering.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Steuergerät durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a generic control device by the characterizing features of claim 1.

Bei der Erfindung ist erkannt, dass die optimale Ableitung der entstehenden Verlustleistung dann gegeben ist, wenn die Leistungshalbleiter direkt auf dem Kühlkörper kontaktieren. In einer kompakten Bauform ist dies jedoch mit verschiedenen Problemen verbunden. Die Erfindung löst diese Probleme, indem das Trägersubstrat wenigstens eine Aussparung in der Art eines Durchbruchs aufweist und das wärmeerzeugende Bauteil in der Aussparung angeordnet ist, derart dass eine direkte wärmeleitende Verbindung vom wärmeerzeugenden Bauteil zum Kühlkörper ermöglicht ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.In the invention, it is recognized that the optimum dissipation of the resulting power loss is given when the power semiconductor contact directly on the heat sink. In a compact design, however, this is associated with various problems. The invention solves these problems by the carrier substrate has at least one opening in the manner of a breakthrough and the heat-generating component is arranged in the recess, so that a direct heat-conducting connection from the heat-generating component to the heat sink is possible. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In weiterer Ausgestaltung bietet es sich für die optimale Wärmeableitung an, dass das Trägersubstrat in unmittelbarer Nähe zum Kühlkörper angeordnet ist. Diese Anordnung erfolgt insbesondere derart, dass das wärmeerzeugende Bauteil sowohl am Trägersubstrat befestigt ist als auch in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kühlkörper steht. Die Befestigung kann dabei so vorgenommen werden, dass eine gewisse Beweglichkeit für das wärmeerzeugende Bauteil geschaffen ist, um so für einen Toleranzausgleich zu sorgen.In a further embodiment, it is appropriate for optimum heat dissipation that the carrier substrate is arranged in the immediate vicinity of the heat sink. This arrangement is particularly such that the heat-generating component is both attached to the carrier substrate and is in heat-conducting contact with the heat sink. The attachment can be made so that a certain mobility is created for the heat-generating component, so as to provide a tolerance compensation.

Das Trägersubstrat kann mehrere Aussparungen für mehrere wärmeerzeugende Bauteile besitzen. Vor allem kann eine weitere Aussparung für einen zweiten MOS-FET vorgesehen sein, wobei dieser MOS-FET beispielsweise zum Bremsen des Elektromotors verwendet wird. Es gelingt somit, sämtliche Verlustwärme aus dem Steuergerät in effizienter Weise abzuführen.The carrier substrate may have a plurality of recesses for a plurality of heat-generating components. Above all, a further recess may be provided for a second MOS-FET, this MOS-FET being used, for example, for braking the electric motor. It is thus possible to dissipate all heat loss from the control unit in an efficient manner.

Um einen guten Wärmeübergang zum Kühlkörper sicherzustellen, kann das wärmeerzeugende Bauteil mittels Federkraft an den Kühlkörper angepresst sein. Beispielsweise kann die Federkraft zum Anpressen an den Kühlkörper mittels einer Druckfeder, einer Schenkelfeder, einer Formfeder o. dgl. erzeugt werden. Die Feder kann ergänzend nicht nur die Anpresskraft erzeugen sondern zusätzlich zur Stromführung dienen, womit ansonsten benötigte weitere Leitungen eingespart werden.To ensure good heat transfer to the heat sink, the heat-generating component may be pressed by spring force to the heat sink. For example, the spring force for pressing against the heat sink by means of a compression spring, a leg spring, a spring form o. The like. Be generated. The spring can additionally not only generate the contact pressure but also serve to guide the flow, which otherwise required additional lines can be saved.

