DE102011119490A1

DE102011119490A1 - Elektrisches Gerät und Verfahren

Info

Publication number: DE102011119490A1
Application number: DE201110119490
Authority: DE
Inventors: Joachim Nikola; Martin Schörner
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Elektrisches Gerät, insbesondere Umrichter, wobei eine Leiterplatte mit Wärme erzeugenden Bauteilen bestückt ist und mit einer Kühlplatte verbunden ist, wobei zwischen Leiterplatte und Kühlplatte ein Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper eines zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers, angeordnet ist, wobei der Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper des Kunststoffkörpers, eine Ausnehmung aufweist, die zusammen mit zumindest der Kühlplatte und einem oder mehreren Bauteilen einen Kanal oder ein Kanalsystem bildet, dessen Oberfläche zumindest teilweise von einem jeweiligen Oberflächenbereich eines jeweiligen Wärme erzeugenden Bauteils und zumindest teilweise von einem Oberflächenbereich der Kühlplatte gebildet ist, wobei in dem Kanal beziehungsweise Kanalsystem ein Kühlmedium, insbesondere Luft, angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät und Verfahren.
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.
Zur Verbesserung von Wärmeübergängen ist es bekannt, Wärmeleitpaste in den Wärmeübergangsbereich einzubringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät weiterzubilden, wobei die Fertigung einfach sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Gerät nach den in Anspruch 1 oder 2 und bei dem Verfahren nach Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale bei der Erfindung sind, dass das elektrische Gerät, insbesondere Umrichter, eine Leiterplatte aufweist, welche mit Wärme erzeugenden Bauteilen bestückt ist und mit einer Kühlplatte verbunden ist,
wobei zwischen Leiterplatte und Kühlplatte ein Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper eines zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers, angeordnet ist,
wobei der Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper des Kunststoffkörpers, eine Ausnehmung aufweist, die zusammen mit zumindest der Kühlplatte und einem oder mehreren Bauteilen einen Kanal oder ein Kanalsystem bildet, dessen Oberfläche zumindest teilweise von einem jeweiligen Oberflächenbereich eines jeweiligen Wärme erzeugenden Bauteils und zumindest teilweise von einem Oberflächenbereich der Kühlplatte gebildet ist,
wobei in dem Kanal beziehungsweise Kanalsystem ein Kühlmedium, insbesondere Luft, angeordnet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die von den Wärme erzeugenden Bauteilen Wärme einströmt ins Kühlmedium und von diesem weiter transportierbar ist an die Kühlplatte, welche wiederum die Wärme aufspreizt und somit den Übergang der Wärme ans Gehäuseteil auf niedrigerem Temperaturniveau ermöglicht. Auf diese Weise ist sogar Wärmeleitpaste einsparbar an der Kontaktfläche zwischen Kühlplatte und Gehäuseteil. Das Gehäuseteil umgibt die Leiterplatte und Kühlplatte beidseitig, umschließt also beide, und spreizt deshalb die Wärme weiter auf über die gesamte Oberfläche des Gehäuseteils.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kühlmedium von einem Lüfter, insbesondere von einem elektromotorisch angetriebenen Lüfter, angetrieben wird und den Kanal beziehungsweise das Kanalsystem durchströmt, insbesondere wobei der Lüfter im Kanal beziehungsweise Kanalsystem angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass im Gegensatz zur konvektiven Kühlung eine weit aus leistungsfähigere Kühlung bewirkbar ist. Daher genügen auch relativ kleine Oberflächenbereiche der Wärme erzeugenden Bauteile im Kontaktbereich zum Kanalsystem und relativ kleine Oberflächenbereiche der Kühlplatte, um den Wärmetransport zu bewerkstelligen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kanal ringförmig ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass eine effektive Kühlung ermöglicht ist, da ein Kühlmittelkreislauf aktivierbar ist, so dass ein effektive Strömung bewirkbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse des Geräts ein Gehäuseteil auf, insbesondere ein topfförmiges Gehäuseteil, und ein Deckelteil, wobei das Deckelteil auf das Gehäuseteil aufgesetzt ist, wobei zwischen Deckelteil und Gehäuseteil eine Kabeldurchführung angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass für das Herstellen der Dichtheit kein zusätzlicher Fertigungsschritt ausgeführt werden muss sondern beim Aufsetzen des Deckelteils auf die Kabeldurchführung und das Gehäuseteil die Kabeldurchführung elastisch verformt wird, also beim Verbinden des Deckelteils gleichzeitig die Dichtheit zum Kabel hergestellt wird. Somit ist eine besonders schnelle und einfache Fertigung des Geräts ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kabeldurchführung in einer als Aufnahme ausgebildeten Ausnehmung des Deckelteils oder des Gehäuseteils aufgenommen ist, welche in der vom anderen Teil, insbesondere also Gehäuseteil beziehungsweise Deckelteil, abgewandten Richtung verjüngend ausgeführt ist, insbesondere wobei die Ausnehmung U-förmig ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass bei Verbinden des Deckelteils mit dem Gehäuseteil die Kabeldurchführung in Richtung des Bodens der Ausnehmung, insbesondere also in Richtung des Bodens des U, gedrückt wird und somit elastisch verformt wird. Da ein entlang des U im Wesentlichen gleichmäßiger Kraftverlauf bewirkt wird, ist eine hohe Dichtheit erreichbar.
