DE102015216008A1

DE102015216008A1 - Leiterplatte, Elektromotor mit einer derartigen Leiterplatte sowie Verwendung einer Leiterplatte in einem Elektromotor

Info

Publication number: DE102015216008A1
Application number: DE102015216008.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Taubert; Werner Seichter
Original assignee: Igarashi Motoren GmbH
Current assignee: Igarashi Motoren GmbH
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-02-23
Also published as: WO2017032631A1

Abstract

Eine Leiterplatte (31) für einen Elektromotor (1) umfasst eine Trägerplatte (32) aus Keramikmaterial und mindestens ein elektronisches Bauelement (33, 34), das mittels einer Haftsubstanz an der Trägerplatte (32) gehalten ist und das über eine Leiterbahn (35) kontaktierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, einen Elektromotor mit einer derartigen Leiterplatte sowie die Verwendung einer derartigen Leiterplatte in einem Elektromotor.
Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Elektromotoren können auf einer Leiterplatte angeordnete Bauelemente als elektromagnetischer Schaltkreis integriert werden. Als Material für eine Trägerplatte dient beispielsweise eine mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatte. Das Material ist auch als FR4 bekannt. FR4 weist eine begrenzte Temperaturbeständigkeit von höchstens 140 °C auf.
Alternativ können bedrahtete Bauteile verwendet werden, die temperaturbeständiger sind. Die Anbringung bedrahteter Bauteile erfordert manuelle Arbeitsschritte, woraus sich ein Qualitätsrisiko sowie eine hohe Fehleranfälligkeit hinsichtlich der Fertigungsschritte ergeben. Die Herstellung solcher Komponenten ist, insbesondere bei großen Stückzahlen, unwirtschaftlich. Zudem unterliegen bedrahtete Bauteile Bauraumbeschränkungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektromagnetische Verträglichkeit eines Elektromotors, insbesondere unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten, zu verbessern.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Leiterplatte mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch einen Elektromotor mit den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen sowie durch die Verwendung einer Leiterplatte mit den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen.
Es wurde erkannt, dass eine Leiterplatte mit einer Trägerplatte aus Keramikmaterial eine verbesserte Temperaturbeständigkeit gegenüber FR4 aufweist. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Leiterplatte geeignet, Betriebstemperaturen von –40 °C bis zu 200 °C standzuhalten. Im unbestromten Zustand muss der Elektromotor in einem Lagerungstest einem Temperaturbereich von –50 °C bis 200 °C standhalten. Insbesondere ist die Leiterplatte temperaturbeständiger als aus dem Stand der Technik bekannte FR4-Leiterplatten oder Elektromotoren mit bedrahteten Bauteilen. Die erfindungsgemäße Leiterplatte ist besonders robust ausgeführt. Die Leiterplatte ist geeignet, im Innenraum eines Elektromotors dauerhaft zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit angeordnet zu sein. Die Leiterplatte umfasst mindestens ein elektronisches Bauelement, das mittels einer Haftsubstanz an der Trägerplatte gehalten ist. Das elektronische Bauelement ist über eine Leiterbahn kontaktierbar. Das elektronische Bauelement ist insbesondere ein oberflächenmontiertes Bauelement (SMD). Das mindestens eine Bauelement kann ein Kondensator, ein Widerstand, ein Ferrit und/oder eine Drossel sein.
Bei einer Leiterplatte, bei der als Haftsubstanz und/oder zum Kontaktieren mit der Leiterbahn ein Leitklebemittel dient, ist die Herstellung der Leiterplatte vereinfacht. Das Leitklebemittel ist insbesondere in einem Temperaturbereich bis 200 °C belastbar. Der Aufwand zur Herstellung der Leiterplatte ist reduziert. Insbesondere gewährleistet das Leitklebemittel zwei Funktionen, nämlich die haftende Verbindung des mindestens einen elektronischen Bauelements an der Trägerplatte sowie die elektronische Kontaktierung des elektronischen Bauelements an einer Leiterbahn. Insbesondere sind mehrere elektronische Bauelemente an der Leiterplatte angeordnet, die über mehrere Leiterbahnen beliebig miteinander verbindbar sind.
