DE102011010431A1 - Electrical device e.g. converter comprises a circuit board, which is equipped with heat-generating components, where the circuit board is arranged in a housing of the device and the housing comprises a cup-shaped housing portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät.The invention relates to an electrical device.
Es ist bekannt, dass Umrichter als Elektrogerät Signalelektronik und Leistungselektronik aufweisen. Dabei wird von der Leistungselektronik ein Verbraucher, wie Elektromotor, gespeist. Die Wärme, insbesondere die Wärme der Leistungshalbleiterschalter der Leistungselektronik, wird an einen Kühlkörper abgeführt und von dort an die Umgebungsluft oder ein anderes umgebendes Kühlmedium.It is known that converters have as electrical device signal electronics and power electronics. This is powered by the power electronics, a consumer, such as electric motor. The heat, in particular the heat of the power semiconductor switches of the power electronics, is dissipated to a heat sink and from there to the ambient air or another surrounding cooling medium.
Zur Verbesserung von Wärmeübergängen ist es bekannt, Wärmeleitpaste in den Wärmeübergangsbereich einzubringen.To improve heat transfer, it is known to introduce thermal paste in the heat transfer area.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät weiterzubilden, wobei die Fertigung einfach sein soll.The invention is therefore the object of developing an electrical device, the production should be easy.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Gerät nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the device according to the features indicated in
Wichtige Merkmale bei dem elektrischen Gerät sind, dass es eine Leiterplatte aufweist, die mit wärmeerzeugenden Bauteilen bestückt ist,
wobei die Leiterplatte in einem Gehäuse des Geräts angeordnet ist,
wobei das Gehäuse ein Gehäuseteil aufweist, insbesondere ein topfförmiges Gehäuseteil,
wobei die Leiterplatte mit einer Kühlplatte zur Bildung einer Einschubeinheit, insbesondere Kassette, verbunden ist, insbesondere schraubverbunden ist,
wobei die Einschubeinheit eingeschoben ist in den vom Gehäuseteil umgebenen Innenraum des Gehäuseteils und mit dem Gehäuseteil lösbar verbunden, insbesondere schraubverbunden, ist.Important features of the electrical device are that it has a printed circuit board that is equipped with heat-generating components,
wherein the printed circuit board is arranged in a housing of the device,
wherein the housing has a housing part, in particular a cup-shaped housing part,
wherein the circuit board is connected to a cooling plate to form a plug-in unit, in particular cassette, in particular screw-connected,
wherein the plug-in unit is inserted into the housing part surrounded by the interior of the housing part and releasably connected to the housing part, in particular screw-connected, is.
Von Vorteil ist dabei, dass das elektrische Gerät umweltfreundlich wartbar und reparierbar ist. Denn bei Ausfall der Elektronik muss nur die Kassette aus dem in einer Anlage oder Maschine installierten Gerät herausgezogen werden und die neue Kassette eingeschoben werden. Auf diese Weise ist also ein Austausch der Elektronik schnell und einfach ausführbar. Da die Verbindung der Kassette mit dem Gehäuseteil lösbar ist, ist eine einfache Montage und Demontage ermöglicht. Die Wärmeableitung von der Kühlplatte ans Gehäuseteil ist sogar ohne Wärmeleitpaste ermöglicht, da die Kontaktfläche zwischen Kühlplatte und Gehäuseteil entsprechend groß ausführbar ist.The advantage here is that the electrical device is environmentally friendly to maintain and repair. Because in case of failure of the electronics only the cassette must be pulled out of the device installed in a system or machine and inserted the new cassette. In this way, so an exchange of electronics is fast and easy executable. Since the connection of the cassette to the housing part is detachable, easy assembly and disassembly is possible. The heat dissipation from the cooling plate to the housing part is even without Wärmeleitpaste possible, since the contact area between the cooling plate and the housing part is executed correspondingly large.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das elektrische Gerät ein Umrichter und pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugende Signalelektronik sowie Leitungselektronik, welche Leistungshalbleiterschalter in einem Leistungsmodul aufweist, welchen die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale zugeführt werden, sind auf derselben Leiterplatte angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Elektronik des Umrichters auf einer einzigen Leiterplatte unterbringbar ist, obwohl die Leistungselektronik starke Ströme und die Signalelektronik schwache Ströme verarbeitet.In an advantageous embodiment, the electrical device is a converter and pulse width modulated drive signals generating signal electronics and line electronics, which has power semiconductor switch in a power module to which the pulse width modulated drive signals are supplied, are arranged on the same circuit board. The advantage here is that the electronics of the inverter can be accommodated on a single circuit board, although the power electronics processed strong currents and the signal electronics weak currents.