Unter U-Form werden auch U-ähnliche Formen oder Halbkreis-Formen verstanden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kabeldurchführung einstückig ausgebildet und/oder dass die Kabeldurchführung aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff, ausgebildet ist, insbesondere wobei die Kabeldurchführung mittels Aufsetzen und Verbinden des Deckelteils auf das Gehäuseteil verformbar ist, insbesondere elastisch verformbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Kabeldurchführung als Kabeldichtung kostengünstig herstellbar ist, insbesondere als Spritzgussteil und/oder Gummiteil. Darüber hinaus ist eine dichte Verbindung zum berührenden Deckelteil hin und zum die Kabeldurchführung berührenden Gehäuseteil hin erreichbar, weil das weiche Material der Kabeldurchführung sich in Unebenheiten der Berühroberfläche einschmiegt und auch um Kanten herum sich anschmiegt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kabeldurchführung einen Kanal zur Durchführung mindestens eines Kabels auf, wobei der Kanal an seinem ersten Endbereich in den Innenraum des Geräts mündet und an seinem anderen Endbereich in die äußere Umgebung des Geräts mündet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Kabel durch den Kanal führbar ist und somit bei Verformen der Kabeldurchführung eine dichte Verbindung zur Kanalwandung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kanal zumindest eine beim ersten Einführen des Kabels zerstochene Membran auf, wobei die verbleibenden Membranteile am Kabel anliegen insbesondere wobei die Membran die Kabeldurchführung verschließt, solange noch kein Kabel eingeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Membranreste, die beim Zerstechen übrig bleiben sich eng an das Kabel und die Kanalinnenwandung anschmiegen und zur Dichtheit beitragen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kabeldurchführung eine umlaufende Nut auf, insbesondere in welche in einem ersten Teilberiech der Nut die Wand des Gehäuseteils eingreift und in welche in einem anderen Teilbereich der Nut die Wand des Deckelteils eingreift. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders gute Dichtheit erreicht wird und schon vor dem Verbinden des Deckelteils oder Gehäuseteils ein Halten der Kabeldurchführung im Gehäuseteil oder Deckelteil erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Deckelteil und das Gehäuseteil schraubverbunden, insbesondere wobei die Verbindungsschrauben in Gewindebohrungen eingeschraubt sind, welche sich in jeweiligen am Gehäuseteil ausgebildeten Befestigungsdomen befinden, insbesondere wobei die Schraubenköpfe das Deckelteil gegen das Gehäuseteil drücken. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Verbindung herstellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei Aufsetzen und Verbinden, insbesondere Schraubverbinden, des Deckelteils auf das Gehäuseteil die Kabeldurchführung derart verformt, dass die Wandung des Kanals der Kabeldurchführung am Kabel derart dicht anliegt, dass das Kabel mit der Kabeldurchführung dicht und/oder in hoher Schutzart verbunden ist, insbesondere spritzwasserdicht und dicht gegen mit einem Überdruck von 0,1 bar anstehendes Wasser. Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher und kostengünstiger Weise eine dichte Verbindung in hoher Schutzart herstellbar ist. Denn die Kabeldurchführung ist einstückig ausführbar, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil oder Gummiteil. Somit ist ein elastisch verformbarer Werkstoff verwendbar. Dabei ist die Kabeldurchführung zum Deckelteil hin mit einer leicht gewölbten Kontur ausführbar, welche mit einer geraden Kontur des Deckelteil korrespondiert, so dass die beim Aufsetzen des Deckelteils vom Gehäuseteil in die Kabeldurchführung eingeleitete Kraft im Wesentlichen in der Mitte der gewölbten Kontur wirkt und in Richtung der Kontaktfläche der Kabeldurchführung mit dem Deckelteil verteilt wird, insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung wird besonders gut erreicht bei einer etwa U-förmigen Kontur der im Gehäuseteil angeordneten Aufnahme, welche in Berührung kommt mit der Kontaktfläche der Kabeldurchführung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kabeldurchführung im als Kontaktbereich für das Deckelteil oder das Gehäuseteil vorgesehenen Oberflächenbereich vor dem Einbau in das Gerät eine gewölbte Kontur auf und das Deckelteil beziehungsweise das Gehäuseteil eine gerade Kontur auf in diesem Oberflächenbereich,
und/oder dass das Gehäuseteil beziehungsweise das Deckelteil eine U-förmige Ausnehmung als Aufnahme für die Kabeldurchführung aufweist, so dass nach Fertigstellung des Geräts die an der gewölbten Kontur infolge der elastischen Verformung der Kabeldurchführung beim fertiggestellten Gerät mit auf dem Gehäuseteil aufgesetzten Deckelteil eingeleitete Kraft im Wesentlichen gleichmäßig entlang der U-förmigen Kontur verteilt und ausgeleitet wird ans andere Teil, insbesondere also Gehäuseteil beziehungsweise Deckelteil. Von Vorteil ist dabei, dass die Dichtung gleichmäßige Kraftverteilung erfährt und somit eine hohe Sicherheit beim Abdichten erreichbar ist.
Bei einer alternativen vortellhaften Ausgestaltung sind auch die U-förmige Kontur und die gerade Kontur vertauschbar und die Kabeldurchführung entsprechend gedreht. Dabei weist dann statt des Gehäuseteils das Deckelteil die U-förmige Aufnahme auf. Ebenso ist die gerade Kontur am Gehäuseteil anstatt am Deckelteil angeordnet.
Bei einer vortellhaften Ausgestaltung weist das Gerät eine Leiterplatte auf, 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. 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.
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.
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 schaff bar ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei derartige Keile an der Leiterplatte vorgesehen und somit eine stabile Verbindung zwischen Kassette und Gehäuseteil erreichbar.
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.
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.
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.
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. Unter Styropor wird dabei auch jeder andere geschäumte Kunststoff verstanden, insbesondere welcher wärmeleitend und elektrisch isolierend ist und vorzugsweise einen Flammschutz-Zusatz aufweist.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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 durch den Lüfter angetrieben eine Luftströmung aus, so dass eine Wärmeabfuhr an die Kühlplatte ermöglicht ist.
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 zusätzlich dann auch Wärme ableitende Funktion beziehungswiese schafft Luftraumbereiche zur gezielten Entwärmung von Wärme erzeugenden Bauelementen, wenn seine Wärmeleitfähigkeit geringer als die von Luft ist.
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 Deckelteile sind entsprechend variierbar. Eine hohe Varianz ist mit einer geringen Anzahl von Bauteilen erzeugbar.
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.
