DE102012204241B4

DE102012204241B4 - Leiterplattenanordnung

Info

Publication number: DE102012204241B4
Application number: DE102012204241.5A
Authority: DE
Inventors: Olai Ihle; Helmut Kellermann; Thomas Stolpe
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: DE102012204241A1

Abstract

Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Stator (1) und einem Rotor, einer Leiterplatte (2) mit Leiterplattenkontakten (4) und einem Leiterplattenträger (5), wobei die Leiterplatte (2) im Bereich zwischen zwei verzinnten Kontakten (4) unterschiedlichen Potentials eine schlitzartige Ausnehmung (6) aufweist, welche eine gerade Linie zwischen den Kontakten (4) schneidet und die Ausnehmung (6) sich beiderseits dieser Linie erstreckt, wobei der Abstand zwischen zwei Kontakten (4) der Leiterplatte (2) deutlich größer ist als der Abstand zwischen zwei Steckerpins (8) eines Steckeranschlusses (9) und wobei Kontaktmittel (7) einerseits mit den Kontakten (4) der Leiterplatte (2) elektrisch verbunden sind und andererseits die Steckerpins (8) des Steckeranschlusses (9) bilden und wobei die Kontaktmittel (3a, 3b, 3c) U-förmig gebogen und so gekröpft sind, dass das leiterplattenseitige Kontaktende (7a) eines ersten Kontaktmittels (3a) in eine erste Richtung verformt ist und das leiterplattenseitige Kontaktende (7b) eines weiteren Kontaktmittels (3b) in die entgegengesetzte Richtung verformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, insbesondere zum Antrieb einer Kreiselpumpe, mit einem Stator und einem Rotor, einer Leiterplatte mit Leiterplattenanschlüssen und einem Leiterplattenträger.
Die DE 36 39 004 A1 beschreibt einen Steckeranschluss für einen Kleinmotor mit einer Leiterplatte, welche eine Trennlinie zum Abknicken der Leiterplatte aufweist. Dabei ist eine erste Lasche in eine erste Richtung und eine zweite Lasche in eine zweite Richtung abgewinkelt.
Das Gebrauchsmuster DE 20 2008 008 436 U1 zeigt einen in einem Kfz-lnnenraum einzubauenden Sensorlüfter mit einer Leiterplatte. Diese weist zwischen Leiterplattenkontakten einen Schlitz auf.
Die DE 60 2005 002 904 T2 beschreibt an unterschiedliche Stecker anpassbare Anschlussabstände. Grund hierfür ist jedoch nicht die Verzögerung von Kurzschlüssen ausgelöst durch Whisker oder Dendriten. Es handelt sich lediglich um eine geometrische Anpassung.
Die WO 2006/006 114 A1 beschreibt die physikalischen Grundlagen zur Entstehung von Whiskern, dass Abstände zwischen Anschlüssen immer geringer dimensioniert sind und dass es dabei häufig zu Isolationsproblemen durch Whisker kommt. Weiter wird eine Lösungsmöglichkeit angeboten das Wachstum von Whiskern zu verzögern und einzuschränken. Diese Lösung umfasst eine feinkörnige Zinnreiche Beschichtung, deren Körner unterschiedliche Länge in unterschiedlichen Richtungen haben, wobei ihre längeren Seiten parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind. Derartige Beschichtung erfordern erhebliche Investitionen in Anlagen und bedeuten zusätzliche Fertigungsschritte.
Aus der US 2008/0 007 133 A1 sind aus Flachleitern zusammengesetzte ”Wicklungen” bekannt, welche teilweise U-förmig und gekröpft sind.
