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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Elektronikkarte und einem Verfahren zur Herstellung solch einer Elektronikkarte, sowie einer elektrischen Maschine mit solch einer erfindungsgemäßen Elektronikkarte, nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Zur Steuerung von elektrischen Maschinen wird eine Elektronikkarte, die eine Steuerschaltung enthält, an das Gehäuseteil der elektrischen Maschine angeordnet. Dazu wird die Elektronikkarte möglichst an einem offenen Ende des Gehäuseteils der elektrischen Maschine angeordnet. Das Gehäuseteil ist vorzugsweise ein Poltopf oder ein Statorgehäuse. So kann die Elektronikkarte leicht mit den zu steuernden Bauteilen, die im Gehäuseteil angeordnet sind, verbunden werden.
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Aus der
FR 2 574 554 A1 ist eine Elektronikkarte bekannt, die an einem offenen Ende des Gehäuseteils der elektrischen Maschine angeordnet ist. Zwischen der Elektronikkarte und den mechanischen Bauteilen der elektrischen Maschine ist zum einen kein Schutz vor Kleinteilen, wie Späne, Schmutzpartikel, Feuchtigkeit oder sonstigen leitenden Kleinteilen angeordnet. Zum anderen ist die Elektronikkarte frei in einem Hohlraum innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet, sodass diese lediglich von Luft umgeben ist, was zur einer schlechten Abführung der Dissipationswärme führt. Der fehlende Schutz vor elektrisch leitenden Kleinteilen kann zum Defekt der Elektronikkarte durch z.B. Kurzschluss führen. Lose Kleinteile können sich durch Vibrationen bis zur Elektronikkarte bewegen und Lötstellen oder Bauteilkontakte leitend verbinden, was zu einem Kurzschluss führt. Die schlechte Wärmeabfuhr von der Elektronikkarte führt zu einer verminderten Funktionsfähigkeit der elektronischen Bauteile auf der Elektronikkarte. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung behoben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Elektronikkarte zur Steuerung einer elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung solch einer Elektronikkarte mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass die Elektronikkarte durch eine Schutzfolie vor Verschmutzung und Kurzschlüssen durch leitende Kleinteile geschützt ist. Ein weiterer Vorteil ist die effiziente Abführung der Dissipationswärme der Bauteile auf der Elektronikkarte über die Schutzfolie. Dazu wird die Elektronikkarte mit der Schutzfolie umhüllt.
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Nachdem die Schutzfolie in ihrer Endposition auf der Elektronikkarte angeordnet ist, sind die Platine der Elektronikkarte, die elektrischen Bauteile der Platine, der Stecker der Elektronikkarte, sowie die Steckerkontaktierung zwischen Stecker und Platine mit der Schutzfolie überzogen. Die Endposition zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzfolie annähernd die gesamte Elektronikkarte bedeckt. Wenn die Schutzfolie in der Endposition komplett montiert ist, ist die Elektronikkarte betriebsbereit. Dabei ist vorzugsweise ein der Platine zugewandtes Endstück des Steckers mit der Schutzfolie überzogen. Dabei überlappt die Schutzfolie mit dem Stecker. Um einen möglichst hohen Schutz vor Kleinteilen und eine möglichst hohe Wärmeabfuhr zu erreichen, liegt die Schutzfolie in ihrer Endposition dicht an der Elektronikkarte und deren Bauteilen an. Die Schutzfolie liegt dabei so dicht an, dass die Schutzfolie die Elektronikkarte und die darauf befindlichen Bauteile unmittelbar berührt. Durch die Berührung zeichnen sich die Bauteile außen auf der Schutzfolie ab.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren möglich.