Zweckmäßigerweise kann Wärmeleitpaste zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil und dem Kühlkörper angebracht sein. Damit gelingt eine weitere Verringerung des Wärmeübergangswiderstands, womit wiederum die Wärmeableitung verbessert wird. Soweit noch weitere Leitungen und/oder Strompfade für die Stromführung zum wärmeerzeugenden Bauteil notwendig sind, können diese in kompakter Anordnung durch die Aussparung hindurchreichen. Vor allem bietet es sich an, die elektrische Anschlüsse, und zwar insbesondere die Batterieanschlüsse, durch die Aussparung hindurchreichend anzuordnen.Conveniently, thermal grease may be disposed between the heat generating component and the heat sink. This achieves a further reduction of the heat transfer resistance, which in turn improves the heat dissipation. As far as further lines and / or current paths for the power supply to the heat-generating Component are necessary, they can pass through the recess in a compact arrangement. Above all, it makes sense to arrange the electrical connections, in particular the battery terminals, passing through the recess.

Bei dem Trägersubstrat kann es sich in kostengünstiger Weise um eine Leiterplatte handeln. Dabei kann die Leiterplatte als Einfach-, Zweifach- oder auch Mehrfach-Lager ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Leiterplatte aus einem FR2-Material, aus einem FR4-Material, aus einem Keramik-Material o. dgl. hergestellt. In einer kompakten Ausgestaltung kann der Kühlkörper in etwa U-förmig ausgebildet sein. Der Kühlkörper kann in einfacher Art und Weise auf das Gehäuse aufgeschoben sein.The carrier substrate may be a printed circuit board in a cost-effective manner. In this case, the circuit board can be designed as a single, double or multiple bearings. The printed circuit board is expediently made of an FR2 material, of an FR4 material, of a ceramic material or the like. In a compact embodiment of the heat sink may be formed in approximately U-shaped. The heat sink can be pushed onto the housing in a simple manner.

Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ist Nachfolgendes festzustellen. Geschaffen ist ein Akkuschalter mit einer Anordnung, bei der die Leistungshalbleiter, wie ein MOSFET und/oder eine Freilaufdiode, durch ein Fenster in der Leiterplatte zum Kühlkörper geführt sind. Es wird eine einfache FR4-Leiterplatte verwendet, die Durchbrüche hat, durch die wiederum die Leistungshalbleiter direkt den Kühlkörper kontaktieren. Insbesondere sind Durchbrüche je nach Geometrie der Leistungshalbleiter in der zwei- oder mehrlagigen Leiterplatte angebracht, durch die der MOSFET und die beispielsweise pillenförmige Freilaufdiode hindurchreichen. Direkt oberhalb der Leiterplatte befindet sich der Kühlkörper. Die Leistungshalbleiter werden mittels Federkraft kontinuierlich auf den Kühlkörper gepresst, damit eine gute thermische und/oder elektrische Verbindung entsteht. Dies wird durch unterlegte Federn, beispielsweise Druckfedern oder Formfedern, erreicht. Zusätzlich wird durch eine leitende Wärmeleitpaste ein guter Wärmeübergang zwischen den Leistungshalbleitern und dem Kühlkörper erreicht. Die Leistungshalbleiter können beweglich befestigt sein, um einen Toleranzausgleich und/oder eine thermische Bewegung zu ermöglichen. Beim MOSFET wird dieser Ausgleich durch die Beinchen erreicht, während dies bei der Freilaufdiode durch die stromleitende Formfeder erreicht wird. Der Kühlkörper kann in U-Form auf den Schalter aufgeschoben werden, kann aber jedoch auch andere Geometrien haben. Die U-Form hat den Vorteil, dass das ganze System zusammengehalten wird, und eine sehr gute Vibrationsfestigkeit erreicht wird.For a particularly preferred embodiment, the following is to be noted. Created is a battery switch with an arrangement in which the power semiconductor, such as a MOSFET and / or a freewheeling diode, are guided through a window in the circuit board to the heat sink. It uses a simple FR4 circuit board, which has breakthroughs through which turn the power semiconductors directly contact the heat sink. In particular, breakthroughs are depending on the geometry of the power semiconductor mounted in the two- or multi-layer circuit board through which pass the MOSFET and the example, pills shaped freewheeling diode. Directly above the circuit board is the heat sink. The power semiconductors are pressed by means of spring force continuously on the heat sink, so that a good thermal and / or electrical connection is formed. This is achieved by underlying springs, such as compression springs or springs form. In addition, a good heat transfer between the power semiconductors and the heat sink is achieved by a conductive thermal paste. The power semiconductors may be movably mounted to allow for tolerance compensation and / or thermal movement. In the MOSFET this compensation is achieved by the legs, while this is achieved in the freewheeling diode by the current-conducting spring form. The heat sink may be slid onto the switch in U-shape, but may have other geometries. The U-shape has the advantage that the whole system is held together, and a very good vibration resistance is achieved.