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 indem die Leiterplatte zwischen mindestens zwei Teilkörper des zumindest zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers eingelegt wird, wobei in einer Ausnehmung eines der beiden Teilkörper ein Lüfter angeordnet wird und 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, von einem Keil, welcher beim Schraubverbinden zunehmend die Kühlplatte gegen die Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils drückt.

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. Der Lüfter ist vorzugsweise von der Leiterplatte aus versorgbar. Somit führen die Versorgungsleitungen für den Lüfter von der Leiterplatte zum Lüfter. Die Leiterplatte wiederum ist über durch die Kabeldurchführung in den Innenraum des Geräts geführten Versorgungsleitungen versorgbar.
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.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Querschnitt durch eine Kassette eines erfindungsgemäßen Umrichters rein schematisch skizziert, wobei die Kassette mit einem aus einem ersten und einem zweiten Schaumteil (4, 10) gebildeten Kunststoffkörper, welcher eine Leiterplatte umgibt, die mit einer außerhalb des Kunststoffkörpers angeordneten Kühlplatte 1 wärmeleitend verbunden ist.
In der 2 ist ein Querschnitt in zur Schnittrichtung der 1 senkrechter Schnittrichtung rein schematisch gezeigt.
In der 3 ist eine Schrägansicht auf den angeschnittenen Umrichter in konkreter Darstellung gezeigt bei entferntem Deckelteil 8.
In der 4 ist eine Schrägansicht auf die aus Leiterplatte 12 und Kühlplatte 1 gebildete Kassette gezeigt, die im Innenraum des Umrichters angeordnet ist.
In der 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt der 4 gezeigt.
In der 6 ist eine Schrägansicht auf den Umrichter bei entferntem Deckelteil 8 gezeigt.
In der 7 ist ein Querschnitt durch den Umrichter bei entferntem Deckelteil 8 gezeigt.
In der 8 ist ein Querschnitt durch die Kassette gezeigt.
In der 9 ist ein anderer Querschnitt durch die Kassette gezeigt.
In der 10 ist eine Seitenansicht der Kassette gezeigt.
In den 3 bis 10 ist der Kunststoffkörper jeweils entfernt.
In der 11 ist das Deckelteil 8 in vom topfförmigen Gehäuseteil 9 abgehobenen Darstellung gezeigt, wobei auch die Kabeldurchführung 60 abgehoben, also explodiert, dargestellt ist.
In der 12 ist eine Draufsicht auf den Umrichter gezeigt, wobei die Blickrichtung auf das Deckelteil 8 gerichtet ist, wobei das Anzeigeelement, insbesondere Display, weggelassen ist.
In der 13 ist ein Querschnitt durch den Umrichter mit Deckelteil gezeigt.
In der 14 ist eine Schrägansicht auf die Kabeldurchführung 60 gezeigt.
In der 15 ist eine Draufsicht auf die Kabeldurchführung 60 gezeigt.
Das Gehäuse des Umrichters weist ein topfförmiges einstückig vorzugsweise aus Aluminium gefertigtes Gehäuseteil 9 auf, das mittels eines Deckelteils 8 verschlossen ist. Im Zwischenbereich zwischen Deckelteil 8 und topfförmigem Gehäuseteil 9 sind Kabeldurchführungen vorgesehen, so dass einerseits Versorgungskabel in den Innenraum einführbar sind und andererseits Verbindungskabel zum vom Umrichter gespeisten Elektromotor, also Verbraucher, herausführbar sind. Außerdem sind auch Datenbuskabel durch eine dortige Kabeldurchführung hindurch in den Innenraum geführt.
Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Drehstrommotor. Die Versorgungskabel führen vorzugswiese einphasig oder dreiphasig Netzwechselspannung.
Im Innenraum des Umrichters ist eine Kassette eingeschoben, die die Leiterplatte 12 des Umrichters umfasst und eine Kühlplatte 1.
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.

Die Signalelektronik erzeugt pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für die Leistungshalbleiterschalter und ist mit dem Datenbus verbunden.
Die Leiterplatte 12 ist also mit zumindest einem großen Bauteil 3 bestückt wie beispielsweise der Zwischenkreiskondensator und Leistungsmodul 5. Außerdem ist die Leiterplatte 12 auch mit kleinen Bauteilen 11 bestückt, wie SMD-Bauteile oder Mikrocontroller. Einige dieser kleinen Bauteile 11 sind ebenfalls Wärme erzeugend, so dass ihre Wärme an die Umgebung abgeführt werden muss.
Das Leistungsmodul 5 ist mittels einer Verbindungsschraube 90, aufweisend einen Schraubenkopf, an eine Kühlplatte 1 angeschraubt, so dass die Wärme des Leistungsmoduls 5 an der Kontaktfläche 91 zur Kühlplatte 1 abführbar ist. Das Leistungsmodul 5 weist als Kontaktfläche 91 eine keramisierte oder mit Kupfer überzogene Kontaktfläche 91 auf. Die Kühlplatte 1 ist vorzugswiese aus Aluminium ausgeführt. Somit ist ein gut wärmeleitender Kontakt herstellbar und die Wärme effektiv abführbar.
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 1 die Leiterplattenfläche übersteigt.
Somit ist eine Aufspreizung der vom Leistungsmodul erzeugten Wärme erreicht.
Bei Einführen der Kassette ins topfförmige Gehäuseteil 9 wird die Kühlplatte an die Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils angedrückt, insbesondere zunehmend angedrückt beim Anziehen von entsprechenden Verbindungsschrauben, welche die Verbindung der Kassette mit dem topfförmigen Gehäuseteil 9 bewirken. Somit wird die Wärme von der Kühlplatte 1 dann an das topfförmige Gehäuseteil 9 übertragen und somit aufgespreizt.
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 9. Die Signalelektronik und Leistungselektronik sind also auf gleichem Temperaturniveau.
Die Leiterplatte 12 ist beidseitig von Schaumteilen (4, 10) umgeben, also sozusagen eingepackt. Nur auf einer Seite der Leiterplatte 12 ist eine Kühlplatte 1 angeordnet, so dass nur die Leiterplatte 12 nicht aber die Kühlplatte 1 beidseitig eingepackt ist.