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Vorteilhafter Weise ist die Schutzfolie schlauchartig ausgebildet. So kann auf einfach Weise die Schutzfolie auf die Karte aufgestülpt werden. Dabei umhüllt die Schutzfolie die Karte in geschlossener Weise bezüglich des Umfangs der schlauchartigen Schutzfolie. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt eine Schutzfolie, die als Schrumpfschlauch ausgebildet ist. Ein Schrumpfschlauch hat den Vorteil, dass er dicht an die Elektronikkarte anliegt, wenn sein Schrumpfungsvorgang abgeschlossen ist. Der Schrumpfungsvorgang zeichnet sich durch ein Zusammenziehen des Schlauchs aus. Der Schrumpfungsvorgang wird durch z.B. Wärmezufuhr bewirkt. So kann in einem Verfahrensschritt Wärme zugeführt werden, z.B. durch einen Heißluftföhn, einen Ofen oder Infrarotlicht. Weiter könnte der Schrumpfschlauch auch durch Kältezufuhr geschrumpft werden. So könnte der Schrumpfschlauch flüssigem Stickstoff ausgesetzt werden oder kalter Luft. Auf diese Weise wird ein dichtes Anliegen der Schutzfolie auf der Elektronikkarte – insbesondere an den Bauteilen – gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise ist die Schutzfolie tütenartig ausgebildet. So kann die Schutzfolie mit ihrem offenen Ende voran auf die Elektronikkarte geschoben werden, sodass das offene Ende in der Endposition an dem Stecker angeordnet ist. Weiter weist solch eine Schutzfolie ein geschlossenes Ende auf. So wird ein Eindringen von Kleinteilen an einem offenen Ende verhindert. Es ist eine weitere Ausführungsform denkbar, bei der eine schlauchartige Schutzfolie auf die Elektronikkarte geschoben wird, um nachträglich das dem Stecker abgewandte Ende der Schutzfolie zu verschweißen und damit zu verschließen. Nebst dem Verschweißen ist auch ein Verkleben möglich. Dies gewährleistet einen optimalen Schutz vor leitenden Kleinteilen, da diese nicht mehr durch das dem Stecker abgewandte, offene Ende unter die Schutzfolie gelangen können.
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Vorteilhafterweise wird die Schutzfolie in ihrer Endposition auf der Elektronikkarte vakuumiert. Unter vakuumieren versteht man das Erzeugen eines Unterdrucks innerhalb eines Raumes. Angewendet auf die Schutzfolie bedeutet dies, dass dem Innenraum, der in ihrer Endpositon angeordneten Schutzfolie, ein Teil des enthaltenen Gases, z.B. Luft entzogen wird. Dadurch bildet sich der genannte Unterdruck. Idealerweise wird das Gas näherungsweise vollständig entfernt. Der Unterdruck führt zu einer besonders dicht anliegenden Schutzfolie an den Bauteilen der Elektronikkarte. Die Luft, die durch das Vakuumierungsverfahren aus dem Inneren der Schutzfolie entzogen wird, wird durch das offene Ende entzogen. Es ist alterantiv auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Luft durch eine dafür vorgesehen Öffnung in der Schutzfolie entzogen wird. Das offene Ende der Schutzfolie wird nach dem Vakkuumierungsschritt mit dem Stecker verschweißt. Dazu überlappt die Schutzfolie vorzugsweise das Endstück des Steckers. Das Endstück des Steckers ist der Platine zugewandt. Weiter berührt das Endstück des Steckers die Platine, bzw. umgreift mit dem Endstück des Steckers den Rand der Platine. Das Verschweißen der Schutzfolie mit dem Endstück des Steckers bzw. mit dem Stecker führt zu einer optimalen Abdichtung der Schutzfolie gegenüber ihrer Umgebung. Durch das Vakuumieren wird die isolierende Luft aus dem Inneren der Schutzfolie entfernt und die in der Schutzfolie befindlichen Bauteile können somit optimal ihre Wärme über die Schutzfolie an die Umgebung abgeben. In einer weiteren Ausführungsform kann eine schlauchartige Schutzfolie auf die Karte geschoben werden und an beiden Enden mittels Ultraschallschweißens oder Laserschweißens abgedichtet werden. Das lässt eine kostengünstige Serienfertigung zu, da keine Zusatzstoffe, wie Klebstoffe, verwendet werden müssen. Weiter wäre aber auch eine Verwendung von Klebstoff möglich. Hinsichtlich der für die Schutzfolie verwendeten Materialien sind Kunststoffe möglich, die sich bei Wärme oder Kälte zusammenziehen. Solche Materialien sind kostengünstig.