In Weiterbildungen dieser bevorzugten Ausgestaltung kann die Freilaufdiode auch in D2-Pack oder TO220 ausgeführt sein. Die Federn zum Anpressen an den Kühlkörper können Druckfedern, Schenkelfedern oder Formfedern sein. Die Federn können einerseits nur die Anpresskraft erzeugen, andererseits aber auch zur Stromführung dienen. Die Stromführung kann auch durch separate Leitungen oder Strompfade geschehen. Die Leiterplatte kann ein 1-, 2- oder mehrfach Layer sein. Diese Technik kann auch für Netzschalter, die mit einem Triac oder einem Thyristor arbeiten, also für mit Wechselstrom betriebene Elektrowerkzeuge, eingesetzt werden. Ebenso kann bei Akkuschaltern anstelle der Freilaufdiode ein zweiter MOSFET eingesetzt werden. Dies kann auch ein MOSFET sein, der zum Bremsen verwendet wird. Anstelle von FR4 können auch andere Materialen, wie FR2, Keramik o. dgl., verwendet werden.In developments of this preferred embodiment, the freewheeling diode can also be designed in D2-Pack or TO220. The springs for pressing against the heat sink can be compression springs, torsion springs or shaped springs. On the one hand, the springs can only generate the contact pressure, but on the other hand can also serve to conduct electricity. The current conduction can also be done by separate lines or current paths. The circuit board can be a 1-, 2- or multiple layers. This technique can also be used for power switches that use a triac or a thyristor, ie for AC power tools. Likewise, instead of the freewheeling diode, a second MOSFET can be used with battery switches. This may also be a MOSFET used for braking. Instead of FR4 other materials, such as FR2, ceramics o. The like., Can be used.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Kosteneinsparung durch Verwendung von Standardmaterialien, wie FR2 oder FR4, erzielbar ist. Dadurch sind auch keine aufwendigen Fertigungstechnologien notwendig. Durch den einfachen Aufbau ist somit der erfindungsgemäße Schalter gut geeignet für ”die Fertigung in Niedriglohnländern”, wie beispielsweise in China. Desweiteren ist vorteilhafterweise lediglich eine niedrige Investition für die Herstellung solcher Schalter notwendig. Insbesondere ist die Verwendung bereits vorhandener Anlagen und Betriebsmittel möglich. Schließlich ist die Elektronik des Schalters in kostengünstiger Weise erweiterbar, indem lediglich eine Vergrößerung der Leiterplatten-Fläche vorzunehmen ist.The advantages achieved by the invention are in particular that a cost savings by using standard materials, such as FR2 or FR4, can be achieved. As a result, no elaborate production technologies are necessary. Due to the simple construction of the switch according to the invention is thus well suited for "the production in low-wage countries", such as in China. Furthermore, advantageously only a low investment for the production of such switches is necessary. In particular, the use of existing equipment and resources is possible. Finally, the electronics of the switch can be extended in a cost-effective manner by merely increasing the size of the printed circuit board surface.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention with various developments and refinements is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it

1 schematisch ein Elektrowerkzeug, wobei das Elektrowerkzeug-Gehäuse des Elektrowerkzeugs teilweise aufgebrochen sowie Teile des im Elektrowerkzeug-Gehäuse befindlichen Schalters teilweise durchsichtig dargestellt sind, 1 schematically a power tool, wherein the power tool housing of the power tool partially broken and parts of the switch located in the power tool housing are shown partially transparent,

