DE102012000908A1 - Electrical appliance, has foam section partially surrounding printed circuit board, and another foam section forming housing, where thermal conductivity of latter foam section is ten times smaller than that of former foam section - Google Patents
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- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
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- H05K7/20472—Sheet interfaces
- H05K7/20481—Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Elektrogerät.The invention relates to an electrical appliance.
Es ist allgemein bekannt, dass Schaumstoff als Wärmesperre einsetzbar ist. Gehäuse von Elektrogeräten werden aus Metall oder Kunststoff hergestellt.It is well known that foam can be used as a thermal barrier. Housings of electrical appliances are made of metal or plastic.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Elektrogerät für heiße Umgebungstemperaturen weiterzubilden, insbesondere wobei eine möglichst einfache Herstellung ermöglicht sein soll.The invention is therefore based on the object of developing an electrical appliance for hot ambient temperatures, in particular with the simplest possible manufacture should be possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektrogerät nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the electrical appliance according to the features indicated in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektrogerät sind, dass es eine bestückte Leiterplatte und zumindest zwei Schaumstoffabschnitte aufweist,
wobei ein erster Schaumstoffabschnitt die Leiterplatte zumindest teilweise umgibt,
wobei ein weiterer Schaumstoffabschnitt den ersten Schaumstoffabschnitt zumindest teilweise gehäusebildend umgibt,
wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des weiteren Schaumstoffabschnitts kleiner ist als die des ersten Schaumstoffabschnitts, insbesondere mindestens zehnmal kleiner.Important features of the invention in the electrical appliance are that it has a populated printed circuit board and at least two foam sections,
wherein a first foam section at least partially surrounds the circuit board,
wherein a further foam section surrounds the first foam section at least partially in a housing-forming manner,
wherein the specific thermal conductivity of the further foam portion is smaller than that of the first foam portion, in particular at least ten times smaller.
Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme durch den ersten Schaumabschnitt abgeleitet wird. Der erste Schaumabschnitt hat also nicht die Funktion einer Wärmesperre sondern die Funktion eines Wärme ableitenden Gehäuseteils. Ganz im Gegenteil dazu hat der weitere Schaumabschnitt, welcher den ersten zumindest teilweise umgibt, die Funktion einer Wärmesperre und ist gehäusebildend. Das Stoßenergieabsorptionsvermögen des weiteren Schaumstoffabschnittes und auch des ersten Schaumstoffabschnittes ist trotz seiner geringen Masse sehr hoch. Somit ist ein guter Schutz für die Leiterplatte erreichbar.The advantage here is that the heat is dissipated by the first foam section. The first foam section thus does not have the function of a thermal barrier but the function of a heat-dissipating housing part. On the contrary, the further foam section, which at least partially surrounds the first, has the function of a thermal barrier and is housing-forming. The impact energy absorption capacity of the further foam section and also of the first foam section is very high despite its low mass. Thus, a good protection for the circuit board is achievable.
Somit fungiert der für die Wärme erzeugenden Bauelemente als Kühlanordnung wirksame erste Schaumstoffabschnitt selbst auch als elektrischer Isolator und führt mechanische Haltefunktion für die bestückte, insbesondere auch mit Steckverbinder bestückte Leiterplatte aus. Hingegen fungiert der weitere Schaumstoffabschnitt als Berührschutz und Gehäuse.Thus, the effective for the heat generating components acting as a cooling arrangement first foam section itself acts as an electrical insulator and performs mechanical holding function for the populated, in particular equipped with connector circuit board. On the other hand, the further foam section acts as a contact protection and housing.