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Weiter ist die Schutzfolie aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet. Dabei sind Kunststoffe, die wärmeleitend sind, von Vorteil. Dies schafft eine effiziente Wärmeabführung.
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Die Schutzfolie kann alternativ aus einem Kompositmaterial bestehen, das vorzugsweise Metall enthält. Solch ein Kompositmaterial zeichnet sich durch eine mehrlagige Struktur aus, die durch aufeinandergeschichtete Folien erreicht wird. So können verschiedene Eigenschaften von Werkstoffen genutzt werden, um eine optimale Kombination aus Wärmeabführung und mechanischer Robustheit der Schutzfolie darzustellen. So ist ein Kompositmaterial denkbar, das aus laminierten Folien besteht, wobei jede Folie wenigstens eine Funktion, wie Wärmeleitung über eine Wärmebrücke zu einer Wärmesenke, Schrumpfungsfunktion oder mechanische Festigkeit erfüllt.
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Die Schutzfolie ist vorteilhafter Weise mit einem metallischen Massenblock, wie z.B. einem Kühlkörper oder Kühlrippen verbunden. Dies gewährleistet eine gute Wärmeabführung von der Elektronikkarte weg.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer Elektronikkarte mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, einen langlebigen und sicheren Betrieb zu gewährleisten.
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So wird solch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine zur Verwendung als Verstellantrieb in einem Automobil z.B. als Fensterheber, Schiebedachantrieb, Kofferraumklappenantrieb und/oder Schaltgetriebestellantrieb verwendet. Neben dieser Verwendung ist auch eine Verwendung in anderen technischen Bereichen möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Elektronikkarte mit einer Schutzfolie,
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2 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer durch die Schutzfolie umhüllte Elektronikkarte
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist eine Elektronikkarte 10 zur Steuerung einer elektrischen Maschine 12, wie sie in 2 gezeigt ist, dargestellt. Die Elektronikkarte 10 umfasst verschiedene Elemente 30, wie eine Platine 14, einen Stecker 18 und elektrische Bauteile 16 und Steckerkontaktierung 20. Auf der Platine 14 sind elektrische Bauteile 16 angeordnet. Die elektrischen Bauteile 16 kontaktieren die Platine 14 und bilden eine Steuerschaltung aus. Die elektrischen Bauteile 16 sind auf einer Vorderseite 15 und auf einer Rückseite 17 der Platine 14 angebracht. Die Vorder- und Rückseite 15, 17 bilden die Seiten der Platine 14 mit der größten Fläche. Dazu sind die elektrischen Bauteile 16 auf die Platine 14 gelötet. Die elektrischen Bauteile 16 können auch auf die Platine 14 geklipst oder gesteckt sein. Weiter umfasst die Elektronikkarte 10 den Stecker 18, der an der Platine 14 befestigt und elektrisch durch die Steckerkontaktierung 20 kontaktiert ist. Die Steckerkontaktierung 20 ist hier mittels Löten hergestellt. Es ist auch hier eine Steckerkontaktierung 20 zwischen Stecker und Platine durch Klipsen oder Stecken möglich. Die Elemente 30 der Elektronikkarte 10 sind von einer Schutzfolie 22 dicht umschlossen.