2a den elektrischen Schalter aus 1 in perspektivischer Ansicht, wobei der Kühlkörper teilweise transparent dargestellt ist, 2a the electrical switch off 1 in a perspective view, wherein the heat sink is shown partially transparent,

2b den elektrischen Schalter wie 2a, jedoch in einer anderen Perspektive, 2 B the electrical switch like 2a but in a different perspective,

3 einen Detail-Ausschnitt des elektrischen Schalters aus 2a/2b und 3 a detail cutout of the electric switch 2a / 2 B and

4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in 2b. 4 a section along the line 4-4 in 2 B ,

In 1 ist ein Elektrowerkzeug 1 mit einem Elektromotor 2 zum Antrieb eines Werkzeugs 3 zu sehen. Es kann sich dabei um ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug handeln. Beispielhaft ist in 1 eine Akku-Bohrmaschine als Elektrowerkzeug 1 gezeigt, die mit einer Versorgungsspannung aus einem mobilen Energiespeicher 8 in der Art eines Akkus betrieben wird. Selbstverständlich kann es sich bei dem Elektrowerkzeug 1 auch um einen Schleifer, eine Säge, einen Hobel, einen Winkelschleifer o. dgl. handeln.In 1 is a power tool 1 with an electric motor 2 for driving a tool 3 to see. It may be a cordless and / or mains power tool. Exemplary is in 1 a cordless drill as a power tool 1 shown using a supply voltage from a mobile energy storage 8th is operated in the manner of a battery. Of course it can be at the power tool 1 also a grinder, a saw, a planer, an angle grinder o. Like. Act.

Im Elektrowerkzeug-Gehäuse 4 des Elektrowerkzeugs 1 ist ein elektrischer Schalter 5 mit einem Gehäuse 13 angeordnet. Der Schalter 5 ist derart im Elektrowerkzeug-Gehäuse 4 aufgenommen, dass ein manuell vom Benutzer bewegbares Betätigungsorgan 6 des Schalters 5 aus dem Elektrowerkzeug-Gehäuse 4 herausragt. Der Schalter 5 besitzt ein Kontaktsystem 7, auf das das Betätigungsorgan 6 zur Umschaltung einwirkt, so dass die Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher 8 für das Elektrowerkzeug 1, und zwar insbesondere zum Betrieb des Elektromotors 2, mittels des Betätigungsorgans 6 vom Benutzer ein- und/oder ausschaltbar ist. Schließlich umfasst der Schalter 5 eine im Gehäuse 13 befindliche elektrische Schaltungsanordnung 9 zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 2. Die Schaltungsanordnung 9 dient als Steuerelektronik zur Drehzahlveränderung des Elektromotors 2 entsprechend der Stellung des vom Benutzer bewegten Betätigungsorgans 6, womit der Schalter 5 eine Art von Steuergerät für das Elektrowerkzeug 1 darstellt.In the power tool housing 4 of the power tool 1 is an electrical switch 5 with a housing 13 arranged. The desk 5 is so in the power tool housing 4 recorded that a manually movable by the user actuator 6 of the switch 5 from the power tool housing 4 protrudes. The desk 5 owns a contact system 7 on which the actuator 6 acts to switch, so that the power supply from the energy storage 8th for the power tool 1 , in particular for the operation of the electric motor 2 , by means of the actuator 6 can be switched on and / or off by the user. Finally, the switch includes 5 one in the housing 13 located electrical circuitry 9 for controlling and / or regulating the electric motor 2 , The circuit arrangement 9 serves as control electronics for speed change of the electric motor 2 according to the position of the actuator moved by the user 6 with which the switch 5 a kind of control unit for the power tool 1 represents.