Unter Schaumstoff werden hier aufgeschäumte Kunststoffe verstanden, die einen Volumenanteil der Gaseinschlüsse oder Gasbläschen von mehr als 50% aufweisen. Beim Aufschäumen wird ein Grundmaterial durch Zugabe von Schaumzusätzen aufgeschäumt, wobei das Volumen des Stoffes mindestens sich verdoppelt. Vorzugsweise werden Kügelchen aus dem aufgeschäumtem Grundmaterial in einem Formwerkzeug mit heißem Wasserdampf beaufschlagt, so dass die Kügelchen verschweißen, also stoffschlüssig verbunden werden, und der gesamte Körper die vom Formwerkzeug vorgegebene Form erhält.Foamed material here means foamed plastics which have a volume fraction of the gas inclusions or gas bubbles of more than 50%. When foaming a base material is foamed by the addition of foam additives, wherein the volume of the substance doubles at least. Preferably, beads from the foamed base material are exposed to hot steam in a mold, so that the beads weld, so are bonded cohesively, and the entire body receives the form predetermined by the mold.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Schaumstoff aus einem aufgeschäumten Grundmaterial, welches Polypropylen und ein nicht-oxydisches Keramik-Material enthält,
insbesondere welches Siliciumcarbid, Bornitrid und/oder Borcarbid aufweist,
insbesondere mit einem Volumenanteil zwischen 3% und 30%. Von Vorteil ist dabei, dass ein Schaumstoff mit einfachen Mitteln wärmeleitend ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the foam consists of a foamed base material which contains polypropylene and a non-oxidic ceramic material,
in particular which comprises silicon carbide, boron nitride and / or boron carbide,
in particular with a volume fraction between 3% and 30%. The advantage here is that a foam with simple means is thermally conductive executable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind ein oder mehrere Wärme erzeugende Bauelemente auf der Leiterplatte bestückt. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme durch das Gehäuse an die Umgebung abgeleitet wird, obwohl das Gehäuse aus Schaumstoff gefertigt ist.In an advantageous embodiment, one or more heat-generating components are mounted on the circuit board. The advantage here is that the heat is dissipated through the housing to the environment, although the housing is made of foam.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaumstoffabschnitte miteinander formschlüssig verbunden, insbesondere schraubverbunden oder mittels Klipsverbindung. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und sichere Verbindung ausgeführt ist.In an advantageous embodiment, the foam sections are positively connected to each other, in particular screw-connected or by means of clip connection. The advantage here is that a simple and secure connection is performed.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Elektrogerät mittels Schrauben an ein Montageteil, insbesondere metallisches Montageteil, anschraubbar, wobei die Schrauben Anpresskraftfluss in ein oder das Schaumstoffteil einleiten. Von Vorteil ist dabei, dass vom Elektrogerät erzeugte Wärme von dem Montageteil weiterleitbar ist.In an advantageous embodiment, the electrical device by means of screws to a mounting part, in particular metallic mounting part, screwed, the screws initiate Anpresskraftfluss in one or the foam part. The advantage here is that heat generated by the electrical appliance can be forwarded from the mounting part.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Steckverbinderteil auf der Leiterplatte bestückt, welches aus einem oder dem Schaumstoffabschnitt herausragt, insbesondere zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinderteil. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische Anschlüsse aus dem Schaumstoff herausragen und somit kontaktierbar sind. Das Steckverbinderabschnitt ist bei der Bestückung der Leiterplatte automatisch bestückbar, wodurch die Herstellung einfach und kostengünstig ist.In an advantageous embodiment, at least one connector part is fitted on the circuit board, which protrudes from one or the foam section, in particular for connection to a mating connector part. The advantage here is that electrical connections protrude from the foam and thus are contactable. The connector portion is automatically populated in the assembly of the circuit board, whereby the production is simple and inexpensive.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im ersten Schaumstoffabschnitt ein Keramik-Teil oder ein metallisches Teil, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, angeordnet, welches aus dem Schaumstoff in die Umgebung herausragt und von der Leiterplatte und den darauf bestückten Bauelementen beabstandet ist, insbesondere wobei das Keramik-Teil oder metallische Teil mit einem außerhalb des ersten und weiteren Schaumstoffabschnitts angeordneten Kühlkörper verbunden ist, insbesondere wobei die Temperatur der Umgebung des Kühlkörpers niedriger ist als die Temperatur der Umgebungsmediums im Bereich eines Oberflächenabschnitts des ersten Schaumstoffs. Insbesondere ist die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Keramik-Teils oder metallischen Teils größer als die des ersten Schaumstoffabschnitts, insbesondere mindestens zehnmal größer. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeableitung erreichbar ist. Denn die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Schaumstoffes ist zwar besser als Luft, insbesondere mindestens zehnmal besser, allerdings ist sie schlechter als die von Kupfer und auch die von Aluminium, Von Vorteil ist weiter, dass ein großer Wärmestrom über einen Kühlkörper an die Umgebung ableitbar ist. Die weiteren vom Elektrogerät erzeugten Wärmeströme werden über den Schaumstoff ableitbar.In an advantageous embodiment, a ceramic part or a metallic part, in particular made of aluminum or copper, is arranged in the first foam section, which protrudes from the foam into the environment and is spaced from the printed circuit board and the components mounted thereon, in particular wherein the ceramic Part or metallic part is connected to a heat sink disposed outside of the first and further foam portion, in particular wherein the temperature of the environment of the heat sink is lower than the temperature of the ambient medium in the region of a surface portion of the first foam. In particular, the specific thermal conductivity of the ceramic part or metallic part is greater than that of the first foam section, in particular at least ten times larger. The advantage here is that an improved heat dissipation can be achieved. Although the specific thermal conductivity of the foam is better than air, in particular at least ten times better, but it is worse than that of copper and aluminum, It is also advantageous that a large heat flow through a heat sink to the environment is derived. The other heat flows generated by the electrical appliance are dissipated via the foam.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Keramik-Teils oder des metallischen Teils größer als die des ersten Schaumstoffabschnitts, insbesondere mindestens zehnmal größer. Von Vorteil ist dabei die verbesserte Wärmeableitung an eine Umgebung, die Kühler ist als die direkte Oberflächenumgebung des weiteren Schaumstoffabschnitts oder zumindest als die direkte Umgebung eines Oberflächenabschnitts.In an advantageous embodiment, the specific thermal conductivity of the ceramic part or the metallic part is greater than that of the first foam section, in particular at least ten times larger. The advantage here is the improved heat dissipation to an environment that is cooler than the direct surface environment of the further foam section or at least as the immediate environment of a surface portion.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul mit der Leiterplatte schraubverbunden, insbesondere wobei eine Druckplatte auf der vom Leistungsmodul abgewandten Seite von einer Schraubverbindung gegen die Leiterplatte gedrückt wird und das Leistungsmodul gegen die Leiterplatte von der Schraubverbindung gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein geringer Druck im Kontaktbereich erzeugt wird. Dabei ist die Druckplatte aus Kunststoff oder ist zweistückig ausgeführt, wobei zur Leiterplatte hin ein elektrisch isolierendes Kunststoffteil angeordnet ist, welche von einer metallischen Platte angedrückt ist auf die Leiterplatte hin.In an advantageous embodiment, the power module is screw-connected to the circuit board, in particular wherein a pressure plate on the side remote from the power module side is pressed by a screw against the circuit board and the power module is pressed against the circuit board of the screw. The advantage here is that a low pressure in the contact area is generated. In this case, the pressure plate made of plastic or is designed in two pieces, wherein the printed circuit board towards an electrically insulating plastic part is arranged, which is pressed by a metallic plate on the circuit board.