Aus der EP 1 850 010 B1 ist ein gattungsgemäßer bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, bei dem der Stator aus einer zylindrischen Spule besteht, welche auf einen Isolierstoffkörper gewickelt ist, der als Aufnahme für eine Leiterplatte dient. U-förmige Kontaktmittel bilden die elektrische Verbindung zwischen einem Anschlussstecker und Kontakten der Leiterplatte. Der Abstand der Kontaktmittel an der Leiterplatte ist genau so gering wie im Anschlussstecker. Da die Kontaktierung zwischen den Kontaktmitteln und der Leiterplatte durch einpressen in einen verzinnten Bereich oder durch Löten der Kontaktmittel erfolgt, ist Lötzinn vorhanden, welches unter bestimmten Voraussetzungen zu Dendriten- oder Whiskerbildung neigt. Eine wesentliche Voraussetzung ist das Vorhandensein eines Potentialunterschieds. Begünstigt wird die unerwünschte Kristallbildung auch durch Feuchtigkeit, die in den Kontaktbereich eingedrungen ist. Insbesondere bei Pumpenmotoren kann ein geringer Feuchtigkeitseintrag auch bei gut abgedichteten Statoren nie völlig ausgeschlossen werden. Dendriten und Whisker wachsen entlang von Potentialgradienten, sie können elektrische Störungen verursachen und bis hin zu Kurzschlüssen und zur Zerstörung des Motors führen. Im Zuge der Altfahrzeugeverordnung werden bleifreie Lote gefordert, wodurch der Zinnanteil deutlich erhöht werden muss. Zinn jedoch begünstigt das Whiskerwachstum.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Anschlussverbindungen zwischen einer Leiterplatte und einem externen Steckersystem, das diese Leiterplatte mit Spannung und Steuersignalen versorgt, so zu gestalten, dass die Bildung von Dendriten und Whiskern zwischen den Leiterplatten-Anschlusskontakten zumindest behindert und verzögert wird, so dass es nicht zu Funktionsstörungen innerhalb der Lebensdauer kommen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Da Dendriten und Whisker bevorzugt entlang von Patentialgradienten wachsen wurde die gerade Linie zwischen den Kontakten mit großem Potentialunterschied durch die schlitzartige Ausnehmung unterbrochen, wodurch eine mechanische Barriere geschaffen ist, die zumindest zu einer Verzögerung des Wachstums von Metallbrücken führt.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Steckerpins von Anschlusssteckern sind in der Regel kundenspezifisch und unterliegen gewissen Vorgaben. Aus Platzgründen sind die Abstände der einzelnen Pins normalerweise gering. Würden diese Abstände auf der Leiterplattenseite beibehalten, könnten die beschriebenen Effekte kaum unterdrückt werden, daher wird in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen die Kontakte auf der Leiterplatte mit einem deutlich größeren Abstand untereinander anzuordnen, insbesondere zwischen den Kontakten größten Potentialunterschieds.
Um dies zu realisieren wird weiter vorgeschlagen eine Kröpfung von Kontaktmitteln vorzusehen, welche die Verbindung zwischen einem Steckeranschluss und der Leiterplatte herstellen. Durch diese Kröpfung wird ein erstes Kontaktende in eine erste Richtung verformt und ein zweites Kontaktende in eine zweite entgegengesetzte Richtung verformt.
Vorteilhafterweise wird versucht die Teileanzahl und damit den Werkzeugaufwand so gering wie möglich zu halten. Dies wird erreicht indem das erste und zweite Kontaktmittel aus einem einzigen Blechschnitt hergestellt ist. Der Unterschied zwischen den beiden Kontaktmitteln liegt lediglich in der Biegerichtung. Dabei sind beide Kontaktmittel U-förmig gebogen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der schlitzartigen Ausnehmung ein Trennsteg angeordnet. Durch den Trennsteg, der aus einem zur Leiterplatte, genauer zur Leiterplattenoberfläche unterschiedlichen Material besteht, ändern sich die Wachstumsbedingungen für Kontaktbrücken. Um diesen Effekt zu optimieren ist vorgesehen, der Trennsteg wandartig auszubilden. Dadurch sind Dendriten oder Whisker gezwungen eine mehrfache Richtungsänderung vorzunehmen um das gegenüberliegende Potential zu erreichen. Da dies auch eine Abweichung vom Potentialgradienten bedeutet, wird der beschriebene parasitäre Effekt erheblich behindert. Der Trennsteg erstreckt sich mindestens soweit aus der Leiterplattenebene, wie die Kontaktenden der Kontaktmittel aus der Leiterplatte vorspringen.