Im Gehäuse 13 befindet sich ein Trägersubstrat 10 zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen der Steuerelektronik 9. Die mittels einer Pulsweiten-Modulation arbeitende Steuerelektronik 9 weist einen in 3 sichtbaren Leistungstransistor 11 auf, der zur Steuerung des der eingestellten Drehzahl entsprechenden Stroms für den Elektromotor 2 dient. Bei dem Leistungstransistor 11 handelt es sich vorliegend um einen MOS-FET, da es sich bei dem Elektrowerkzeug 1 um ein Akku-Elektrowerkzeug handelt. Für ein mit einer Phasenanschnitt- oder einer Phasenabschnitt-Steuerung versehenen Netz-Elektrowerkzeug kann ein Triac als Leistungstransistor Verwendung finden. Schließlich umfasst die Steuerelektronik 9 noch eine in 3 sichtbare Freilaufdiode 12.In the case 13 there is a carrier substrate 10 for receiving electrical and / or electronic components of the control electronics 9 , The operating by means of a pulse width modulation control electronics 9 has an in 3 visible power transistor 11 on, which is for controlling the set speed corresponding current for the electric motor 2 serves. At the power transistor 11 this is a MOS-FET, as it is the power tool 1 is a cordless power tool. For a mains power tool provided with a phase control or a phase control, a triac may be used as a power transistor. Finally, the control electronics includes 9 another in 3 visible freewheeling diode 12 ,

Am MOS-FET 11 sowie an der Freilaufdiode 12 entsteht eine Verlustwärme, womit es sich hierbei um wärmeerzeugende Bauteile handelt. Selbstverständlich kann die Schaltungsanordnung 9 noch weitere wärmeerzeugende Bauteile aufweisen. Zur Abführung dieser Wärme von der Schaltungsanordnung 9 aus dem Gehäuse 13 befindet sich im und/oder am Gehäuse 13 ein Kühlkörper 14. Wie weiter in 2a oder 2b zu sehen ist, weist das Trägersubstrat 10 wenigstens eine Aussparung 15 in der Art eines Durchbruchs auf. Der MOS-FET 11 als wärmeerzeugendes Bauteil ist in der Aussparung 15 angeordnet, derart dass eine direkte wärmeleitende Verbindung vom wärmeerzeugenden Bauteil 11 zum Kühlkörper 14 ermöglicht ist. Das Trägersubstrat 10 kann mehrere Aussparungen 15, 15' für mehrere wärmeerzeugende Bauteile 11, 12 besitzen. So ist vorliegend auch die Freilaufdiode 12 in der weiteren Aussparung 15' angeordnet, um eine verbesserte Wärmeabfuhr zum Kühlkörper 14 zu erreichen. Es kann auch eine weitere Aussparung im Trägersubstrat 10 für einen zweiten MOS-FET, der beispielsweise zum Bremsen des Elektromotors 2 verwendet wird, vorhanden sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.At the MOS-FET 11 and at the freewheeling diode 12 creates a loss of heat, which is this heat-generating components. Of course, the circuit arrangement 9 still have other heat-generating components. To dissipate this heat from the circuit 9 out of the case 13 is located in and / or on the housing 13 a heat sink 14 , As in further 2a or 2 B can be seen, has the carrier substrate 10 at least one recess 15 in the way of a breakthrough. The MOS-FET 11 as a heat-generating component is in the recess 15 arranged, such that a direct heat-conducting connection from the heat-generating component 11 to the heat sink 14 is possible. The carrier substrate 10 can have several recesses 15 . 15 ' for several heat-generating components 11 . 12 have. So is the present case, the freewheeling diode 12 in the further recess 15 ' arranged to provide improved heat dissipation to the heat sink 14 to reach. There may also be another recess in the carrier substrate 10 for a second MOS-FET, for example, for braking the electric motor 2 used, but this is not shown.