In 1 und 2 ist das einstückig ausgeformte Schaumteil 4 an mehreren Positionen mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Ohne den Kanal 14 würde das Schaumteil 4 den Zwischenraum zwischen der Leiterplatte 12 samt Bauteilen (3, 11) und der Kühlplatte 1 einstückig ausfüllen.
Auf der ersten Seite der Leiterplatte ist ein das erste Schaumteil 10 angeordnet. Auf der anderen Seite, also zwischen Kühlplatte 1 und Leiterplatte 12 ist das zweite Schaumteil 4 angeordnet.
Die beiden Schaumteile 4 und 10 sind mittels zweier Verrastungen (2, 6) verbindbar und verbunden. Somit umklammern sie sozusagen die Leiterplatte 12.
Das zweite Schaumteil 4 weist Ausnehmungen 14 auf, die als Kühlkanäle ausgebildet sind und einen geschlossenen Kühlkreislauf für ein Kühlmedium, wie Luft oder Gas, bilden. Dabei ragen die Wärme erzeugenden Bauteile, wie beispielsweise ein oder mehrere kleine oder große Bauteile 3 sowie gegebenenfalls das Leistungsmodul 5 oder Oberflächenteile des Leistungsmoduls 5 in einen jeweiligen Kühlkanal 14 hinein. Die Kühlkanäle sind derart ausgeführt, dass eine Kühlung der den Kühlkanal begrenzenden Oberflächenteile dieser Bauteile ausführbar ist. Innerhalb der so aus den Kühlkanälen gebildeten Kühlkanalstruktur ist ein elektrisch versorgter, elektromotorisch angetriebener Lüfter derart angeordnet, dass der Kühlkanalkreislauf mit dem Kühlmedium durchströmt wird. Somit ist eine effektivere Abfuhr von Wärme ermöglicht als bei konvektiver Durchströmung.
Das Schaumteil 4 ähnelt also ungefähr einem Quader, in welchem ein ringförmiger Kühlkanal 14 ausgenommen ist, wobei der Ring (Kühlkanal 14) geöffnet ist in einem Teilbereich zur Leiterplatte 12 hin und in einem anderen Teilbereich des Rings zur Kühlplatte 1 hin.
Die Schaumteile verbessern zusätzlich die elektrische Isolation.
Die Kühlkanalstruktur weist auch Kühlkanäle auf, die von Oberflächenteilbereichen der Kühlplatte 1 begrenzt sind. Somit ist hier die Wärme vom Kühlmedium abgebbar an die Kühlplatte 1.
Die Verrastung (2, 6) der Schaumteile 4 und 10 wird durch deren Ausformung erreicht, ist also ohne zusätzliche Teile ausführbar. Hierbei wird an einem der Schaumteile 4 oder 10 eine Rastnase ausgeformt und am anderen eine entsprechende Ausnehmung mit Rast-Vorsprung. Durch Hintergreifen des Vorsprungs, also Verrastung, ist eine formschlüssige Verbindung herstellbar.
Die Schaumteile bilden einen Schutz für die Leiterplatte 12 gegen mechanische Einwirkungen, wie Kraftstöße und/oder Schwingungen. Somit ist die Leiterplatte 12 in dieser durch die Schaumteile gebildeten Verpackung sicher lagerbar und transportierbar.
Indem aber die Leiterplatte samt der aus den Schaumteilen (4, 10) gebildeten Transportverpackung ins Gehäuse des Elektrogeräts eingeschoben und angeordnet wird, ist eine einfache Montage ermöglicht, wobei die Leiterplatte 12 mechanisch gut gehalten bleibt und die Abfallmenge verringert ist. Denn die Schaumteile (4, 10) werden nicht entsorgt sondern im Gerät verbaut. Somit ist der Umweltschutz verbessert.
Infolge der aktiven Belüftung ist als Material für die Schaumteile sogar ein Wärme isolierendes oder schlechte leitendes Material einsetzbar. Denn die wesentlichen Wärmeströme fließen von den Wärme erzeugenden Bauteilen über das Kühlmedium zu der Kühlplatte und von dort über das Gehäuseteil an die Umgebung.
Es ist also als Material für den Kunststoffkörper ein Material einsetzbar, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als die von Luft.
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,
Als Schaumstoffwerkstoff ist ein Polyurethan verwendbar oder auch Styropor.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit des Schaumteilwerkstoffes diejenige von Luft jedoch übersteigt, wird die Wärmeableitung hierdurch weiter verbessert.
Weiterhin sind je nach Applikation oder Kundenwunsch verschieden geformte topfförmige Gehäuseteile 9 mit der Kassette verbindbar. Ebenso sind verschieden ausgeprägte Deckelteile 8 verbindbar. Auf diese Weise lassen sich also Umrichter mit verschiedenem äußeren Erscheinungsbild und entsprechend verschiedenen Funktionalitäten herstellen, ohne dass die Leiterplatte 12 jedes Mal anders ausgeführt werden muss. Wichtig ist dabei nur, dass die Schnittstelle zur Kassette hin kompatibel ist, insbesondere muss die Schnittstelle zur Anbindung der Kühlplatte 1 zur Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils 9 eingehalten werden.
Die Verrastung 2 und 6 ist vorzugsweise lösbar ausgeführt.
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.
In den zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 alternativen Ausführungsbeispielen nach 3 bis 15 sind die Schaumteile (4, 10) nicht sichtbar, also ausgeblendet. Trotzdem sind sie dort um die Leiterplatte herum vorsehbar. Eine Entsorgung muss also nicht ausgeführt werden. Darüber hinaus verbessern die Schaumteile die mechanische Stabilität und schützen die Leiterplatte.