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Die Schutzfolie 22 kann in einer bevorzugten Ausführungsform schlauchartig ausgebildet sein. Hierfür wird ein Schrumpfschlauch 25 verwendet, der auf die Elektronikkarte 10 aufgeschrumpft wird und sich dadurch dicht an die Kontur der Elektronikkarte 10 anlegt. Dabei bleiben die Enden des Schrumpfschlauches 25 geöffnet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Elektronikkarte 10 in einer tütenartigen Schutzfolie 22 angeordnet. Die tütenartige Schutzfolie 22 ist an einem ersten, dem Stecker 18 abgewandten Ende 24 geschlossen. Das offene Ende 26 wird dabei über das Endstück 21 des Steckers 18 gestülpt, sodass das Endstück 21 und die Schutzfolie 22 einen Überlappungsbereich 23 ausbilden.
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Die Schutzfolie 22 ist in ihrer Endposition auf der Elektronikkarte 10 vakuumiert. Ihr offenes Ende 26 ist mit dem Stecker 18 verschweißt. Die Schweißnaht 19 ist dabei an dem Überlappungsbereich 23 zwischen dem offenen Ende 26 der Schutzfolie 22 und dem Endstück 21 des Steckers 18 angebracht. Dabei verläuft die Schweißnaht 19 in Umfangsrichtung um die ganze Schutzfolie 22 herum, so dass sowohl Vorder- und Rückseite als auch die Seiten der Schutzfolie 22 bzw. des Überlappungsbereichs 23 mit dem Stecker 18 verschweißt sind. Die Schweißnaht 19, die geschlossen in Umfangsrichtung um den kompletten Überlappungsbereich 23 verläuft, ist luftdicht.
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Der Stecker 18 weist eine Steckbuchse 27 mit in der Steckbuchse 27 befindlichen Pins 17 auf. Die metallenen Pins 17 führen durch das Endstück 21 des Steckers 18 hindurch und kontaktieren die Platine 14 auf der Vorder- und/oder Rückseite 15, 17. Somit bilden die Pins 17 mit der Platine 14 die Steckerkontaktierung 20.
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Die vakuumierte Schutzfolie 22 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der leicht verschweißbar ist. Der Kunststoff ist dabei wärmeleitend. Weiter ist der Kunststoff flexibel, damit er sich sehr dicht an die Bauteile 16, die Platine 14, die Steckerkontaktierung 20 und den Stecker 18 anschmiegen kann. Dabei soll im Idealfall kein Spalt zwischen der Schutzfolie 22 und den Bauteilen 14 vorhanden sein. In der alternativen Ausführungsform eines Schrumpfschlauches 25 ist ebenfalls ein flexibles Material gewählt. Nach dem Befestigen der Schutzfolie 22 zeichnet sich die Kontur der Elemente 30 unter der Schutzfolie 22 ab.
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Die Schutzfolie 22 ist über eine Wärmebrücke 80 mit einer Wärmesenke 29 verbunden, sodass die Wärme von der Elektronikkarte 10 über eine Wärmebrücke 80 abgeführt wird. Die Wärmebrücke 80 kann durch einen unmittelbaren Kontakt zwischen Schutzfolie 22 und der Wärmesenke 29 erreicht werden. Weiter kann die Wärmebrücke 80 durch einen oder mehrere Metallelemente und/oder Wärmeleitpaste erzeugt werden, wobei diese Maßnahmen zwischen der Wärmesenke 29 und der Schutzfolie 22 angeordnet werden. Die Wärmesenke 29 kann ein Kühlkörper 8 und/oder ein metalischer Masseblock und/oder eine Wasserkühlung sein. Bevorzugt ist der Kühlkörper 8 als Teil des Motorgehäuses ausgebildet. Es ist auch eine Wärmesenke 291 denkbar, zu der eine Wärmebrücke 801 erzeugt wird, indem man die Elektronikkarte 10 in ihren Anschluss einsteckt.