Die Leiterbahnen bilden eine Leitstruktur. Die Leiterbahnen bestehen aus in das Keramikmaterial der Trägerplatte integrierten Metallpartikeln. Die Metallpartikel sind in der Trägerplatte eingesintert. Metallpartikel sind beispielsweise Silber und Palladium, wobei zusätzlich Platin verwendet werden kann. Die metallisierte Leitstruktur ist in die Trägerplatte eingebrannt und mechanisch nahezu unzerstörbar ausgeführt. Gegenüber FR4-Leiterplatten, an welchen elektronische Bauelemente typischerweise auf Lötflächen angelötet werden, weist die verwendete Haftsubstanz den Vorteil auf, dass im Wesentlichen kein Volumenverlust auftritt. Eine benötigte Schablonendicke für die Haftsubstanz ist gegenüber einer Lotpaste reduziert. Typische Lötfehler wie ein unbeabsichtigter Aufrichteffekt, sogenannte Tombstones, und/oder Kurzschlüsse sind ausgeschlossen. Aufgrund eines verbesserten Fließverhaltens bzw. einer Benetzung der Haftsubstanz ist ein fließbegrenzendes Mittel wie beispielsweise ein Lötstopplack zur Begrenzung des Lots entbehrlich. Anstelle des Leitklebemittels kann beispielsweise auch Lötzinn als Haftsubstanz eingesetzt werden. Lötzinn ist unkompliziert verfügbar und handhabbar. Lötzinn ist bis etwa 140 °C bis 150°C temperaturbeständig.
Es ist zusätzlich möglich, eine Haftsubstanz zu wählen, die nicht elektrisch leitfähig ist. Demgegenüber weist das Leitklebemittel den Vorteil auf, dass eine separate elektrische Kontaktierung entbehrlich ist bzw. eine elektrisch leitende Verbindung nicht separat ausgeführt sein muss.
Ein Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen Leiterplatte weist eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit auf.
Ein Elektromotor, bei dem die Leiterplatte innerhalb eines von einem Gehäuse umschlossenen Innenraums angeordnet ist, ermöglicht eine direkte Integration der Leiterplatte in den Elektromotor. Dadurch, dass die Leiterplatte besonders robust ausgeführt ist, ist deren Anordnung innerhalb des Elektromotors unproblematisch.
Ein Elektromotor, der als Gleichstrommotor ausgeführt ist, erfordert eine besonders robust ausgeführte Leiterplatte. Insbesondere sind Betriebstemperaturen von mehr als 150 °C, insbesondere mehr als 160 °C, insbesondere mehr als 175 °C und insbesondere von bis zu 200 °C möglich. Aufgrund der auftretenden Vibrationen während des Betriebs des Elektromotors ist es erforderlich, dass die Leiterplatte selbst auftretenden Beschleunigungskräften entsprechend mindestens 30 g, also der 30-fachen Erdbeschleunigung, insbesondere mindestens 40 g und insbesondere mindestens 50 g standhält. Insbesondere muss die Befestigung der Leiterplatte in dem Elektromotor den genannten Temperaturen und/oder Beschleunigungskräften standhalten.
Ein Elektromotor mit einem Bürstenhalter oder einem Lagerschild mit integriertem Bürstenhalter, an dem die Leiterplatte befestigt ist, ermöglicht eine besonders robuste und platzsparende Ausführung des Elektromotors. Das Lagerschild weist mindestens eine Doppelfunktion und insbesondere eine hohe Funktionsintegration auf. Das Lagerschild dient beispielsweise der lagernden Aufnahme eines Wellenendes des Ankers des Elektromotors. Zusätzlich ermöglicht das Lagerschild die Befestigung der Leiterplatte.
Ein Elektromotor mit mindestens einer Klemmkontaktvorrichtung zum klemmenden Kontaktieren der Leiterplatte ermöglicht eine vorteilhafte Befestigung der Leiterplatte. Die Leiterplatte ist klemmend mittels der Klemmkontaktvorrichtung gehalten und zudem elektrisch kontaktiert. Die Klemmkontaktvorrichtung erfüllt zwei Funktionen integral. Ein zusätzliches Verkleben der Leiterplatte ist entbehrlich. Insbesondere ist es dadurch möglich, auf silikonhaltige Lacke, die zum Anbinden der Leiterplatte verwendet werden, zu verzichten. Silikonhaltige Lacke sind insbesondere wegen möglicher Ausdünstungen nachteilig. Die Kontaktierung mittels der Klemmkontaktvorrichtung ist gasdicht. Es ist ausgeschlossen, dass sich eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine SiO₂-Schicht, an einer der Kontaktflächen bildet. Die Klemmkontaktvorrichtung wird auch als Terminal bezeichnet. Die Leiterplatte kann unkompliziert am Elektromotor befestigt werden. Die Montage des Elektromotors mit der Leiterplatte ist unaufwändig und insbesondere automatisierbar durchführbar. Die manuellen Lohnkosten sind reduziert. Die Fehlerwahrscheinlichkeit ist reduziert.