Zweckmäßigerweise wird der Trennsteg einstückig mit einem Isolierstoffkörper einer Spulenisolierung des Stators ausgebildet. Bevorzugt übernimmt dieser Isolierstoffkörper auch die Funktion des Leiterplattenträgers, wodurch die Teileanzahl beschränkt wird.
Bei einer Variante wird ein drittes Kontaktmittel für eine Übermittlung von Steuersignalen so angeordnet, dass es zwischen den Versorgungsanschlüssen liegt. Dadurch wird der Abstand der Kontakte mit dem größten Potentialunterschied vergrößert, wenn das Potential des Steueranschlusses entsprechend angepasst ist.
Eine hemmende Wirkung auf das Whisker- und Dendritenwachstum wird auch durch Verwendung einer Parylene-Beschichtung auf der Leiterplatte in den Bereichen zwischen den Kontakten erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bestückte Leiterplatte,
2 einen Stator eines bürstenlosen Gleichstrommotors,
3 den Stator mit montierter Leiterplatte,
4 einen Kontaktblechschnitt,
5a ein Kontaktmittel mit einer ersten Kröpfungsrichtung und
5b ein Kontaktmittel mit einer zweiten Kröpfungsrichtung.
1 zeigt eine bestückte Leiterplatte 2, die in ihrer Grundform kreisscheibenförmig ist und passt sich damit an die Form eines Stators eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Die Leiterplatte 2 ist mit drei Kontakten 4a, 4b, 4c versehen, die in Form von metallisierten Kontaktbohrungen ausgeführt sind. Es sind drei Kontakte vorgesehen, wobei zwei Kontakte einen deutlich vergrößerten Abstand voneinander aufweisen. Zwischen diesen beiden Kontakten 4a, 4b ist eine schlitzartige, zum Rand hin offene Ausnehmung ausgestanzt. Die gesamte Leiterplatte 2 einschließlich elektronischen Bauteilen 14 ist mit einer Parylenebeschichtung 13 versehen, welche insbesondere zum Schutz vor Feuchtigkeit dient. Die Leiterplatte 2 ist hauptsächlich durch SMD-Bauteile bestückt. An den Bereich der Kontakte 4a, 4b, 4c und der schlitzartigen Ausnehmung 6 schließt eine Einbuchtung 15 an, die als Freisparung für einen Steckeranschluss dient. Kreisförmige Ausnehmungen 16 dienen als Fügepartner zum Anbau an den Stator. Die Leiterplatte 2 enthält weiter Bohrungen für Wicklungsanschlüsse 17.