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 12 gezeigt. Die elektrische Maschine 12 weist ein Gehäuseteil 4 auf. Das Gehäuseteil 4 ist ein Poltopf. In dem Gehäuseteil 4 ist ein Stator 2 konzentrisch zu dem Gehäuseteil 4 angeordnet. Konzentrisch zu dem Stator 2 ist ein Rotor 3 auf einer Rotorwelle 1 angeordnet. Axial neben dem Rotor 3 bzw. dem Stator 4 ist die Elektronikkarte 10 mit der Schutzfolie 22 – wie sie erfindungsgemäß in 1 dargestellt ist – angeordnet. Die Elektronikkarte 10 ist an einer offenen Ende 6 des Gehäuseteils 4 angeordnet. Die Elektronikkarte 10 befindet sich dabei in einem Hohlraum 5 der elektrischen Maschine 12. Der Hohlraum 5 befindet sich axial neben dem offenen Ende 6 des Gehäuseteils 4. Es ist eine alternative Ausführungsform möglich, bei der der Hohlraum 5 nicht durch einen Deckel 7 verschlossen wird, da die Elektronikkarte 10 eine Schutzfolie 22 aufweist. Weiter ist keine Trennwand notwendig, um die Elektronikkarte 10 von dem Stator 2, dem Rotor 3, und weiteren mechanischen Bauteilen abzutrennen. Durch die Verwendung einer Schutzfolie 22 zur Umhüllung der Elektronikkarte 10 wird eine neue Designfreiheit der elektrischen Maschine 12 erreicht. Die Elektronikkarte 10 mit der Schutzfolie 22 kann auf der Außenseite 9 des Motorgehäuses 4 angebracht werden. Weiter führt solch eine hermetisch dicht angebrachte Schutzfolie 22 dazu, dass auf Dichtheitsprüfungen und auf andere Maßnahmen zur Abdichtung der elektrischen Maschine 12 verzichtet werden kann.
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Zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Elektronikkarte 10 muss die Schutzfolie 22 über die Elektronikkarte 10 gezogen werden, sodass die Schutzfolie 22 auf der Elektronikkarte 10 angeordnet ist. Darauf folgend wird die Schutzfolie 22 auf der Elektronikkarte 10 befestigt. Bei der Ausführungsvariante, bei der die Elektronikkarte 10 mit einer schlauchartigen Schutzfolie 22 überzogen wird, kann das dem Stecker 18 zugewandte offenen Ende 26 der Schutzfolie 22 an den Stecker 18 angeschweißt werden. Weiter kann nachträglich auch das Ende 24, welches dem Stecker 18 abgewandt ist, dicht verschweißt werden, so dass die Schutzfolie 22 abgedichtet ist. Weiter ist es möglich, das dem Stecker 18 abgewandte Ende 24 der Schutzfolie 22 vor dem Anordnen auf der Elektronikkarte 10 zu verschweißen. Das Verschweißen kann mittels Ultraschallschweißens oder Laserschweißens erfolgen.
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Die Schutzfolie 22 kann vor dem Aufziehen entsprechend der Länge der Elektronikkarte 10 konfektioniert werden, sodass eine abgelängte Schutzfolie 22 jeweils auf einer Elektronikkarte 10 angeordnet wird. Eine weitere Ausführungsform ist möglich, bei der ein endlos langer Schlauch, der die Schutzfolie 22 bildet, auf der Elektronikkarte 10 angeordnet wird, um nach dem Anordnen entsprechend der Länge der Elektronikkarte 10 von dem Rest des Schlauches abgetrennt zu werden. Dieser endlos lange Schlauch kann z.B. von einer Rolle abgewickelt werden. Das Abtrennen des Schlauchstückes, welches auf der Elektronikkarte 10 angeordnet ist, kann mittels eines konventionellen Messers oder einer Schere erfolgen. Es kann auch eine Laserstrahl zum Einsatz kommen, wobei der Laserstrahl instantan zum Verschweißen des Endstückes 24 des Schlauches führt. Weiter ist ein heißes Trennelements möglich, welches ebenfalls instantan zum Verschweißen des dem Stecker abgewandten Endes 24 des Schlauchstückes führt. Somit ist das Ende 24 geschlossen.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele, vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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