Gegenüber bedrahteten Bauteilen besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass manuelle Arbeitsschritte entfallen und der erforderliche Bauraum reduziert ist. Der Elektromotor ist kompakt ausgeführt.
Ein Elektromotor, bei dem die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung an dem Bürstenhalter oder an dem Lagerschild mit integriertem Bürstenhalter befestigt ist, ermöglicht eine vorteilhafte Befestigung und Kontaktierung der Leiterplatte.
Ein Elektromotor, bei dem die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung einen Klemmspalt zum Klemmen der Leiterplatte aufweist, ermöglicht eine definierte Halterung der Leiterplatte. Insbesondere ist die Leiterplatte mit einer definierten Haltekraft geklemmt. Die Haltekraft gewährleistet eine Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Lösen der Leiterplatte aus der Klemmkontaktvorrichtung. Der Klemmspalt weist eine minimale Klemmspaltbreite auf, die durch Klemmkontaktelemente festgelegt ist. Die Klemmkontaktelemente sind insbesondere an elastisch federnd verlagerbaren Klemmkontaktstegen angeordnet. Die Klemmkontaktelemente sind jeweils einander zugewandt an den Klemmkontaktstegen angeordnet. Durch Einschieben der Leiterplatte in den Klemmspalt werden die Klemmkontaktstege mit den Klemmkontaktelementen entgegen einer elastischen Federkraft aufgebogen. Die eingeprägte elastische Federkraft wirkt als dauerhafte Haltekraft. Die Haltekraft bewirkt ein Andrücken der Klemmkontaktelemente auf die Leiterplatte.
Ein Elektromotor, bei dem die Leiterplatte eine Leiterplattendicke aufweist, die größer ist als die minimale Klemmspaltbreite, gewährleistet eine zuverlässige Haltekraft durch die Klemmkontaktvorrichtung auf die Leiterplatte. Insbesondere beträgt die minimale Klemmspaltbreite höchstens 95 % der Leiterplattendicke, insbesondere mindestens 90 % und insbesondere mindestens 85 %, insbesondere 75 %, insbesondere 60 %, insbesondere 50 %.
Ein Elektromotor, bei dem das Klemmkontaktelement eine gegenüber dem Klemmspalt konvex ausgeführte Oberfläche aufweist, ermöglicht eine vorteilhafte Klemmung der Leiterplatte. Die Kontaktfläche des Klemmkontaktelements ist definiert und insbesondere reduziert. Aufgrund der reduzierten Kontaktfläche des Klemmkontaktelements ist ein Anpressdruck von dem Klemmkontaktelement auf die Leiterplatte erhöht. Insbesondere ist die Kontaktfläche auf der Leiterplatte reduziert. Es ist eine gezielte, definierte Kontaktierung mit dem Klemmkontaktelement möglich. Die konvex ausgeführte Kontaktfläche weist, insbesondere einen dem Klemmspalt zugewandten, scharfkantigen Vorsprung auf. Ein scharfkantiger Vorsprung kann beispielsweise dadurch ausgeführt sein, dass die Kontur des Klemmkontaktelements entlang einer Einschubrichtung, entlang der die Leiterplatte in den Klemmspalt eingeschoben werden kann, eine Knickstelle aufweist. Beim Einschieben der Leiterplatte in den Klemmspalt wird die Leiterbahn insbesondere aufgrund der konvex ausgeführten Kontaktfläche, mechanisch zumindest teilweise abgetragen. Eine freiliegende Oberflächenschicht einer Metallbeschichtung der Leiterbahn wird zumindest anteilig aufgekratzt. Die Beschichtung kann insbesondere die Elemente Silber, Palladium und/oder Platin aufweisen. Unter der Oberflächenschicht liegende Schichten werden mechanisch nicht beeinträchtigt, insbesondere nicht aufgekratzt. Dadurch ist eine verbesserte Kontaktierung gewährleistet.
Ein Elektromotor, bei dem die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, wobei als Material Bronze und/oder eine Kupfer-Beryllium-Legierung vorgesehen ist, ermöglicht eine unkomplizierte und vorteilhafte Kontaktierung der Leiterplatte. Insbesondere besteht die Klemmkontaktvorrichtung ausschließlich aus Bronze, Messing, aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, aus einer Kupfer-Nickel-Verbindung oder aus Edelstahl.