2 zeigt einen Abschnitt des Stators 1 mit Klauenpolen 18, einem Leiterplattenträger 5, mit Aufnahmemitteln 19 für die Leiterplatte, Schneidklemmkontakte 20 zur Verbindung der Leiterplatte mit Wicklungsenden einer Statorwicklung. Bei der nicht dargestellten Wicklung handelt es sich um eine hohlzylindrische Spule. Weiter zeigt 2 Schnapphaken 21, mit deren Hilfe der Stator im Motorgehäuse fixierbar ist, Kontaktmittel 3a, 3b, 3c, die als U-förmig gebogenes Leitblech ausgestaltet sind, wobei der Jochbereich der Kontaktmittel gekröpft ausgebildet ist, um eine seitliche Verlagerung der Kontaktenden 7a, 7b, 7c zu erreichen. Dabei sind zwei Kontaktenden 7a und 7b entgegengesetzt gekröpft, so dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Die Kontaktenden 7a, 7b, 7c sind Deckungsgleich mit den Kontakten 4a, 4b, 4c der Leiterplatte. Zwischen den Kontaktenden 7a und 7b ist ein Trennsteg 11 im Material des Leiterplattenträgers 5 vorspringend ausgebildet. Dieser Trennsteg 11 korrespondiert mit der schlitzartigen Ausnehmung 6 der Leiterplatte 2 und wird bei der Montage darin aufgenommen. Der Leiterplattenträger ist in diesem Ausführungsbeispiel als um die Klauenpole 18 partiell herumgespritzter Isolierstoffkörper ausgebildet, der auch eine Wicklungsaufnahme mit Aufnahmemitteln für die Spulenenden dient. Weiter enthält der Leiterplattenträger Vertiefungen 22a, 22b, 22c, welche mit den Kontaktmitteln 3a, 3b und 3c korrespondieren und dies klemmend aufnehmen. Hierzu sind die Kontaktmittel 3a, 3b, 3c mit mitgestanzten Widerhaken 24 versehen, die sich in den Vertiefungen 22a, 22b, 22c verkrallen. Die Vertiefungen 22a, 22b, 22c sind in ihrer Grundform H-förmig ausgeführt und bilden auch die Kröpfung 23 der Kontaktmittel 3a, 3b, 3c ab.
3 zeigt den Stator 1 mit dem Leiterplattenträger 5 der darauf montierten Leiterplatte 2. Der Stator 1 umfasst einen Rückschlussring 25, der an der Peripherie des Stators spielfrei montiert ist. Hierzu sind die Enden des Rückschlussrings miteinander verschweißt (siehe Laserschweißnähte 26). 3 zeigt auch die Kontaktmittel, welche einerseits in Form von Kontaktpins 8a, 8b, 8c einen Steckeranschluss 9 bilden und andererseits über die Kontaktenden 7a, 7b, 7c mit den Kontakten der Leiterplatte 2 verbunden sind. Im dargestellten Beispiel sind Lötverbindungen vorgesehen. Weiter sind die Schneidklemmkontakte 20 z. T. dargestellt. Der Trennsteg 11 zwingt Kontaktbrücken dazu entweder auf der Leiterplatte 2 um den Trennsteg 11 herum oder quer über die Ausnehmung in der Leiterplatte und den Trennsteg 11 zum Gegenpol zu wachsen. Durch den vergrößerten Abstand, die unterschiedlichen Materialien, die Richtungsänderungen und ggfs. auch durch die Unterbrechung von Feuchtestrecken, wird das Wachstum der Dendriten und Whisker soweit verlangsamt, dass es innerhalb der prospektierten Lebensdauer nicht zu Funktionsbeeinträchtigungen oder Funktionsausfällen kommen kann.