Der MOS-FET 11 ist mit seinen in 3 sichtbaren Anschlussbeinen 16 am Trägersubstrat 10 durch Verlöten befestigt. Der MOS-FET 11 an sich ragt jedoch durch die Aussparung 15 hindurch. Das Trägersubstrat 10 ist in unmittelbarer Nähe zum Kühlkörper 14 angeordnet, und zwar an einer offenen Seite des Gehäuses 13. Dadurch ist das wärmeerzeugende Bauteil 11 sowohl am Trägersubstrat 10 befestigt als auch in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kühlkörper 14 stehend, wie anhand von 4 zu erkennen ist. Zur Verringerung des Wärmeübergangswiderstands kann eine Wärmeleitpaste zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil 11 und dem Kühlkörper 14 angebracht sein. Die Befestigung des MOS-FET 11 am Trägersubstrat 10 erfolgt im übrigen in beweglicher Art mittels der Anschlussbeine 16, um einen Toleranzausgleich für den MOS-FET 11 zu ermöglichen.The MOS-FET 11 is with his in 3 visible connecting legs 16 on the carrier substrate 10 fixed by soldering. The MOS-FET 11 but in itself protrudes through the recess 15 therethrough. The carrier substrate 10 is in close proximity to the heat sink 14 arranged, on an open side of the housing 13 , This is the heat-generating component 11 both on the carrier substrate 10 attached as well as in heat-conducting contact with the heat sink 14 standing, as based on 4 can be seen. To reduce the heat transfer resistance, a thermal paste between the heat-generating component 11 and the heat sink 14 to be appropriate. The attachment of the MOS-FET 11 on the carrier substrate 10 the rest is done in a movable manner by means of the connecting legs 16 to compensate for the tolerance of the MOS-FET 11 to enable.

Um einen guten Wärmeübergang zu bewerkstelligen, ist das wärmeerzeugende Bauteil 11, 12 mittels Federkraft an den Kühlkörper 14 angepresst. Wie man der 3 entnimmt, wird die Federkraft zum Anpressen des MOS-FET 11 an den Kühlkörper 14 mittels einer Druckfeder 17 erzeugt. Es kann jedoch auch eine Schenkelfeder, eine Formfeder o. dgl. verwendet werden. Die Freilaufdiode 12 ist nicht auf dem Trägersubstrat 10 befestigt, vielmehr dient eine Feder 18 zum Halten der Freilaufdiode 12 sowie zum gleichzeitigen Anpressen an den Kühlkörper 14. Die Feder 18 erzeugt jedoch nicht nur die Anpresskraft sondern dient auch zusätzlich zur Stromführung für die Freilaufdiode 12, also als ein elektrischer Anschluss für die Freilaufdiode 12. Damit reichen Leitungen und/oder Strompfade für die Stromführung zum wärmeerzeugenden Bauteil 12 an die Aussparung 15' heran oder auch durch die Aussparung 15' hindurch. Es können jedoch auch noch weitere elektrische Anschlüsse, und zwar beispielsweise gemäß 3 ein Batterieanschluss 19, durch die Aussparung 15 hindurchreichend im Gehäuse 13 angeordnet sein.In order to achieve a good heat transfer, the heat-generating component 11 . 12 by means of spring force to the heat sink 14 pressed. How to get the 3 takes off, the spring force is to press the MOS-FET 11 to the heat sink 14 by means of a compression spring 17 generated. However, it can also be a leg spring, a shaped spring o. The like. Be used. The freewheeling diode 12 is not on the carrier substrate 10 attached, but rather serves a spring 18 for holding the freewheeling diode 12 as well as for simultaneous pressing against the heat sink 14 , The feather 18 However, not only generates the contact pressure but also serves in addition to the power supply for the freewheeling diode 12 , So as an electrical connection for the freewheeling diode 12 , Thus, lines and / or current paths for the current supply to the heat-generating component 12 to the recess 15 ' on or through the recess 15 ' therethrough. However, there may be other electrical connections, for example according to 3 a battery connection 19 through the recess 15 passing through the housing 13 be arranged.

Wie man anhand der 4 sieht, ist der Kühlkörper 14 in etwa U-förmig ausgebildet. Es bietet sich dann an, dass der Kühlkörper 14 zwecks einfacher Befestigung auf das Gehäuse 13 aufgeschoben ist. Bei dem Trägersubstrat 10 kann es sich um eine Leiterplatte handeln, wobei die Leiterplatte 10 aus einem FR2-Material, aus einem FR4-Material, aus einem Keramik-Material o. dgl. hergestellt ist. Entsprechend den Erfordernissen kann die Leiterplatte 10 als einfach-, zweifach- oder mehrfach-Lager ausgebildet sein.How to use the 4 sees, is the heat sink 14 formed in approximately U-shaped. It then makes sense that the heat sink 14 for easy attachment to the housing 13 is deferred. In the carrier substrate 10 it can be a circuit board, the circuit board 10 made of FR2 material, FR4 material, ceramic material or the like. According to the requirements, the circuit board 10 be designed as a single, double or multiple bearings.