Ein Elektromotor bei dem die Befestigung der Leiterplatte gasdicht ausgeführt ist, verhindert, dass eine unerwünschte Oxidationsschicht an einer Kontaktfläche insbesondere zwischen der Leiterplatte und dem Klemmkontaktelement ausgebildet wird.
Ein Elektromotor, der eine Temperaturbeständigkeit im Dauerbetrieb vom 175 °C und von 200 °C für die unbestromte Lagertemperatur aufweist, ist besonders robust. Ein derartiger Elektromotor ist derzeit nicht oder nur mit erheblichem Zusatzaufwand herstellbar. Ein mit Zusatzaufwand realisierter Elektromotor ist kostenaufwändig und deshalb unwirtschaftlich. Der Elektromotor mit der verbesserten Temperaturbeständigkeit ist technisch verbessert und wirtschaftlich herstellbar.
Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte in einem Innenraum eines Elektromotors zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit ermöglicht die oben genannten Vorteile. Insbesondere ist dadurch eine effektive Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Elektromotors unaufwändig möglich. Die Herstellung und insbesondere die Montage der Leiterplatte in dem Elektromotor sind unkompliziert und damit kostengünstig.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Elektromotors,
2 eine perspektivische Darstellung eines Lagerschilds des Elektromotors gemäß 1,
3 eine Seitenansicht einer ersten Klemmkontaktvorrichtung,
4 eine weitere Seitenansicht der Klemmkontaktvorrichtung gemäß 3,
5 eine Seitenansicht einer zweiten Klemmkontaktvorrichtung,
6 und 7 weitere Seitenansichten der zweiten Klemmkontaktvorrichtung gemäß 5,
8 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte,
9 eine Seitenansicht der Leiterplatte gemäß 8 und
10 eine perspektivische Darstellung einer Montage der Leiterplatte in dem Lagerschild.
Ein in 1 gezeigter Elektromotor 1 ist ein Gleichstrommotor. Der Gleichstrommotor ist ein Niederspannungs-Gleichstrommotor mit einer Gleichstromspannung 12 V. Es sind grundsätzlich auch andere Versorgungsspannungen möglich. Der Elektromotor 1 weist eine Leerlaufdrehzahl von typischerweise rund 7.000 min^–1 und eine Lastdrehzahl bei 10 mNm von rund 6.000 min^–1. Der Elektromotor 1 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 ist aus verzinktem Stahl hergestellt. Das Gehäuse 2 ist an einem ersten, in 1 links dargestellten Ende mit einem Bund 3 und an einem zweiten, in 1 rechts dargestellten Ende mit einem Lagerschild 4 mit integriertem Bürstenhalter verschlossen. Das Lagerschild 4 ist an dem Gehäuse 2 bezogen auf eine Drehachse 5 des Elektromotors 1 drehfest angeordnet. Das Lagerschild 4 ist aus Kunststoff hergestellt, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff und insbesondere aus einem aromatischen Polyamid, insbesondere aus Polyphthalamid (PPA). Das Lagerschild kann auch aus einem anderen Material, insbesondere aus Metall, hergestellt sein. Es ist auch denkbar, den Bürstenhalter separat, insbesondere als Bauteilträger, auszuführen.
Das Lagerschild 4 dient insbesondere zur drehbar gelagerten Aufnahme der Motorwelle 6. Die Motorwelle 6 ist durch das Lagerschild 4 aus dem Gehäuse 2 des Elektromotors 1 herausgeführt. Endseitig ist an der Motorwelle 6 ein Antriebsritzel 7 angebracht. Das Lagerschild 4 weist zwei Kontaktelemente 8 auf, die an einer dem Gehäuse 2 abgewandeten Stirnseite parallel zur Drehachse 5 vorstehen. Die Kontaktelemente 8 sind aus Messing hergestellt und TiN-beschichtet. Die Beschichtung kann auch entfallen.
Nachfolgend wird das Lagerschild 4 anhand von 2 näher erläutert. Das Lagerschild 4 ist kappenartig ausgeführt. Das Lagerschild 4 weist einen äußeren, ringförmigen Anschlagbund 9 mit einteilig daran angeformten, entlang der Drehachse 5 orientierten Vorsprüngen 10 auf. Die Vorsprünge 10 dienen als Verdrehsicherung des Lagerschilds 4 an dem Gehäuse 2 um die Drehachse 5. In axialer Richtung bezogen auf die Drehachse 5 ist das Lagerschild 4 an dem Gehäuse 2 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel kraft- und formschlüssig gefügt, indem das Lagerschild 4 mit am Gehäuse 2 einteilig angeformten Laschen verstemmt wird. Es sind auch andere, insbesondere lösbare, Fügeverfahren denkbar.