Die 4 zeigt einen Kontaktblechschnitt 10, der als Grundlage zweier Typen von Kontaktmitteln 3a, bzw. 3b und 3c dient (siehe 5a und 5b). Der Unterschied besteht lediglich in der unterschiedlichen Biegerichtung. In beiden Fällen werden die Kontaktmittel zu einem U gebogen. Durch die unterschiedliche Biegerichtung bildet sich die Kröpfung 23 spiegelbildlich aus, wodurch die Kontaktenden im eingebauten Zustand einen größeren Abstand zueinander einnehmen. Die Art und Weise wie die Kontaktmittel gebogen werden und aus dem Blechschnitt herausgelöst werden sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht näher erläutert. Das gleiche gilt für die Ausbildung der Widerhaken 24 und von Klemmabschnitten 27.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Leiterplatte
3a, 3b, 3c: Kontaktmittel
4a, 4b, 4c: Kontakt (der Leiterplatte)
5: Leiterplattenträger
6: schlitzartige Ausnehmung
7a, 7b, 7c: Kontaktende
8a, 8b, 8c: Steckerpin
9: Steckeranschluss
10: Blechschnitt
11: Trennsteg
12a, 12b: Flächige Seite
13: Parylenebeschichtung
14: elektronische Bauteile
15: Einbuchtung
16: kreisförmige Ausnehmung
17: Wicklungsanschluss
18: Klauenpol
19: Aufnahmemittel
20: Schneidklemmkontakte
21: Schnapphaken
22a, 22b, 22c: Vertiefung
23: Kröpfung
24: Widerhaken
25: Rückschlussring
26: Laserschweißnaht
27: Klemmabschnitt

Claims

Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Stator (1) und einem Rotor, einer Leiterplatte (2) mit Leiterplattenkontakten (4) und einem Leiterplattenträger (5), wobei die Leiterplatte (2) im Bereich zwischen zwei verzinnten Kontakten (4) unterschiedlichen Potentials eine schlitzartige Ausnehmung (6) aufweist, welche eine gerade Linie zwischen den Kontakten (4) schneidet und die Ausnehmung (6) sich beiderseits dieser Linie erstreckt, wobei der Abstand zwischen zwei Kontakten (4) der Leiterplatte (2) deutlich größer ist als der Abstand zwischen zwei Steckerpins (8) eines Steckeranschlusses (9) und wobei Kontaktmittel (7) einerseits mit den Kontakten (4) der Leiterplatte (2) elektrisch verbunden sind und andererseits die Steckerpins (8) des Steckeranschlusses (9) bilden und wobei die Kontaktmittel (3a, 3b, 3c) U-förmig gebogen und so gekröpft sind, dass das leiterplattenseitige Kontaktende (7a) eines ersten Kontaktmittels (3a) in eine erste Richtung verformt ist und das leiterplattenseitige Kontaktende (7b) eines weiteren Kontaktmittels (3b) in die entgegengesetzte Richtung verformt ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktmittelgeometrien aus dem gleichen Blechschnitt (10) hergestellt sind, wobei die ersten Kontaktmittel (3a) in eine erste Biegerichtung gebogen sind und die weiteren Kontaktmittel (3b, 3c) in eine zweite Biegerichtung gebogen sind.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Trennsteg (11) in der Ausnehmung (6) angeordnet ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennsteg (11) sich von einer ersten flächigen Seite (12a) der Leiterplatte (2) zu einer zweiten flächigen Seite (12b) der Leiterplatte (2) und über diese Hinaus erstreckt, so dass der Trennsteg (11) eine Wandung unterschiedlichen Materials zwischen den Kontakten (4a, 4b) der Leiterplatte (2) und zwischen den Kontaktmitteln (3a, 3b), die in diesem Bereich mit den Kontakten (4a, 4b) elektrisch verbunden sind, bildet.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Wandung zumindest so groß ist, wie die Kontaktmittel (3a, 3b) über die Leiterplattenebene sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten flächigen Seite (12a, 12b) der Leiterplatte (2) hervorragen.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennsteg (11) mit einem Isolierstoffkörper einer Spulenisolierung des Stators (1) einstückig ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffkörper der Leiterplattenträger (5) ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Kontaktmittel (3c) für eine Übermittlung von Steuersignalen vorhanden ist, das auf der gleichen Geraden wie die beiden Kontaktmittel (3a, 3b) für die Versorgungsspannung angeordnet ist und das dritte Kontaktmittel aus dem gleichen Blechschnitt (10), wie die beiden übrigen Kontaktmittel (3a, 3b), hergestellt ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Kontaktmittel (3c) für die Übertragung der Steuersignale zwischen den beiden Kontaktmitteln (3a, 3b) angeordnet ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) in den Bereichen zwischen den Kontakten (3a, 3b, 3c) mit einer Paryleneschicht versehen ist.
Bürstenloser Gleichstrommotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zum Antrieb einer Kreiselpumpe dient.