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Masseverbindung zwischen Leiterplatte und Kühlplatte mittels einer Schraube ausgeführt, welche die Leiterplatte und die Kühlplatte verbindet. Von Vorteil ist dabei, dass gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung auch eine Masseverbindung schaffbar ist.In an advantageous embodiment, a ground connection between the circuit board and the cooling plate is carried out by means of a screw which connects the circuit board and the cooling plate. The advantage here is that simultaneously with the mechanical connection and a ground connection is schaffbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verbindet eine weitere Schraube die Leiterplatte und die Kühlplatte, wobei ein Leistungsmodul zwischengeordnet ist und somit einen Abstand zwischen Leiterplatte und Kühlplatte bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass mit zwei Schrauben die Leiterplatte an die Kühlplatte angeschraubt ist, wobei bei der weiteren Schraube ein Leistungsmodul zur Beabstandung zwischengeordnet ist. Bei der anderen Schraube ist die Kühlplatte mit einem Befestigungsdom derart ausführbar, dass dieser direkt an der vom Schraubenkopf der anderen Schraube abgewandten Seite der Leiterplatte anliegt.In an advantageous embodiment, another screw connects the printed circuit board and the cooling plate, wherein a power module is interposed and thus determines a distance between the printed circuit board and the cooling plate. The advantage here is that with two screws, the circuit board is screwed to the cooling plate, wherein in the other screw a power module is interposed for spacing. In the case of the other screw, the cooling plate with a fastening dome is executable in such a way that it bears directly against the side of the printed circuit board facing away from the screw head of the other screw.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die mit der Leiterplatte verbundene Kühlplatte von einem Keil gegen die Innenwandung des Gehäuseteils angedrückt ist,
insbesondere derart angedrückt ist, dass an einer Kontaktfläche Wärme zumindest eines wärmeerzeugenden Bauteils, insbesondere eines Leistungshalbleiterschalter aufweisenden Leistungsmoduls, an das Gehäuseteil abführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache aber leistungsfähige Verbindungstechnik zwischen Kühlplatte und Gehäuseteil verwendet ist. Somit ist ein guter Wärmeübergang bewirkbar und sogar Wärmeleitpaste verzichtbar. Fertigungstoleranzen sind einfach und leicht ausgleichbar. Ein Verspannen ist ohne Versatz durchführbar, da dieser durch Fertigungstoleranzen nicht bewirkbar wäre. Keil und zugehörige Schraube sind in der aus Leiterplatte und Kühlplatte gebildeten Kassette vormontierbar vor dem Verbinden der Kassette mit dem Topfförmigen Gehäuseteil.In an advantageous embodiment, the cooling plate connected to the circuit board is pressed by a wedge against the inner wall of the housing part,
is pressed in particular such that at a contact surface heat of at least one heat-generating component, in particular a power semiconductor switch having power module, can be dissipated to the housing part. The advantage here is that a simple but powerful connection technology between the cooling plate and the housing part is used. Thus, a good heat transfer can be effected and even heat-conducting paste dispensable. Manufacturing tolerances are simple and easily compensated. A distortion can be carried out without offset, since this would not be effected by manufacturing tolerances. The wedge and associated screw are preassembled in the cassette formed from the printed circuit board and the cooling plate before connecting the cassette to the cup-shaped housing part.
Weiter ist der Umweltschutz verbessert, weil bei defekter Elektronik nur die Kassette auszutauschen ist. Das topfförmige Gehäuseteil ist wiederverwendbar und kann beim Austausch der Kassette in der Anlage installiert bleiben. Dies verringert auch den Reparaturaufwand.Next, the environmental protection is improved, because with defective electronics only the cassette is replaced. The pot-shaped housing part is reusable and can remain installed when replacing the cassette in the system. This also reduces the repair effort.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Keil abgestützt an einem Abschnitt des Gehäuseteils, insbesondere an einem in den vom Gehäuseteil umgebenen Innenraumbereich des Geräts hineinragenden Abschnitt des Gehäuseteils. Von Vorteil ist dabei, dass ein Verspannen der Kühlplatte durch den Keil mittels Abstützen am Abschnitt und Andrücken der Kühlplatte an das Gehäuseteil erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the wedge is supported on a portion of the housing part, in particular on a part of the housing part projecting into the interior region of the device surrounded by the housing part. The advantage here is that a distortion of the cooling plate by the wedge by means of supports on the section and pressing the cooling plate is accessible to the housing part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abschnitt ein Befestigungsdom. Von Vorteil ist dabei, dass eine einstückige Fertigung des Gehäuseteils zusammen mit dem Abschnitt einfach ausführbar ist. Alternativ ist auch eine zweistückige Ausführung ausführbar, wenn eine entsprechende Verbindung der Stücke gemacht wird.In an advantageous embodiment of the section is a mounting dome. The advantage here is that a one-piece production of the housing part is easy to carry out together with the section. Alternatively, a two-piece design is feasible if a corresponding connection of the pieces is made.