Das Lagerschild 4 weist ferner eine erste Klemmkontaktvorrichtung 11, eine zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 und eine dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 auf. Die Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12 und 13 dienen zum klemmenden Kontaktieren einer Leiterplatte. Die Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12 und 13 werden auch jeweils als Terminal bezeichnet. Die Kontaktelemente 8 sind jeweils Bestandteil der zweiten Klemmkontaktvorrichtung 12 und der dritten Klemmkontaktvorrichtung 13. Die Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12 und 13 sind an dem Lagerschild 4 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel umspritzt, also einstückig integral angeformt. Das Lagerschild 4 mit den Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12 und 13 ist einteilig ausgeführt. Es ist auch möglich, die Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12, 13 mit dem Lagerschild 4 in anderer Weise zu fügen, insbesondere eine lösbare Fügeverbindung wie Anklipsen, Aufpressen, Kleben, Schrauben oder Stecken oder eine Kombination der genannten Fügeverfahren zu schaffen.
Nachfolgend wird anhand der 3 und 4 die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 näher erläutert. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 ist aus einem flächigen Blechzuschnitt hergestellt. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 weist ein erstes Klemmkontaktelement 14 auf. Das erste Klemmkontaktelement 14 ist an einem elastisch federnd verlagerbaren ersten Klemmkontaktsteg 15, insbesondere an dessen freien Ende, angeordnet. Der erste Klemmkontaktsteg 15 ist integraler Bestandteil einer Seitenwand 16 der ersten Klemmkontaktvorrichtung 11. Die elastisch federnde Verlagerbarkeit des Klemmkontaktstegs 15 ist durch eine Ausnehmung 17 in der Seitenwand 16 gewährleistet. Die Ausnehmung 17 ist benachbart zu dem ersten Klemmkontaktelement 14 angeordnet. Das erste Klemmkontaktelement 14 ist mit dem ersten Klemmkontaktsteg 15 in der von der Seitenwand definierten Ebene entlang einer Verlagerungsrichtung 18 verlagerbar. Das erste Klemmkontaktelement 14 weist einen nasenartigen Vorsprung 19 auf, mit dem das erste Klemmkontaktelement 14 eine Leiterplatte unmittelbar kontaktieren kann.
Die Seitenwand 16 ist gegenüber einer Haltestruktur 20 des ersten Klemmkontaktelements 14 um eine erste Biegekante 21 gebogen. Die Haltestruktur 20 verleiht der ersten Klemmkontaktvorrichtung 11 eine räumlich aussteifende Struktur. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 ist mechanisch stabil. Dazu weist die Haltestruktur 20 zwei um eine zweite Biegekante 22 zueinander um 90 ° gebogene Plattenelemente auf. Die Haltestruktur 20 dient insbesondere zur Befestigung der ersten Klemmkontaktvorrichtung 11 an dem Lagerschild 4.
Nachfolgend werden anhand der 5 bis 7 die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 und die dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 näher dargestellt.
Die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 und die dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 sind an sich identisch ausgeführt, aber hinsichtlich ihrer räumlichen Ausrichtung am Lagerschild 4 entsprechend gespiegelt angeordnet und ausgeführt. Die Erläuterung erfolgt anhand der zweiten Klemmkontaktvorrichtung 12 und gilt für die dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 entsprechend.
Die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 weist einen Klemmspalt 23 auf, der eine minimale Klemmspaltbreite b_K,min aufweist. Der Klemmspalt 23 ist entlang der Klemmspaltbreite durch zwei einander zugewandte zweite Klemmkontaktelemente 24 begrenzt. Die zweiten Klemmkontaktelemente 24 sind jeweils an einem zweiten Klemmkontaktsteg 25 elastisch federnd angeordnet. Die zweiten Klemmkontaktelemente 24 weisen jeweils eine konvex ausgeführte Kontaktoberfläche auf, die jeweils insbesondere als ein dem Klemmspalt 23 zugewandter Vorsprung ausgeführt sind. Entlang einer Einschubrichtung 26 weist der Klemmspalt 23 eine Einführöffnung auf. Dazu sind die zweiten Klemmkontaktstege 25 an einer dem Klemmspalt 23 zugewandten Kante angeschrägt ausgeführt. Entlang der Einschubrichtung 26 verjüngt sich der Klemmspalt zunehmend bis zu der Stelle zwischen den beiden zweiten Klemmkontaktelementen 24. An dieser Stelle liegt die minimale Klemmspaltbreite b_K,min vor.