Die Erfindung ist anhand eines Elektrowerkzeugs erläutert, jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein derartiges Steuergerät auch in sonstigen Elektrogeräten, beispielsweise in Hausgeräten, in tragbaren Lampen o. dgl., Verwendung finden.The invention is explained with reference to a power tool, but not limited to the described and illustrated embodiment. Rather, it also encompasses all expert developments within the scope of the invention defined by the claims. Thus, such a control unit can also be found in other electrical appliances, for example in household appliances, in portable lamps or the like.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
ElektrowerkzeugPower tool
22
Elektromotorelectric motor
33
WerkzeugTool
44
Elektrowerkzeug-GehäuseElectric tool housing
55
(elektrischer) Schalter(electrical) switch
66
Betätigungsorganactuator
77
KontaktsystemContact system
88th
Energiespeicherenergy storage
99
Schaltungsanordnung/SteuerelektronikCircuitry / control electronics
1010
Trägersubstrat/LeiterplatteCarrier substrate / PCB
1111
Leistungstransistor/MOS-FET/wärmeerzeugendes BauteilPower transistor / MOSFET / heat generating component
1212
Freilaufdiode/wärmeerzeugendes BauteilFree-wheeling diode / heat-generating component
1313
Gehäuse (von Schalter)Housing (from switch)
1414
Kühlkörperheatsink
15, 15'15, 15 '
Aussparungrecess
1616
Anschlussbein (von MOS-FET)Connecting leg (from MOS-FET)
1717
Feder/Druckfeder (für MOS-FET)Spring / compression spring (for MOS-FET)
1818
Feder (für Freilaufdiode)Spring (for freewheeling diode)
1919
Batterieanschlussbattery terminal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 10212449 A1 [0004] DE 10212449 A1 [0004]

Claims (8)