Wie in 3 gezeigt ist am oberen Randbereich, also an dem dem Deckelteil 8 zugewandten Randberiech eine Aufnahme 30 für Kabeldurchführung 60 angeordnet. Dabei verläuft die die Aufnahme 30 bildende Ausnehmung U-förmig. Nach unten, also in Richtung zum Boden des topfförmigen Gehäuseteils 9 hin, ist die Ausnehmung also verjüngt ausgeführt. Die lichte Weite nimmt also in dieser Richtung monoton ab. Somit ist eine elastische Kabeldurchführung 60 einsetzbar, die bei aufsetzen des Deckelteils 8 nach unten gedrückt und dabei elastisch verformt wird. Ein durch die Kabeldurchführung 60 durchgeführtes Kabel wird dabei sehr effektiv abgedichtet.
Auf der Leiterplatte 12 ist auch ein Anschlussmittel 31 für elektrische Leitungen angeordnet, an das die durch eine Kabeldurchführung 60 geführten Versorgungsleitungen und die den Motor speisenden Leitungen elektrisch anschließbar und verbindbar sind.
Die im Deckelteil 8 angeordneten Eingabemittel und Anzeigemittel sind mittels eines vom Deckelteil 8 zur Leiterplatte 12 geführten Kabels elektrisch verbunden, wobei am Ende des Kabels ein Steckverbinderteil angeordnet ist, welches in ein auf der Leiterplatte 12 angeordnetes Gegensteckverbinderteil steckverbindbar ist. Alternativ ist das Steckverbinderteil auch am Deckelteil 8 anordenbar und in das Gegensteckverbinderteil steckverbindbar.
In 3 und 7 ist auch ein am Boden des topfförmigen Gehäuseteils 9 ausgeformter Dom 32 gezeigt, in welchen die Schraube 33 einschraubbar ist. Beim Einschrauben der Schraube 33 wird ein Keil 34 vom Schraubenkopf der Schraube 33 nach unten gedrückt. Dabei ist der Keil 34 seitlich geführt in der seitlichen Führungsnasen 51, welche jeweils eine in Schraubachsenrichtung verlaufende Führungsnut 50 zur Führung des Keils 34 aufweisen.
Der Keil 34 weist ein Loch auf, durch das die Schraube 33 ragt und an dessen Berandungsbereich der Schraubenkopf sich abstützt.
Die Führungsnasen 51 sind an der Kühlplatte 1 ausgeformt. Außerdem ist an der Kühlplatte 1 eine zweite Gleitfläche 71 ausgeformt, welche schräg zur Schraubrichtung und schräg zur Normalenrichtung der Kühlplatte 1 verläuft, also mit sich in Schraubrichtung verringerndem Abstand zur Schraube. Eine entsprechend schräge erste Gleitfläche 70 ist am Keil 34 angeordnet, so dass bei Einschrauben der Schraube 33 in den Dom 32 die Kühlplatte 1 weggedrückt wird vom Dom 32. Auf diese Weise wird die Kühlplatte 1 mit ihrer kontaktfläche an eine entsprechende Kontaktfläche an der Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils 9 gedrückt, die sich auf der von der Schraube abgewandten Seite der Kühlplatte 1 befindet.
Wie in 4 gezeigt ist, weist das Leistungsmodul 5 eine Kontaktfläche 40 zur Wärmeabfuhr an die Kühlplatte 1 auf. Dabei ist die Kontaktfläche gut wärmeleitend und daher vorzugswiese als Kupfer- oder Keramik-Kontaktfläche ausgebildet.
Wie in 8 gezeigt, ist die Leiterplatte mit einer Verbindungsschraube 80 mit der Kühlplatte 1 verbunden, wobei die Verbindungsschraube 80 mittig durch das Leistungsmodul 5 geführt ist und dieses mit seiner Kontaktfläche 40 an die Kühlplatte andrückt. Dabei drückt der Schraubenkopf der Verbindungsschraube über ein plattenförmiges Zwischenteil auf die von der Kühlplatte 1 abgewandte Seite der Leiterplatte 12 und hält somit Leiterplatte 12 und Kühlplatte zusammen. Der Abstand zwischen Leiterplatte 12 und Kühlplatte wird durch das Leistungsmodul vorgegeben, das somit auch als Beabstandungsmittel wirkt.
Wie in 9 gezeigt ist, ist eine weitere Verbindungsschraube 90 ebenso an der Leiterplatte angeordnet, deren Schraubenkopf direkt auf die von der Kühlplatte 1 abgewandte Seite der Leiterplatte drückt. Die Verbindungsschraube 90 wird in einen an der Kühlplatte ausgeprägten Befestigungsdom 91 eingeschraubt. Auf diese Weise wird die Leiterplatte 12 auf die Kühlplatte 1 angeschraubt.
Wie in 11 gezeigt, ist das Deckelteil 8 auf die Kabeldurchführungen 60 aufgesetzt und drückt dabei auf die gewölbte Kontur 150 der Kabeldurchführung 60, die sich dabei elastisch verformt.
Die Kabeldurchführung 60 ist dabei aus einem elastisch einfach verformbaren Kunststoff und ist in die Aufnahme 30 des Gehäuseteils 9 angeordnet. Beim Aufschrauben des Deckelteils 8 wird die Kabeldurchführung 60 in die sich nach unten verjüngende Aufnahme 30 gedrückt und somit elastisch verformt.
Die Kabeldurchführung 60 weist einen Kanal auf, welcher mit einer Membran 130 verschlossen ist. Dabei führt der Kanal vom Außenberiech zum Innenraum des Umrichters. Die Kabeldurchführung 60 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und aus Kunststoff oder Gummi gefertigt.
Die Kabeldurchführung 60 weist außerdem ein am Außenrand umlaufende Vertiefung auf, mit welcher sie auf die Wand des Gehäuseteils 9 im Bereich der Ausnehmung 30 aufsteckbar ist. Ebenso ist die Wand des Gehäuseteils des Deckelteils 8 in der Vertiefung aufsteckbar. Somit und durch das bei Aufsetzen des Deckelteils 8 bewirkte Verformen der Kabeldurchführung 60 ist eine sehr effektive Abdichtung bewirkbar.