Einstückig mit der zweiten Klemmkontaktvorrichtung 12 ist das Kontaktelement 8 ausgeführt. Das Kontaktelement 8 erstreckt sich entlang einer zur Einschubrichtung 26 parallelen Richtung.
Die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 weist einen Basisabschnitt 27 auf, mit dem die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 an dem Lagerschild 4 befestigt ist. Ausgehend von dem Basisabschnitt erstreckt sich das Kontaktelement 8 entlang einer zur Einschubrichtung 26 parallelen Richtung. Die zweiten Klemmkontaktstege 24 erstrecken sich ausgehend vom Basisabschnitt 27 entgegengesetzt der Einschubrichtung 26.
Ferner weist die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 dritte Klemmkontaktstege 28 mit daran angeordneten dritten Klemmkontaktelementen 29 auf. Zwischen den dritten Klemmkontaktelementen 29 ist ein zweiter Klemmspalt 30 entsprechend festgelegt. Die Funktion des zweiten Klemmspalts 30 entspricht im Wesentlichen der des ersten Klemmspalts 23.
Nachfolgend wird anhand von 8 und 9 eine Leiterplatte 31 näher erläutert. Die Leiterplatte umfasst eine Trägerplatte 32 aus Keramikmaterial. Die Leiterplatte 31 ist einseitig bestückt. Die Leiterplatte 31 kann auch beidseitig bestückt sein. An der Leiterplatte 31 sind drei Kondensatoren 33 und zwei Widerstände 34 befestigt. Die Kondensatoren 33 sind elektronische Bauelemente, die flächig an der Leiterplatte 31 als SMD angebracht sind. Dazu dient eine Haftsubstanz in Form eines Leitklebemittels. Mit der Haftsubstanz sind die elektronischen Bauelemente 33 zuverlässig an der Trägerplatte 32 gehalten. Die Widerstände 34 sind auf die Leiterplatte 31 aufgedruckt. Das keramische Trägerplattenmaterial ist grundsätzlich elektrisch isolierend. In das keramische Trägerplattenmaterial sind Metallpartikel beispielsweise Silber- und Palladium-Partikel eingesintert. Zusätzlich können auch Platin-Partikel eingesintert sein. Dadurch ist eine metallisierte Leitstruktur in Form von Leiterbahnen 35 gebildet. Zur Verbesserung der Kontaktierung kann eine Oberflächenschicht, die insbesondere Silber enthält, auf das metallisierte Trägerplattenmaterial aufgebracht sein. Die Leiterbahn 35 dient zur elektrischen Verbindung der elektronischen Bauelemente 33, 34. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Leiterbahn drei voneinander getrennte Leiterbahnabschnitte auf. Die Leiterbahnabschnitte sind gepunktet in 8 dargestellt, um die eingesinterten Metallpartikel zu symbolisieren. Ein erster Leiterbahnabschnitt 35a ist gemäß 8 links von den beiden Kondensatoren 33 und dem Widerstand 34 angeordnet. Ein zweiter Leiterbahnabschnitt 35b ist zwischen den Widerständen 34 und den jeweils benachbarten Kondensatoren 33 angeordnet und gemäß 8 nach oben durch einen unbeschichteten Bereich 38 begrenzt. Ein dritter Leiterbahnabschnitt 35c ist rechts von dem in 8 rechts dargestellten Widerstand 34 angeordnet und im Wesentlichen L-förmig ausgeführt.
Die Leiterplatte 31 weist eine Leiterplattendicke d_L auf, die kleiner ist als die minimale Klemmspaltbreite b_K,min. Dadurch ist gewährleistet, dass die Leiterplatte 31 zuverlässig mechanisch in dem ersten Klemmspalt 23 zwischen zwei einander zugewandten zweiten Klemmkontaktstegen 25 gehalten ist.
Die Leiterplatte 31 dient zur Verwendung in dem Innenraum des Gehäuses 2 des Elektromotors 1. Die Leiterplatte 31 ist mechanisch robust ausgeführt. Insbesondere die in dem Innenraum des Gehäuses 2 zu erwartenden Beschleunigungskräfte von bis zu 100 g sind für die Leiterplatte 31 an sich unproblematisch. Die Beschleunigungskräfte sind auch hinsichtlich der Halterung der Leiterplatte 31 in dem Elektromotor 1 unproblematisch, was nachfolgend noch erläutert wird. Insbesondere ist das Material der Trägerplatte 32 bis zu Temperaturen von 200 °C und höher beständig. Auch die daran mittels des Leitklebemittels befestigten elektronischen Bauelemente 33, 34 sind temperaturfest und insbesondere bei einer thermischen Belastung von bis zu 200 °C und mehr zuverlässig mit der Trägerplatte 32 verbunden.