Steuergerät, insbesondere elektrischer Schalter (5) zur Verwendung für ein Elektrowerkzeug (1) mit einem Elektromotor (2), wie ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug, beispielsweise Bohrmaschinen, Schleifer, Sägen, Hobel, Winkelschleifer o. dgl., mit einem Gehäuse (13), mit einem im Gehäuse (13) befindlichen Trägersubstrat (10) zur Aufnahme von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen einer elektrischen Schaltungsanordnung (9), die beispielsweise zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors (2) dient, wobei die Schaltungsanordnung (9) wenigstens ein wärmeerzeugendes Bauteil (11), wie einen Leistungstransistor, einen MOS-FET, einen Triac, eine Freilaufdiode o. dgl., aufweist, und mit einem im und/oder am Gehäuse (13) befindlichen Kühlkörper (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (10) wenigstens eine Aussparung (15) in der Art eines Durchbruchs aufweist, und dass das wärmeerzeugende Bauteil (11) in der Aussparung (15) angeordnet ist, derart dass eine direkte wärmeleitende Verbindung vom wärmeerzeugenden Bauteil (11) zum Kühlkörper (14) ermöglicht ist.Control device, in particular electrical switch ( 5 ) for use with a power tool ( 1 ) with an electric motor ( 2 ), such as a cordless and / or power tool, such as drills, grinders, saws, planer, angle grinder o. The like., With a housing ( 13 ), with one in the housing ( 13 ) carrier substrate ( 10 ) for receiving electrical and / or electronic components of an electrical circuit arrangement ( 9 ), for example, for controlling and / or regulating the electric motor ( 2 ), the circuit arrangement ( 9 ) at least one heat-generating component ( 11 ), such as a power transistor, a MOS-FET, a triac, a freewheeling diode o. The like., Has, and with a in and / or on the housing ( 13 ) located heat sink ( 14 ), characterized in that the carrier substrate ( 10 ) at least one recess ( 15 ) in the manner of a breakthrough, and that the heat-generating component ( 11 ) in the recess ( 15 ) is arranged such that a direct heat-conducting connection from the heat-generating component ( 11 ) to the heat sink ( 14 ) is possible. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (10) in unmittelbarer Nähe zum Kühlkörper (14) angeordnet ist, insbesondere derart dass das wärmeerzeugende Bauteil (11) sowohl am Trägersubstrat (10) befestigt ist als auch in wärmeleitendem Kontakt mit dem Kühlkörper (14) steht.Control device according to Claim 1, characterized in that the carrier substrate ( 10 ) in the immediate vicinity of the heat sink ( 14 ) is arranged, in particular such that the heat-generating component ( 11 ) both on the carrier substrate ( 10 ) is attached as well as in heat-conductive contact with the heat sink ( 14 ) stands. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (10) mehrere Aussparungen (15, 15') für mehrere wärmeerzeugende Bauteile (11, 12) besitzt, insbesondere eine weitere Aussparung für einen zweiten MOS-FET, der beispielsweise zum Bremsen des Elektromotors (2) verwendet wird.Control unit according to Claim 1 or 2, characterized in that the carrier substrate ( 10 ) several recesses ( 15 . 15 ' ) for several heat-generating components ( 11 . 12 ), in particular a further recess for a second MOS-FET, for example, for braking the electric motor ( 2 ) is used. Steuergerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeerzeugende Bauteil (11, 12) mittels Federkraft einer Feder (17, 18) an den Kühlkörper (4) angepresst ist, dass vorzugsweise die Federkraft zum Anpressen an den Kühlkörper (14) mittels einer Druckfeder (17), einer Schenkelfeder, einer Formfeder o. dgl. erzeugt ist, und dass weiter vorzugsweise die Feder (18) zusätzlich zur Stromführung dient.Control unit according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the heat-generating component ( 11 . 12 ) by spring force of a spring ( 17 . 18 ) to the heat sink ( 4 ) is pressed, that preferably the spring force for pressing against the heat sink ( 14 ) by means of a compression spring ( 17 ), a leg spring, a shaped spring o. The like. Is generated, and that further preferably the spring ( 18 ) in addition to the power supply. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitpaste zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil (11, 12) und dem Kühlkörper (14) angebracht ist.Control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that thermal compound between the heat-generating component ( 11 . 12 ) and the heat sink ( 14 ) is attached. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen und/oder Strompfade für die Stromührung zum wärmeerzeugenden Bauteil (12) an die Aussparung (15') heranreichen oder durch die Aussparung (15') hindurchreichen, und dass vorzugsweise ein elektrischer Anschluss, insbesondere ein Batterieanschluss (19), durch die Aussparung (15) hindurchreichend angeordnet ist.Control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that lines and / or current paths for the power supply to the heat-generating component ( 12 ) to the recess ( 15 ' ) or through the recess ( 15 ' ), and that preferably an electrical connection, in particular a battery connection ( 19 ), through the recess ( 15 ) is arranged through reaching. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trägersubstrat (10) um eine Leiterplatte handelt, dass vorzugsweise die Leiterplatte (10) als einfach-, zweifach- oder mehrfach-Lager ausgebildet ist, und dass weiter vorzugsweise die Leiterplatte (10) aus einem FR2-Material, aus einem FR4-Material, aus einem Keramik-Material o. dgl. hergestellt ist.Control device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is in the carrier substrate ( 10 ) is a printed circuit board that preferably the circuit board ( 10 ) is designed as a single, double or multiple bearing, and that further preferably the circuit board ( 10 ) made of FR2 material, FR4 material, ceramic material or the like. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (14) in etwa U-förmig ausgebildet ist und/oder auf das Gehäuse (13) aufgeschoben ist.Control device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heat sink ( 14 ) is formed in approximately U-shaped and / or on the housing ( 13 ) is postponed.
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