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 the task posing by comparison with the prior art arise.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
In der
Wie in
Ein weiterer Schaumstoffabschnitt
Im ersten Schaumstoffabschnitt ist auch ein Teil
Die spezifische Wärmeleitfähigkeit von dem ersten Schaumstoff-Material
Auf diese Weise ist ein Einbau des Elektrogeräts in heißer Umgebung ermöglicht. Denn der äußere Schaumstoffabschnitt
Die von den Wärme erzeugenden Bauelementen
Der erste Schaumstoffabschnitt ist aus wärmeleitfähigem Grundmaterial gefertigt.The first foam section is made of thermally conductive base material.
Das Grundmaterial besteht aus Polypropylen, aus einem nichtoxydischen Keramik-Material, wie Siliciumcarbid, Bornitrid und/oder Borcarbid, und weiteren Zusätzen für Verbesserung des Flammschutzes und Verringerung des Kriechstroms, also Verbesserung der elektrischen Isolationsfestigkeit. Der Volumenanteil des Keramik-Materials, das als feines Pulver bei der Herstellung beigemischt wird, beträgt zwischen 3% und 30%. Somit ist eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit erreichbar, obwohl das Grundmaterial aufgeschäumt wird und somit als Schaumstoffteil mit hohem Anteil an Gaseinschlüssen hergestellt ist. Zwar leiten die Gaseinschlüsse die Wärme sehr schlecht, jedoch sind die durch die Keramik-Material-Partikel gebildeten Ketten in den aus dem Grundmaterial gebildeten Zellwänden derart als teilweise unterbrochen Ketten von der Wärmequelle zur Wärmesenke angeordnet, dass ein sehr geringer Wärmewiderstand durch den ersten Schaumstoffabschnitt erreichbar ist.The base material is made of polypropylene, a non-oxide ceramic material such as silicon carbide, boron nitride and / or boron carbide, and other additives for improving the flame retardancy and reducing the leakage current, so improving the electrical insulation strength. The volume fraction of the ceramic material admixed as a fine powder in the production is between 3% and 30%. Thus, an excellent thermal conductivity is achievable, although the base material is foamed and thus produced as a foam part with a high proportion of gas inclusions. Although the gas pockets conduct the heat very poorly, the chains formed by the ceramic material particles in the cell walls formed from the base material are arranged as partially interrupted chains from the heat source to the heat sink such that very little thermal resistance is achievable by the first foam section is.
Im ersten Schaumstoffabschnitt
Die bestückte Leiterplatte fungiert als Umrichter, beispielsweise zur Speisung eines Elektromotors.The populated printed circuit board acts as a converter, for example for feeding an electric motor.
Auf der Leiterplatte
Das so entstandene Elektrogerät ist transportfähig und anbaufähig an ein Montageteil.The resulting electrical device is transportable and attachable to a mounting part.
Der erste und weitere Schaumstoffabschnitt ist aus einzelnen Teilabschnitten jeweils zusammensetzbar oder in einem Formwerkzeug einstückig herstellbar.The first and further foam section can be assembled from individual sections or can be produced in one piece in a molding tool.
Der Schaumstoffabschnitt
Der Schaumstoffabschnitt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leiterplattecircuit board
- 22
- Wärme erzeugendes BauelementHeat generating component
- 33
- Schaumstoff als WärmesperreFoam as thermal barrier
- 44
- Schaumstoff, wärmeleitendFoam, heat-conducting
- 55
- Kühlkörperheatsink
- 66
- wärmeleitendes, insbesondere keramisches oder metallisches, Teilthermally conductive, in particular ceramic or metallic, part
- 77
- Steckverbinderteilconnector part
Claims (8)
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Legal Events
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