Nachfolgend wird anhand der 10 ein Verfahren zum automatischen Bestücken des Lagerschilds 4 mit einer Leiterplatte 31 näher erläutert.
In einem ersten Schritt wird das Lagerschild in einer definierten Position fixiert. Die definierte Position bedeutet, dass das Lagerschild 4 entlang der Drehachse 5 sowohl axial als auch bezüglich einer Drehung um die Drehachse 5 festgelegt ist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine Leiterplatte 31 entlang einer Leiterplattenzuführrichtung 36 zugeführt. Insbesondere erfolgt die Leiterplattenzuführung in Form eines endlosen Leiterplattenbandes 37, das eine Vielzahl von identischen Leiterplatten aufweist, die entlang der Leiterplattenzuführrichtung 36 hintereinander angeordnet und miteinander einstückig verbunden sind. Dadurch ist die Herstellung der Leiterplatten 31 besonders wirtschaftlich möglich. Von dem Leiterplattenband 37 wird eine, in das Lagerschild 4 einzusetzende Leiterplatte 31 getrennt. Alternativ ist es möglich, die Leiterplatten 31 separat zuzuführen. Ein Trennschritt kann dann entfallen.
Die Leiterplattenzuführrichtung 36 ist senkrecht zur Drehachse 5 orientiert.
Die separierte Leiterplatte 31 wird anschließend entlang der Einschubrichtung 26 dem Lagerschild 4 zugeführt und in die ersten Klemmspalte 23 der zweiten Klemmkontaktvorrichtung 12 und der dritten Klemmkontaktvorrichtung 13 eingeschoben. Die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 und die dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 sind als sogenannte zweiseitige Gabeln ausgeführt, die die Leiterplatte 31 klemmen. Die Leiterplatte 31 ist mit dem ersten Leiterbahnabschnitt 35a in dem ersten Klemmspalt 23 der zweiten Klemmkontaktvorrichtung 12 und mit dem dritten Leiterbahnabschnitt 35c in dem ersten Klemmspalt 23 der dritten Klemmkontaktvorrichtung 13 geklemmt. Die Leiterplatte 31 wird entlang der Einschubrichtung 26 soweit eingeschoben, bis das erste Klemmkontaktelement 14 der ersten Klemmkontaktvorrichtung 11 die Leiterbahn 35, insbesondere im Bereich des zweiten Leiterbahnabschnitts 35b, kontaktiert. Das bedeutet insbesondere, dass die zweite Klemmkontaktvorrichtung 12 und die dritte Klemmkontaktvorrichtung 13 die Leiterplatte 31 im Bereich der Trägerplatte 32 klemmen, also fixieren. Dadurch ist die Leiterplatte 31 räumlich im Innenraum des Gehäuses 2 festgelegt. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 ist mit einer Anpresskraft, die senkrecht zur Leiterplattenebene orientiert ist, an der Leiterplatte 31 angeordnet. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 trägt eine Biegespannung in die Leiterplatte 31 ein. Dadurch ist die Klemmung der Leiterplatte 31 in den Gabelkontakten 12, 13 verbessert.
Die zweite und dritte Klemmkontaktvorrichtung 12, 13 sind an dem Lagerschild 4 derart angeordnet, dass die ersten Klemmspalten 23 miteinander fluchten. Die Halterung der Leiterplatte 31 in den ersten Klemmspalten 23 ist dadurch verbessert. Insbesondere ist die Klemmung der ebenen Leiterplatte 31 spannungsfrei. Querkräfte auf die Leiterplatte 31 treten – zumindest aufgrund der Klemmung – nicht auf.
Ein Abstand der ersten Klemmspalte 23 zueinander ist derart gewählt, dass die Leiterplatte 31 mit der metallisierten Trägerplatte 32 in den ersten Klemmspalten 23 angeordnet ist.
Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 ist derart an dem Lagerschild 4 befestigt, dass das erste Klemmkontaktelement 14 der Leiterplatte 31 zugewandt angeordnet ist. Die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 dient als Masseanbindung und ist an dem Gehäuse 2 nach außen geführt. Das erste Klemmkontaktelement 14 ragt in einen virtuellen, zwischen den beiden zweiten Klemmspalten 30 angeordneten Klemmspaltraum vor. Beim Einschieben der Leiterplatte 31 in das Lagerschild 4 wird der erste Klemmkontaktsteg 15 mit dem ersten Klemmkontaktelement 14 elastisch federnd von dem Klemmspaltraum weggedrückt. Das erste Klemmkontaktelement 14 wird mit der eingeprägten elastischen Federkraft an die Leiterplatte 31 angedrückt. Damit ist eine elektrische Kontaktierung der Leiterplatte 31 über die erste Klemmkontaktvorrichtung 11 sichergestellt.