Beim Einführen eines Kabels in den Kanal der Kabeldurchführung 60 wird die Membran 130 zerstochen, so dass das Kabel dicht in dem Kanal angeordnet ist oder zumindest nur geringe Abstände zwischen Kabel und Kabeldurchführung 60, insbesondere Wandung des Kanals, auftreten.
Als Kabel ist bei der ersten Kabeldurchführung 60 einerseits ein Versorgungskabel verwendbar, das den Umrichter mit Netzspannung versorgt. Bei der zweiten Kabeldurchführung 60 ist ein Kabel verwendbar, das die vom Umrichter in den Motor gespeisten Ströme führt.
Zwischen Deckelteil und topfförmigem Gehäuseteil ist außerdem eine weitere Dichtung angeordnet, die entlang der Berandung im Verbindungsbereich der beiden Teile verläuft.
Mittels der bei Aufsetzen des Deckelteils 8 bewirkten Verformung der Kabeldurchführung 60 wird das Kabel im Kanal der Kabeldurchführung 60 sozusagen eingequetscht, also dicht umschlossen vom Material der Kabeldurchführung 60. Auf diese Weise ist also die Kabeldurchführung 60 als Abdichtung für das Kabel wirksam. Dabei ist der Kanal im Einführungsbereich für das Kabel eng ausgeführt, also mit nur etwas größerem Durchmesser als das Kabel, und weitet sich dann auf in Richtung des Innenraums des Umrichters, wobei er am der Membran 130 gegenüberliegenden Mündungsbereich sich geringfügig verengt, um eine höhere Stabilität und Standzeit zu erreichen für die Kabeldurchführung 60.
Wie in 12 und 13 gezeigt, sind zwei sich gegenüberstehende Kabeldurchführungen 60 am Umrichter angeordnet.
Wie in 15 dargestellt, wirkt das aufgesetzte Deckelteil 8 beim Aufsetzen in die Vertiefung der Kabeldurchführung auf den in 15 gezeigten, nur leicht gewölbten Rand mit der leicht gewölbten Kontur 150 ein. Da der mit der Kabeldurchführung in Berührung stehende Rand des Deckelteils 8 gerade verläuft, ist das Maximum der Kraft in der Mitte der gewölbten Kontur 150 vorhanden und die Kraft nimmt zum abgerundeten Eckbereich hin ab.
Am sonstigen, etwa U-förmig verlaufenden Rand liegt die Kabeldurchführung 60 an der Aufnahme 30 auf, so dass sich die an der Kontur 150 einwirkende Kraft auf das U gleichförmig verteilt und somit eine gleichmäßige Verformung und daher auch Abdichtung bewirkt.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Führungsnasen 51 als separates Teil ausgeführt und mit der Kühlplatte 1 entsprechend verbunden.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsdom 91 ebenso als separates Teil ausgeführt und mit der Kühlplatte 1 entsprechend verbunden.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist als Kabel auch ein Hybridkabel verwendbar, das nicht nur Leitungen für Starkströme sondern auch Signalleitungen, also Leitungen für Schwachströme, aufweist.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist der Kanal in der Kabeldurchführung 60 an dem der Membran 130 gegenüberliegenden Mündungsbereich eine weitere Membran auf, die vom Kabel durchstochen werden muss, um eine weiter verbesserte Dichtigkeit zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Kühlplatte
2: Verrastung
3: großes Bauteil, insbesondere Kondensator
4: zweites Schaumteil
5: Leistungsmodul, aufweisend Leistungshalbleiterschalter
6: Verrastung
8: Deckelteil
9: topfförmiges Gehäuseteil
10: erstes Schaumteil
11: SMD-Bauteile oder kleine elektronische Bauteile
12: Leiterplatte
13: Lüfter
14: Kühlkanal
30: Aufnahme für Kabeldurchführung
31: Steckverbinderteil
32: Dom, einstückig am Boden des topfförmigen Gehäuseteil 9 ausgebildet
33: Schraube
34: Keil
40: Kontaktfläche zur Wärmeabfuhr, insbesondere Kupfer- oder Keramik-Kontaktfläche
50: Führungsnut zur Führung des Keils 34
51: seitliche Führungsnase
60: Kabeldurchführung in der Aufnahme 30
70: erste Gleitfläche
71: zweite Gleitfläche
80: Verbindungsschraube
90: Verbindungsschraube, insbesondere mit Schraubenkopf einer Verbindungsschraube zum Anschrauben des Leistungsmoduls an die Kühlplatte 1
91: Befestigungsdom für PE-Schraube, also Erdung
130: Membran
131: Kraftrichtung
150: gewölbte Kontur

Claims

Elektrisches Gerät, insbesondere Umrichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (12) des Geräts mit Wärme erzeugenden Bauteilen bestückt ist und mit einer Kühlplatte (1) verbunden ist, wobei zwischen Leiterplatte (12) und Kühlplatte (1) ein Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper (4) eines zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers (4, 10), angeordnet ist, wobei der Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper (4) des Kunststoffkörpers (4, 10), eine Ausnehmung aufweist, die zusammen mit zumindest der Kühlplatte (1) und einem oder mehreren Bauteilen einen Kanal (14) oder ein Kanalsystem bildet, dessen Oberfläche zumindest teilweise von einem jeweiligen Oberflächenbereich eines jeweiligen Wärme erzeugenden Bauteils und zumindest teilweise von einem Oberflächenbereich der Kühlplatte (1) gebildet ist, wobei in dem Kanal (14) oder Kanalsystem ein Kühlmedium, insbesondere Luft, angeordnet ist.
Elektrisches Gerät, insbesondere Umrichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (12) des Geräts mit Wärme erzeugenden Bauteilen bestückt ist und mit einer Kühlplatte (1) verbunden ist, wobei die Leiterplatte (12) in einer aus einem einstückig oder mehrstückig ausgebildeten Kunststoffkörper (4, 10) Transportverpackung angeordnet ist, so dass zwischen Leiterplatte (12) und Kühlplatte (1) zumindest ein Teilkörper (4) des Kunststoffkörpers angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper, insbesondere ein Teilkörper (4) des Kunststoffkörpers (4, 10), eine Ausnehmung aufweist, die zusammen mit zumindest der Kühlplatte (1) und einem oder mehreren Bauteilen einen Kanal (14) oder ein Kanalsystem bildet, dessen Oberfläche zumindest teilweise von einem jeweiligen Oberflächenbereich eines jeweiligen Wärme erzeugenden Bauteils und zumindest teilweise von einem Oberflächenbereich der Kühlplatte (1) gebildet ist, wobei in dem Kanal (14) oder Kanalsystem ein Kühlmedium, insbesondere Luft, angeordnet ist.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium von einem Lüfter (13), insbesondere von einem elektromotorisch angetriebenen Lüfter (13), angetrieben wird und den Kanal (14) oder das Kanalsystem durchströmt, insbesondere wobei der Lüfter (13) im Kanal (14) beziehungsweise Kanalsystem angeordnet ist.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (14) ringförmig ausgeformt ist.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffkörper die Leiterplatte (12) zumindest teilweise umschließt und mit der bestückten Leiterplatte (12) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper ein Teilkörper (4) eines zweistückig ausgeführten Kunststoffkörpers ist und auf einer ersten Seite der Leiterplatte (12) angeordnet ist, wobei der andere Teilkörper (10) auf der anderen Seite der Leiterplatte (12), insbesondere also auf der vom ersten Teilkörper (4) abgewandten Seite der Leiterplatte (12), angeordnet ist, und/oder dass der andere Teilkörper (10) mit der bestückten Leiterplatte (12) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig,
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper aus mindestens zwei miteinander formschlüssig verbundenen Teilkörpern (4, 10) zusammengesetzt ist, insbesondere wobei die formschlüssige Verbindung eine Verrastung (2, 6) ist,
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Kunststoffkörpers als Styropor oder als Schaumstoff, insbesondere als ein Polyurethanschaum, ausgeführt ist.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit, insbesondere spezifische Wärmeleitfähigkeit, aufweist als Luft, insbesondere wobei der Kunststoffkörper aus elektrisch isolierendem Werkstoff gefertigt ist, und/oder dass das Elektrogerät ein Umrichter ist, insbesondere wobei die Signalelektronik und die Leistungselektronik des Umrichters auf der Leiterplatte angeordnet ist, und/oder dass die Kühlplatte (1) von der Leiterplatte (12) mittels des eines der Wärme erzeugenden Bauelemente beabstandet ist, insbesondere mittels des Leistungsmoduls, wobei Leiterplatte (12) und Kühlplatte (1) schraubverbunden sind, insbesondere wobei die Kühlplatte (1) Aluminium enthält, und/oder dass die Kühlplatte (1) außerhalb des Kunststoffkörpers angeordnet ist, insbesondere wobei das Leistungsmodul durch eine Ausnehmung des Kunststoffkörpers hindurchragt, und/oder dass der Kunststoffkörper Ausnehmungen für auf der Leiterplatte (12) bestückte Bauteile, insbesondere für große Bauteile, aufweist, und/oder dass der Kunststoffkörper, insbesondere der zweite Teilkörper (10), eine weitere Ausnehmung aufweist, die eine Luftverbindung zwischen einem Wärme erzeugenden, auf der Leiterplatte (12) bestückten Bauelement und einem Oberflächenteilbereich der Kühlplatte (1) ist, insbesondere zur konvektiven Ableitung von Wärme mittels der Luftverbindung an die Kühlplatte (1), und/oder dass der Kunststoffkörper eine weitere Ausnehmung für ein auf der Leiterplatte bestücktes Bauteil, insbesondere großes Bauteil, aufweist, und/oder dass eine erste Seite der Leiterplatte oder zumindest ein Teilbereich dieser Seite bedeckt, insbesondere lückenlos bedeckt, ist von dem Kunststoffkörper, insbesondere von dessen erstem Teilkörper (4), und die andere Seite der Leiterplatte zumindest teilweise bedeckt ist von dem Kunststoffkörper, insbesondere von dessen zweitem Teilkörper (10), insbesondere wobei der zweite Teilkörper ringförmig ausgebildet ist, und/oder dass das Gehäuse des Geräts ein topfförmiges Gehäuseteil aufweist, 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 und/oder dass zwischen Deckelteil und Gehäuseteil Kabeldurchführungen angeordnet sind, insbesondere für Versorgungsleitungen, einen Verbraucher speisenden Leitungen und Datenbusleitungen.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Geräts ein Gehäuseteil aufweist, insbesondere ein topfförmiges Gehäuseteil, und ein Deckelteil, wobei das Deckelteil auf das Gehäuseteil aufgesetzt ist, wobei zwischen Deckelteil und Gehäuseteil eine Kabeldurchführung angeordnet ist, und/oder dass die Kabeldurchführung in einer als Aufnahme ausgebildeten Ausnehmung des Deckelteils oder des Gehäuseteils aufgenommen ist, welche in der vom anderen Teil, insbesondere also Gehäuseteil beziehungsweise Deckelteil, abgewandten Richtung verjüngend ausgeführt ist, insbesondere wobei die Ausnehmung U-förmig ausgeführt ist, und/oder dass die Kabeldurchführung einstückig ausgebildet ist und/oder dass die Kabeldurchführung aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff, ausgebildet ist, insbesondere wobei die Kabeldurchführung mittels Aufsetzen und Verbinden des Deckelteils auf das Gehäuseteil verformbar ist, insbesondere elastisch verformbar, und/oder dass die Kabeldurchführung einen Kanal zur Durchführung mindestens eines Kabels aufweist, wobei der Kanal an seinem ersten Endbereich in den Innenraum des Geräts mündet und an seinem anderen Endbereich in die äußere Umgebung des Geräts mündet, und/oder dass der Kanal zumindest eine beim ersten Einführen des Kabels zerstochene Membran aufweist, wobei die verbleibenden Membranteile am Kabel anliegen insbesondere wobei die Membran die Kabeldurchführung verschließt, solange noch kein Kabel eingeführt ist, und/oder dass die Kabeldurchführung eine umlaufende Nut aufweist, insbesondere in welche in einem ersten Teilberiech der Nut die Wand des Gehäuseteils eingreift und in welche in einem anderen Teilbereich der Nut die Wand des Deckelteils eingreift.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil und das Gehäuseteil schraubverbunden sind, insbesondere wobei die Verbindungsschrauben in Gewindebohrungen eingeschraubt sind, welche sich in jeweiligen am Gehäuseteil ausgebildeten Befestigungsdomen befinden, insbesondere wobei die Schraubenköpfe das Deckelteil gegen das Gehäuseteil drücken, und/oder dass bei Aufsetzen und Verbinden, insbesondere Schraubverbinden, des Deckelteils auf das Gehäuseteil die Kabeldurchführung derart verformt ist, dass die Wandung des Kanals der Kabeldurchführung am Kabel derart dicht anliegt, dass das Kabel mit der Kabeldurchführung dicht und/oder in hoher Schutzart verbunden ist, insbesondere spritzwasserdicht und dicht gegen mit einem Überdruck von 0,1 bar anstehendes Wasser, und/oder dass die Kabeldurchführung im als Kontaktbereich für das Deckelteil oder das Gehäuseteil vorgesehenen Oberflächenbereich vor dem Einbau in das Gerät eine gewölbte Kontur aufweist und das Deckelteil beziehungsweise das Gehäuseteil eine gerade Kontur aufweist in diesem Oberflächenbereich, und/oder dass das Gehäuseteil beziehungsweise das Deckelteil eine U-förmige Ausnehmung als Aufnahme für die Kabeldurchführung aufweist, so dass nach Fertigstellung des Geräts die an der gewölbten Kontur infolge der elastischen Verformung der Kabeldurchführung beim fertiggestellten Gerät mit auf dem Gehäuseteil aufgesetzten Deckelteil eingeleitete Kraft im Wesentlichen gleichmäßig entlang der U-förmigen Kontur verteilt und ausgeleitet wird ans andere Teil, insbesondere also Gehäuseteil beziehungsweise Deckelteil.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine Leiterplatte aufweist, die mit wärmeerzeugenden Bauteilen bestückt ist, wobei die Leiterplatte in einem Gehäuse des Geräts angeordnet ist, 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, insbesondere wobei das elektrische Gerät ein Umrichter ist und pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugende Signalelektronik sowie Leitungselektronik, welche Leistungshalbleiterschalter in einem Leistungsmodul aufweist, welchen die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale zugeführt werden, auf derselben Leiterplatte angeordnet sind, und/oder dass beim lösbaren Verbinden der Einschubeinheit mit dem Gehäuseteil die Kühlplatte von einem Keil gegen die Innenwandung des Gehäuseteils angedrückt wird, insbesondere derart angedrückt ist, dass an einer Kontaktfläche Wärme zumindest eines wärmeerzeugenden Bauteils, insbesondere eines Leistungshalbleiterschalter aufweisenden Leistungsmoduls, an das Gehäuseteil abführbar ist, und/oder dass der Keil abgestützt ist an einem Abschnitt des Gehäuseteils, insbesondere an einem in den vom Gehäuseteil umgebenen Innenraumbereich des Geräts hineinragenden Abschnitt des Gehäuseteils, und/oder dass der Abschnitt ein Befestigungsdom ist.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraube in eine Ausnehmung, insbesondere Gewindebohrung, des Abschnitts derart einschraubbar ist, 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, und/oder dass der Abschnitt eine Führung für den Keil aufweist, insbesondere wobei die Führung zumindest eine Führungsnut aufweist, welche parallel zur Schraubenachsrichtung ausgerichtet ist, und/oder dass der Keil eine Ausnehmung aufweist, insbesondere ein Rundloch oder eine Rundbohrung, durch welches beziehungsweise durch welche die Schraube hindurchragt.
Gerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masseverbindung zwischen Leiterplatte und Kühlplatte mittels einer Schraube ausgeführt ist, welche die Leiterplatte und die Kühlplatte verbindet, insbesondere wobei eine weitere Schraube die Leiterplatte und die Kühlplatte verbindet, wobei ein Leistungsmodul zwischengeordnet ist und somit einen Abstand zwischen Leiterplatte und Kühlplatte bestimmt, und/oder dass
Verfahren zum Herstellen eines Elektrischen Geräts, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Gerät ein Gehäuseteil aufweist, das mit einem Deckelteil verschließbar ist, wobei zwischen Gehäuseteil und Deckelteil eine Kabeldurchführung anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Kabel durch eine Kabeldurchführung hindurchgeführt wird und in einem weiteren Verfahrensschritt das Deckelteil auf das Gehäuseteil derart aufgesetzt und angeschraubt wird, dass die Kabeldurchführung derart elastisch verformt wird, dass das durch den Kanal der Kabeldurchführung hindurchführende Kabel dicht und/oder in hoher Schutzart mit der Kabeldurchführung verbunden wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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, insbesondere wobei das elektrische Gerät ein Umrichter ist und pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erzeugende Signalelektronik sowie Leitungselektronik, welche Leistungshalbleiterschalter in einem Leistungsmodul aufweist, welchen die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale zugeführt werden, auf derselben Leiterplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass (i) in einem Verfahrensschritt die Leiterplatte zumindest teilweise mit einem Kunststoffkörper umschlossen wird, insbesondere indem zur Bildung einer Transportverpackung die Leiterplatte zwischen mindestens zwei Teilkörper des zumindest zweistückig ausgebildeten Kunststoffkörpers eingelegt wird, wobei in einer Ausnehmung eines der beiden Teilkörper ein Lüfter angeordnet wird und 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, von einem Keil, welcher beim Schraubverbinden zunehmend die Kühlplatte gegen die Innenwandung des topfförmigen Gehäuseteils drückt.