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schraube in eine Ausnehmung, insbesondere Gewindebohrung, des Abschnitts derart einschraubbar, dass beim Einschrauben die Schraube, insbesondere deren Schraubenkopf, auf den Keil drückt und somit über eine Schrägfläche, insbesondere eine zur Schraubachsrichtung einen Winkel zwischen 0° und 90° aufweisenden Fläche, vom Keil eine Andruckkraft auf die Kühlplatte geleitet wird. Von Vorteil ist dabei, dass Fertigungstoleranzen einfach ausgleichbar sind und mit einer großen Kraft die Kühlplatte an die Innenwandung des Gehäuseteils anpressbar ist.In an advantageous embodiment, a screw in a recess, in particular threaded bore, of the section can be screwed in such a way that when screwing the screw, in particular its screw head, presses on the wedge and thus an inclined surface, in particular an angle to the Schraubachsrichtung between 0 ° and 90 ° ° surface, by the wedge a pressure force is passed to the cooling plate. The advantage here is that manufacturing tolerances are easily compensated and with a large force, the cooling plate can be pressed against the inner wall of the housing part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Abschnitt eine Führung für den Keil auf, insbesondere wobei die Führung zumindest eine Führungsnut aufweist, welche parallel zur Schraubenachsrichtung ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Keil in der Schraubenachsrichtung führbar ist und die Andrückkraft über eine schrägfläche einfach ableitbar ist.In an advantageous embodiment, the section has a guide for the wedge, in particular wherein the guide has at least one guide groove which is aligned parallel to the screw axis direction. The advantage here is that the wedge is feasible in the Schraubenachsrichtung and the contact pressure on an inclined surface is easily derivable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Keil eine Ausnehmung auf, insbesondere ein Rundloch oder eine Rundbohrung, durch welches beziehungsweise durch welche die Schraube hindurchragt. Von Vorteil ist dabei, dass der Durchmesser der Ausnehmung kleiner ist als der Außendurchmesser des Schraubenkopfes aber größer als der Durchmesser des Schraubgewindes. Somit ist der Schraubenkopf als Anpressmittel verwendbar.In an advantageous embodiment, the wedge has a recess, in particular a round hole or a round bore, through which or through which the screw protrudes. The advantage here is that the diameter of the recess is smaller than the outer diameter of the screw head but larger than the diameter of the screw thread. Thus, the screw head can be used as a contact pressure.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei derartige Keile an der Leiterplatte vorgesehen und somit eine stabile Verbindung zwischen Kassette und Gehäuseteil erreichbar.In an advantageous embodiment, two such wedges are provided on the circuit board and thus achievable a stable connection between the cassette and the housing part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umschließt ein Kunststoffkörper die Leiterplatte zumindest teilweise und ist mit der bestückten Leiterplatte verbunden, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig. Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte samt der bestückten Bauelemente geschützt ist vor mechanischen Einwirkungen, wie Kraftstößen, Erschütterungen oder dergleichen. Insbesondere sind auch herausstehende Bauteile gegen Schwingungen besser stabilisierbar mittels des Kunststoffkörpers. Somit ist eine sichere Transportfähigkeit und Lagerfähigkeit gewährleistbar, wobei die Leiterplatte nicht eingebaut ist im Gehäuse des Geräts. Bei wärmeleitender Ausführung des Kunststoffkörpers ist auch eine verbesserte Entwärmung der Wärme erzeugenden Bauelemente erreichbar.In an advantageous embodiment, a plastic body encloses the printed circuit board at least partially and is connected to the assembled printed circuit board, in particular cohesively and / or positively. The advantage here is that the circuit board, including the assembled components is protected against mechanical effects, such as power surges, vibrations or the like. In particular, protruding components are better stabilized against vibrations by means of the plastic body. Thus, a safe transportability and storability is ensured, wherein the circuit board is not installed in the housing of the device. In thermally conductive design of the plastic body and improved heat dissipation of the heat generating components can be achieved.
Alternativ ist beidseitig der Leiterplatte ein Kunststoffkörper angeordnet und mit der bestückten Leiterplatte verbunden, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig. Von Vorteil ist dabei, dass der Kunststoffkörper die Leiterplatte umgibt und somit ein guter mechanischer Schutz gewährleistbar.Alternatively, a plastic body is arranged on both sides of the printed circuit board and connected to the assembled printed circuit board, in particular cohesively and / or positively. The advantage here is that the plastic body surrounds the circuit board and thus a good mechanical protection guaranteed.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kunststoffkörper aus mindestens zwei miteinander formschlüssig verbundenen Teilkörpern zusammengesetzt, insbesondere wobei die formschlüssige Verbindung eine Verrastung ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Teilkörper vorfertigbar sind und somit um die Leiterplatte anordenbar und miteinander verbindbar sind. Somit muss die Leiterplatte nicht belastet werden beim Anordnen der Teilkörper um die Leiterplatte herum.In an advantageous embodiment of the plastic body is composed of at least two mutually positively connected partial bodies, in particular wherein the positive connection is a latching. The advantage here is that the body parts are vorfertigbar and thus can be arranged around the circuit board and connected to each other. Thus, the circuit board does not have to be loaded when arranging the part bodies around the circuit board.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kunststoffkörper einstückig ausgebildet, insbesondere als Umspritzung oder als Kunststoffgussteil hergestellt. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders kostengünstige Herstellung ausführbar ist, da die Leiterplatte nur in eine Werkzeugform eingebracht werden muss und dann umspritzbar oder umgießbar ist.In an advantageous embodiment, the plastic body is integrally formed, in particular produced as encapsulation or as a plastic casting. The advantage here is that a particularly cost-effective production is executable, since the circuit board must be introduced only in a mold and then umspritzbar or pourable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die bestückte Leiterplatte an ihrer Oberfläche einen Lack auf, insbesondere einen wasserdampfabweisenden Lack und/oder einen wasserabweisenden Lack. Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte in einer Werkzeugform mit Styroporkügelchen umgebbar und Wasserdampf hinzugebbar ist, so dass in einfacher Herstellungsweise eine Ummantelung mit Styropor produzierbar. Unter Styropor wird dabei auch jeder andere geschäumte Kunststoff verstanden, insbesondere welcher wärmeleitend und elektrisch isolierend ist und vorzugsweise einen Flammschutz-Zusatz aufweist.In an advantageous embodiment, the assembled printed circuit board on its surface on a paint, in particular a water vapor-repellent paint and / or a water-repellent paint. The advantage here is that the circuit board in a mold with Styrofoam balls umbar and Wasserbewampf be added, so that in a simple manner of production, a sheath with Styrofoam produced. Under Styrofoam is understood to mean any other foamed plastic, in particular which is thermally conductive and electrically insulating and preferably has a flame retardant additive.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kunststoff als Styropor oder als Schaumstoff, insbesondere als ein Polyurethanschaum, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein kostengünstiges Material verwendbar ist, das durch chemische Zusatzbestandteile mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit ausstattbar ist.In an advantageous embodiment, the plastic is designed as styrofoam or as a foam, in particular as a polyurethane foam. The advantage here is that a cost-effective material is used, which can be equipped by chemical additives with improved thermal conductivity.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kunststoff eine bessere Wärmeleitfähigkeit, insbesondere spezifische Wärmeleitfähigkeit, auf als Luft,
insbesondere wobei der Kunststoffkörper aus elektrisch isolierendem Werkstoff gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass durch entsprechende Zusätze die Wärmeleitfähigkeit verbesserbar ist. Außerdem ist somit Luft als Wärmetransportmittel verzichtbar und ein direktes Zwischenordnen des Kunststoffkörpers zwischen Leiterplatte und Kühlplatte ermöglicht.In an advantageous embodiment, the plastic has a better thermal conductivity, in particular specific thermal conductivity, than air,
in particular wherein the plastic body is made of electrically insulating material. The advantage here is that by appropriate additives, the thermal conductivity is improved. In addition, air is thus dispensed with as a heat transport medium and allows a direct interposition of the plastic body between the circuit board and the cooling plate.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Elektrogerät ein Umrichter ist, insbesondere wobei die Signalelektronik und die Leistungselektronik des Umrichters auf der Leiterplatte angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine Leiterplatte zu bestücken ist und somit eine hochautomatisierte Herstellung ermöglicht ist, da das Bestücken durch Bestückungsautomaten ausführbar ist. Außerdem ist das Verbinden der elektronischen Schaltung, also umfassend die Leiterplatte mit verbundener Kühlplatte, mit dem Gehäuse besonders einfache und leicht ausführbar, da nur ein Einschieben der elektronischen Schaltung ins topfförmige Gehäuse auszuführen ist.In an advantageous embodiment, the electrical appliance is a converter, in particular wherein the signal electronics and the power electronics of the converter arranged on the circuit board. The advantage here is that only one circuit board is to equip and thus a highly automated production is possible, since the loading can be performed by placement machines. In addition, the connection of the electronic circuit, thus comprising the printed circuit board with a connected cooling plate, with the housing is particularly simple and easy to carry out, since only one insertion of the electronic circuit is to be executed in the cup-shaped housing.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der Leiterplatte ein Leistungsmodul angeordnet, welches mit einer Kühlplatte, insbesondere auf eine Aluminium enthaltendes Kühlplatte, verbunden ist, insbesondere auf diese Kühlplatte aufgeschraubt ist und mit dieser wärmeleitend verbunden ist zur Abfuhr von Wärme. Von Vorteil ist dabei, dass bei Montage die Kühlplatte über das Leistungsmodul mit der Leiterplatte verbindbar ist. Somit ist mit dem Kunststoffkörper eine erste Seite der Leiterplatte schätzbar, also die von der Kühlplatte abgewandte Seite der Leiterplatte, und es ist die andere Seite der Leiterplatte nicht nur durch den restlichen Teilkörper des Kunststoffkörpers schätzbar sondern auch durch die Kühlplatte.In an advantageous embodiment, a power module is arranged on the circuit board, which is connected to a cooling plate, in particular on a cooling plate containing aluminum, in particular screwed onto this cooling plate and is connected to this heat-conducting for the removal of heat. The advantage here is that when mounting the cooling plate via the power module with the circuit board is connected. Thus, a first side of the printed circuit board can be estimated with the plastic body, that is, the side of the printed circuit board facing away from the cooling plate, and the other side of the printed circuit board can not only be estimated by the remaining partial body of the plastic body, but also by the cooling plate.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühlplatte außerhalb des Kunststoffkörpers angeordnet, insbesondere wobei das Leistungsmodul durch eine Ausnehmung des Kunststoffkörpers hindurchragt. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärmeableitung durch den ansonsten schützenden Kunststoffkörper nicht beeinträchtigt wird.In an advantageous embodiment, the cooling plate is arranged outside the plastic body, in particular wherein the power module protrudes through a recess of the plastic body. The advantage here is that the heat dissipation is not affected by the otherwise protective plastic body.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kunststoffkörper Ausnehmungen für auf der Leiterplatte bestückte Bauteile, insbesondere für große Bauteile, auf. Von Vorteil ist dabei, dass in diesen Bereichen die Wärmeabfuhr an die Kühlplatte mittels Luft ausführbar ist oder – wie bei dem Leistungsmodul – durch eine Kontaktfläche an der Kühlplatte.In an advantageous embodiment, the plastic body has recesses for components mounted on the printed circuit board, in particular for large components. The advantage here is that in these areas, the heat dissipation to the cooling plate by means of air is executable or - as in the power module - by a contact surface on the cooling plate.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kunststoffkörper, insbesondere der zweite Teilkörper, eine weitere Ausnehmung auf, die eine Luftverbindung zwischen einem Wärme erzeugenden, auf der Leiterplatte bestückten Bauelement und einem Oberflächenteilbereich der Kühlplatte ist, insbesondere zur konvektiven Ableitung von Wärme mittels der Luftverbindung an die Kühlplatte. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der dem jeweiligen Wärme erzeugenden Bauelement beziehungsweise dem zugehörigen Oberflächenberiech der Leiterplatte zugeordneten Ausnehmung im Kunststoffkörper ein Luftraumbereich geschaffen ist, der zumindest teilweise von einem Oberflächenbereich der Kühlplatte begrenzt wird und von einem jeweiligen Wärme erzeugenden Bauelement beziehungsweise von dem hierzu zugehörigen Oberflächenbereich der Leiterplatte. Somit bildet sich bei Temperaturdifferenzen konvektiv angetriebene Luftströmung aus, so dass eine Wärmeabfuhr an die Kühlplatte ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the plastic body, in particular the second body part, a further recess, which is an air connection between a heat-generating, fitted on the circuit board component and a surface portion of the cooling plate, in particular for the convective dissipation of heat by means of the air connection to the cooling plate , The advantage here is that by means of the respective heat-generating component or the associated Oberflächenberiech the circuit board associated recess in the plastic body, an airspace area is created, which is at least partially bounded by a surface region of the cooling plate and by a respective heat-generating component or of the associated thereto Surface area of the printed circuit board. Thus convectively driven air flow is formed at temperature differences, so that a heat dissipation to the cooling plate is made possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Seite der Leiterplatte oder zumindest ein Teilbereich dieser Seite, insbesondere lückenlos, bedeckt, also abgedeckt von dem Kunststoffkörper, insbesondere von dessen erstem Teilkörper, und
die andere Seite der Leiterplatte ist zumindest teilweise bedeckt, also abgedeckt, von dem Kunststoffkörper, insbesondere von dessen zweitem Teilkörper, insbesondere wobei der zweite Teilkörper ringförmig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die abgedeckten auf der Leiterplatte bestückten Bauelemente geschützt sind vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise mechanischer Krafteinwirkung. Der Kunststoffkörper führt also gehäusebildende Funktionen aus – soweit die Bedeckung sich erstreckt. Dabei ist er allerdings elastischer als ein Aluminiumgehäuse. Erst nach Einbau in das topfförmige Gehäuseteil und Verschließen desselben mit dem Deckelteil ist ein vollständiges Gehäuse geschaffen. In diesem eingebauten Zustand übernimmt der Kunststoffkörper dann auch Wärme ableitende Funktion beziehungswiese schafft'Luftraumbereiche zur gezielten Entwärmung von Wärme erzeugenden Bauelementen, wenn seine Wärmeleitfähigkeit geringer als die von Luft ist.In an advantageous embodiment, a first side of the printed circuit board or at least a portion of this page, in particular completely, covered, so covered by the plastic body, in particular of the first body part, and
the other side of the printed circuit board is at least partially covered, so covered, by the plastic body, in particular by its second partial body, in particular wherein the second partial body is annular. The advantage here is that the covered mounted on the circuit board components are protected against environmental influences, such as mechanical force. The plastic body thus performs housing-forming functions - as far as the cover extends. He is, however, more elastic than an aluminum housing. Only after installation in the cup-shaped housing part and closing the same with the cover part a complete housing is created. In this installed state, the plastic body then takes over heat-dissipating function resp. Meadow creates air spaces for targeted cooling of heat-generating components, when its thermal conductivity is lower than that of air.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse des Geräts ein topfförmiges Gehäuseteil auf, das von einem Deckelteil verschlossen ist,
insbesondere wobei an der Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils eine Kontaktfläche zur Wärmeeinleitung von der Kühlplatte ans Gehäuse angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die von der Kühlplatte ans Gehäuse eingeleitete Wärme aufspreizbar ist über das ganze topfförmige Gehäuseteil. Somit verteilt sich die Wärme auf eine große Oberfläche. Dabei ist allerdings die Kontaktfläche zur Kühlplatte in möglichst guten Wärmekontakt zu bringen. Da die Kühlplatte selbst schon flächig und groß, insbesondere vergleichbar mit der ganzen Leiterplatte, ausführbar ist, ist ein hinreichender Wärmeübergang einfach herstellbar, insbesondere sogar ohne Wärmeleitpaste im Kontaktbereich. Der Einbau der Kassette, bestehend aus Kühlplatte, Kunststoffkörper und Leiterplatte, in das topfförmige Gehäuse ermöglicht auch das Herstellen von verschiedenen Varianten in einfacher Weise. Denn stets dieselbe Kassette ist in verschiedene Gehäuseteile einbaubar. Somit sind applikationsspezifische oder marktspezifische Besonderheiten durch entsprechend Modifizierte Gehäuseteile abdeckbar. Die Deckelteil sind entsprechend variierbar. Eine hohe Varianz ist mit einer geringen Anzahl von Bauteilen erzeugbar.In an advantageous embodiment, the housing of the device has a cup-shaped housing part, which is closed by a cover part,
in particular wherein a contact surface for heat introduction from the cooling plate to the housing is arranged on the inner wall of the cup-shaped housing part. The advantage here is that the introduced from the cooling plate to the housing heat is spreadable over the whole cup-shaped housing part. Thus, the heat is distributed on a large surface. However, the contact surface to the cooling plate should be brought into the best possible thermal contact. Since the cooling plate itself is already flat and large, in particular comparable to the whole circuit board, executable, a sufficient heat transfer is easy to produce, especially even without thermal grease in the contact area. The installation of the cassette, consisting of cooling plate, plastic body and circuit board, in the cup-shaped housing also allows the production of different variants in easy way. Because always the same cassette can be installed in different housing parts. Thus, application-specific or market-specific features can be covered by appropriately modified housing parts. The lid part can be varied accordingly. A high variance can be generated with a small number of components.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwischen Deckelteil und Gehäuseteil Kabeldurchführungen angeordnet, insbesondere für Versorgungsleitungen, einen Verbraucher speisenden Leitungen und Datenbusleitungen. Von Vorteil ist dabei, dass das topfförmige Gehäuse mit möglichst tief liegendem Boden ausführbar ist, also mit hohen Topfseitenwänden.In an advantageous embodiment, cable bushings are arranged between the cover part and the housing part, in particular for supply lines, a load-feeding lines and data bus lines. The advantage here is that the cup-shaped housing is executable with the lowest possible floor, so with high pot side walls.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Geräts sind, dass das Gerät eine zumindest mit einem Leistungsmodul und weiteren Bauteilen bestückte Leiterplatte aufweist, insbesondere wobei die Bauteile und das Leistungsmodul somit auf der Leiterplatte befestigt sind,
wobei
- (i) in einem Verfahrensschritt die Leiterplatte zumindest teilweise mit einem Kunststoffkörper umschlossen wird, insbesondere – mit Kunststoff zumindest teilweise umspritzt wird zur Bildung des Kunststoffkörpers – oder zwischen mindestens zwei Teilkörper des zumindest zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers eingelegt wird, wobei die Teilkörper nach dem Einlegen miteinander verbunden werden, insbesondere formschlüssig und/oder mittels Verrastung,
- (ii) in einem nachfolgenden Verfahrensschritt eine Kühlplatte mit dem Leistungsmodul verbunden, insbesondere schraubverbunden, wird,
- (iii) in einem weiter nachfolgenden Verfahrensschritt die Leiterplatte samt Kühlplatte und Kunststoffkörper in ein topfförmiges Gehäuseteil eingeschoben wird und die Kühlplatte an einer Kontaktfläche der Innenwandung des Gehäuseteils angedrückt wird, insbesondere wärmeleitend verbunden wird.
in which
- (I) in a method step, the circuit board is at least partially enclosed with a plastic body, in particular - at least partially encapsulated with plastic to form the plastic body - or between at least two partial body of the at least two-piece plastic body is inserted, wherein the partial body connected to each other after insertion be, in particular form-fitting and / or by means of locking,
- (ii) in a subsequent method step, a cooling plate is connected, in particular screw-connected, to the power module,
- (Iii) in a further subsequent step, the printed circuit board together with the cooling plate and plastic body is inserted into a cup-shaped housing part and the cooling plate is pressed against a contact surface of the inner wall of the housing part, in particular thermally conductively connected.
Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte von einem schützenden Kunststoffkörper umgeben wird und somit beim Transport und Lagern geschützt ist. Nach Verbinden der Kühlplatte ist der Schutz erhöht und die elektronische Schaltung als Einheit, insbesondere Kassette, transportierbar. Zur Endmontage muss nur die Kassette in das topfförmige Gehäuse eingeschoben werden und mit ihrer Kühlplatte in Kontakt gebracht werden zur Wärmeableitung ans topfförmige Gehäuse. Das Gehäuse ist dabei aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, damit die Wärme gut abgeleitet wird und eine hohe mechanische Stabilität gehäusebildend eingesetzt wird.The advantage here is that the circuit board is surrounded by a protective plastic body and thus protected during transport and storage. After connecting the cooling plate, the protection is increased and the electronic circuit as a unit, in particular cassette, transportable. For final assembly, only the cassette must be inserted into the cup-shaped housing and brought into contact with its cooling plate for heat dissipation to the pot-shaped housing. The housing is made of metal, such as aluminum, so that the heat is well dissipated and a high mechanical stability is used forming the housing.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or posing by comparison with the prior art task.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to schematic illustrations:
In der
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Das Gehäuse des Umrichters weist ein topfförmiges einstückig vorzugsweise aus Aluminium gefertigtes Gehäuseteil
Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Drehstrommotor. Die Versorgungskabel führen vorzugswiese einphasig oder dreiphasig Netzwechselspannung.The electric motor is preferably a three-phase motor. The supply cables lead preferably single-phase or three-phase mains AC voltage.
Im Innenraum des Umrichters ist eine Kassette eingeschoben, die die Leiterplatte
Auf der Leiterplatte ist die gesamte elektronische Schaltung des Umrichters angeordnet, also Signalelektronik und Leistungselektronik. Dabei gehören zur Leistungselektronik zumindest
- – ein Gleichrichter, welcher die mittels der Versorgungskabel zugeführte Wechselspannung gleichrichtet,
- – ein Zwischenkreiskondensator zum Glätten der gleichgerichteten Spannung und
- – ein Leistungsmodul, welches in Halbbrücken angeordnete Leistungshalbleiterschalter aufweist, von welchen die den Motor speisenden Leitungen gespeist werden.
- A rectifier which rectifies the AC voltage supplied by the supply cables,
- - An intermediate circuit capacitor for smoothing the rectified voltage and
- - A power module, which has arranged in half-bridges power semiconductor switch, from which the motor-feeding lines are fed.
Die Signalelektronik erzeugt pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die Leistungshalbleiterschalter und ist mit dem Datenbus verbunden.The signal electronics generates pulse width modulated drive signals for the power semiconductor switches and is connected to the data bus.
Die Leiterplatte
Das Leistungsmodul
Die Kühlplatte weist eine Plattenfläche von mehr als 50%, insbesondere von mehr als 80% oder 90% der Leiterplattenfläche auf. Es ist sogar eine verbesserte Wärmeaufspreizung erreichbar, wenn die Plattenfläche der Kühlplatte
Somit ist eine Aufspreizung der vom Leistungsmodul erzeugten Wärme erreicht.Thus, a spread of the heat generated by the power module is achieved.
Bei Einführen der Kassette ins topfförmige Gehäuseteil
Wichtig ist dabei, dass das topfförmige Gehäuseteil die Kassette mit Ausnahme des Deckelteilbereichs umschließt. Somit sitzt die Leiterplatte beidseitig in diesem thermisch ungefähr gleiche Temperatur aufweisenden Gehäuseteil
Die Leiterplatte
Auf der ersten Seite der Leiterplatte ist ein das erste Schaumteil
Die beiden Schaumteile
Das zweite Schaumteil
Das zweite Schaumteil
Die Verrastung
Die Schaumteile
Außerdem sind je nach Applikation oder Kundenwunsch verschieden geformte topfförmige Gehäuseteile
Die Verrastung
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Beabstandung der großen Bauteile
Unter Luft ist bei der vorliegenden Erfindung die Umgebungsluft des Umrichters und/oder Luft mit einer Temperatur von 20°C bei 1 bar Druck und einer Feuchtigkeit von 30% zu verstehen, Wenn die Wärmeleitfähigkeit des Schaumteilwerkstoffes diejenige von Luft übersteigt, wird auf die Ausnehmungen für konvektiv betriebene Luftbereiche möglichst verzichtet. Es werden also dann nur Ausnehmungen für die großen Bauteile
Als Schaumstoffwerkstoff ist ein Polyurethan verwendbar oder auch Styropor.As a foam material, a polyurethane is used or polystyrene.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die bestückte Leiterplatte
Vorzugsweise wird auf Wärmeleitpaste im Kontaktbereich zwischen Kühlplatte und Gehäuseteil verzichtet. Die Fläche ist hierfür genügend groß, so dass die Wärme entsprechend effektiv aufgespreizt ist.Preferably, thermal paste is dispensed with in the contact region between the cooling plate and the housing part. The surface is sufficiently large for this, so that the heat is correspondingly effectively spread.
Wie in
Auf der Leiterplatte
Die im Deckelteil
In
Der Keil
Die Führungsnasen
Wie in
Wie in
Wie in
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Führungsnasen
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsdom
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kühlplattecooling plate
- 22
- Verrastunglatching
- 33
- großes Bauteil, insbesondere Kondensatorlarge component, in particular capacitor
- 44
- zweites Schaumteilsecond foam part
- 55
- Leistungsmodul, aufweisen LeistungshalbleiterschalterPower module, have power semiconductor switch
- 66
- Verrastunglatching
- 77
-
Schraubenkopf einer Verbindungsschraube zum Anschrauben des Leistungsmoduls an die Kühlplatte
1 Screw head of a connecting screw for screwing the power module to thecooling plate 1 - 88th
- Deckelteilcover part
- 99
- topfförmiges Gehäuseteilcup-shaped housing part
- 1010
- erstes Schaumteilfirst foam part
- 1111
- SMD-Bauteile oder kleine elektronische BauteileSMD components or small electronic components
- 1212
- Leiterplattecircuit board
- 3030
- Aufnahme für KabeldurchführungHolder for cable entry
- 3131
- Steckverbinderteilconnector part
- 3232
-
Dom, einstückig am Boden des topfförmigen Gehäuseteil
9 ausgebildetDom, integrally on the bottom of the cup-shapedhousing part 9 educated - 3333
- Schraubescrew
- 3434
- Keilwedge
- 4040
- Kontaktfläche zur Wärmeabfuhr, insbesondere Kupfer- oder Keramik-KontaktflächeContact surface for heat dissipation, in particular copper or ceramic contact surface
- 5050
-
Führungsnut zur Führung des Keils
34 Guide groove for guiding thewedge 34 - 5151
- seitliche Führungsnaselateral guide nose
- 6060
-
Kabeldurchführung in der Aufnahme
30 Cable bushing in thereceptacle 30 - 7070
- erste Gleitflächefirst sliding surface
- 7171
- zweite Gleitflächesecond sliding surface
- 8080
- Verbindungsschraubeconnecting screw
- 9090
- Verbindungsschraubeconnecting screw
- 9191
- Befestigungsdom für PE-Schraube, also ErdungFixing dome for PE screw, ie earthing
Claims (15)
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DE201110010431 DE102011010431A1 (en) | 2011-02-04 | 2011-02-04 | Electrical device e.g. converter comprises a circuit board, which is equipped with heat-generating components, where the circuit board is arranged in a housing of the device and the housing comprises a cup-shaped housing portion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE201110010431 DE102011010431A1 (en) | 2011-02-04 | 2011-02-04 | Electrical device e.g. converter comprises a circuit board, which is equipped with heat-generating components, where the circuit board is arranged in a housing of the device and the housing comprises a cup-shaped housing portion |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 2011-02-04 DE DE201110010431 patent/DE102011010431A1/en active Pending
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