Das mit der Leiterplatte 31 bestückte Lagerschild 4 kann aus der nicht dargestellten Halterung genommen und mit dem Gehäuse 2 des Elektromotors 1 gefügt werden. Aufgrund der vorteilhaften Ausgestaltung des Lagerschilds 4, der Klemmkontaktvorrichtungen 11, 12 und 13 sowie der Leiterplatte 31 ist eine vorteilhafte, insbesondere automatisierte Bestückung des Lagerschilds 4 möglich. Die Fertigung des Lagerschilds 4 und des Elektromotors 1, der eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit aufweist, ist vereinfacht und insbesondere unkompliziert und wirtschaftlich möglich.
Das Lagerschild 4 wird insbesondere an den jeweils zweiten Klemmspalten 30 der zweiten und dritten Klemmkontaktvorrichtungen 12, 13 mit weiteren Komponenten im Innenraum des Elektromotors 1 kontaktiert. Die zweiten Klemmspalte 30 der zweiten und dritten Klemmkontaktvorrichtungen 12, 13 dienen insbesondere als Fügehilfen weiterer Drosseln, die beispielsweise an nicht dargestellten Zylinder-Stegen angeordnet sein können.

Claims

Leiterplatte (31) für einen Elektromotor (1) umfassend a. eine Trägerplatte (32) aus Keramikmaterial, b. mindestens ein elektronisches Bauelement (33, 34), i. das mittels einer Haftsubstanz an der Trägerplatte (32) gehalten ist, ii. das über eine Leiterbahn (35) kontaktierbar ist.
Leiterplatte (31) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftsubstanz und/oder zum Kontaktieren mit der Leiterbahn (35) ein Leitklebemittel dient.
Elektromotor umfassend eine Leiterplatte (31) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Elektromotor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (31) innerhalb eines von einem Gehäuse (2) umschlossen Innenraum angeordnet ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Gleichstrommotor ausgeführt ist.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (31) an einem Bürstenhalter oder an einem Lagerschild (4) mit integriertem Bürstenhalter befestigt ist.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung (11, 12, 13) zum klemmenden Kontaktieren der Leiterplatte (31).
Elektromotor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung (11, 12, 13) an dem Bürstenhalter oder an dem Lagerschild (4) mit integriertem Bürstenhalter befestigt ist.
Elektromotor gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung (11, 12, 13) einen Klemmspalt (23) zum Klemmen der Leiterplatte (31) aufweist, wobei eine minimale Klemmspaltbreite (b_K,min) durch Klemmkontaktelemente (24) festgelegt ist, die insbesondere an elastisch federnd verlagerbaren Klemmkontaktstege (25) angeordnet sind.
Elektromotor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (31) eine Leiterplattendicke (d_L) aufweist, die größer ist als die minimale Klemmspaltbreite (b_K,min), wobei insbesondere gilt: b_K,min ≤ 0,95·d_L, insbesondere b_K,min ≤ 0,90·d_L, insbesondere b_K,min ≤ 0,85·d_L, insbesondere b_K,min ≤ 0,75·d_L, insbesondere b_K,min ≤ 0,6·d_L, insbesondere b_K,min ≤ 0,5·d_L.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmkontaktelement (24, 29) der Klemmkontaktvorrichtung (11, 12, 13) eine, insbesondere dem Klemmspalt (23) zugewandte, konvex ausgeführte Kontaktoberfläche aufweist und insbesondere einen Vorsprung aufweist.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klemmkontaktvorrichtung (11, 12, 13) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist und insbesondere mindestens eines der Materialien Bronze, Messing, eine Kupfer-Beryllium-Legierung, eine Kupfer-Nickel-Verbindung oder Edelstahl aufweist.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Leiterplatte (31) gasdicht ausgeführt ist.
Elektromotor gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) eine Temperaturbeständigkeit im Dauerbetrieb vom 175 °C sowie von 200 °C bei unbestromter Lagertemperatur aufweist.
Verwendung einer Leiterplatte (31) gemäß Anspruch 1 oder 2 in einem Innenraum eines Elektromotors (1) zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit.