-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteueranordnung zum Regeln oder Steuern einer Kompressorvorrichtung, eine Befestigungsanordnung sowie eine Kompressorvorrichtung mit einer Ansteueranordnung.
-
Bei einem Kompressor oder Verdichter werden in der Regel Gase zu Fluiden verdichtet, welche in verschiedenen Prozessen weiterverwendet werden. Beispielsweise werden in der Kälte- und Klimatechnik bestimmte Kältemittel wie CO2 eingesetzt, die im Kreislauf verdichtet werden. Insbesondere bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Klimakompressoren erfolgt die Verdichtung mit Hilfe eines elektrischen Antriebs. Um einen im Kraftfahrzeug begrenzt vorhandenen Bauraum günstig zu nutzen, ist es dabei wünschenswert, Ansteuerschaltungen, insbesondere auch Platinen oder Leiterplatten, welche eine entsprechende Ansteuerelektronik tragen, mit dem Kompressorgehäuse zu verbinden oder zu integrieren.
-
Eine Schwierigkeit dabei besteht zum Beispiel darin, dass sich auf Grund von Druckschwankungen Gehäuseflächen des Kompressors verbiegen oder bewegen können. Auf die mechanischen und elektronischen Elemente der Ansteuerelektronik sollte dabei möglichst keine Biegebeanspruchung übertragen werden.
-
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine günstige Befestigungsmöglichkeit für eine elektronische Ansteuereinrichtung für eine Kompressorvorrichtung an einer verformbaren Fläche zu schaffen.
-
Demgemäß wird eine Ansteueranordnung zum Regeln oder Steuern einer Kompressorvorrichtung, welche ein Gehäuse für ein komprimiertes Fluid aufweist, vorgeschlagen. Ein verformbares Strukturelement des Gehäuses ist zwischen einem ersten Druckbereich und einem zweiten Druckbereich der Kompressorvorrichtung angeordnet. Die Ansteueranordnung umfasst ein elektrisches Leistungsmodul, eine Kühlplatte zum Ableiten von Wärme von dem elektrischen Leistungsmodul, welches thermisch an die Kühlplatte gekoppelt ist, und eine Befestigungsanordnung für die Kühlplatte. Die Befestigungsanordnung hat mehrere Abstandselemente, die die Kühlplatte von dem Strukturelement beabstanden, wobei die Abstandselemente derart angeordnet sind, dass eine Übertragung der Verformung des Strukturelements auf die Kühlplatte reduziert, insbesondere unterbunden, wird.
-
Das Leistungsmodul ist insbesondere Teil einer elektronischen Ansteuereinrichtung für die Kompressorvorrichtung. Die Ansteuereinrichtung kann dabei weitere elektronische Bauelemente, wie Leistungshalbeiter, Schalter, Prozessoren, Speicher und dergleichen umfassen. Die elektronische Ansteuereinrichtung weist in Ausführungsformen Leiterkarten oder Platinen mit Leiterbahnen auf, die mit Hilfe der Befestigungsanordnung und der Kühlplatte vor Biegebeanspruchungen einerseits und thermischen Beanspruchungen andererseits geschützt werden.
-
Vorzugsweise ist die Kühlplatte derart mit Hilfe der Abstandselemente von dem Strukturelement beabstandet, dass auch bei einer bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Kompressorvorrichtung maximaler Verformung beziehungsweise Wölbung des Strukturelements kein zusätzlicher Kraftangriffspunkt zwischen Strukturelement und Kühlplatte entsteht. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlplatte – und weiterer daran mechanisch gekoppelter Elemente – keiner zusätzlichen Biegebeanspruchung ausgesetzt ist. Eine Verformung in der Art einer Wölbung des beispielsweise flächigen Strukturelements wird dann nicht auf die Kühlplatte übertragen, denn die Verformung der Strukturelementfläche in axialer Richtung kann zwischen den Positionen der Abstandselemente als Ausweichbewegung geschehen, ohne dass zusätzliche Spannungen in der Kühlplatte erzeugt werden. Dabei ist die Kühlplatte in Richtung der Ausweichbewegung vorzugsweise frei von unelastischen Hindernissen. Die Ansteueranordnung ist insofern robust und aufwandsgünstig in oder an das Gehäuse der Kompressorvorrichtung integriert.
-
Der erste Druckbereich ist zum Beispiel ein Niederdruckbereich eines Kompressors, und der zweite Druckbereich ist ein Bereich mit Atmosphärendruck. Das Strukturelement kann beispielsweise einem Gehäuseboden entsprechen, der sich auf Grund von Druckschwankungen zwischen dem im Inneren des Kompressors vorliegenden Drucks und dem Äußeren Atmosphärendruck verformt, ausformt, deformiert, wölbt oder biegt. Zum Beispiel wird im Betrieb der Kompressorvorrichtung ein Druckwechsel innerhalb des Gehäuses von 3 MPa auf 8,5 MPa bzw. 30 bar auf 85 bar, herbeigeführt. Der Bereich des Strukturelements oder des Gehäusebodens, der sich aufgrund von wechselnder Druckbelastung verformt, ausformt, deformiert, wölbt oder biegt, kann auch „atmender Bereich“ genannt werden.
-
Weiterhin ist beispielsweise der Druck im Niederdruckbereich bei der Befüllung des Kompressors mit einem Kältemittel nahezu Null, sodass das Strukturelement oder der Gehäuseboden sich auch in die „andere Richtung“ bzw. nach innen verformen, ausformen, deformieren, wölben oder biegen kann, da der Atmosphärendruck höher ist. Dagegen kann der Niederdruckbereich beispielsweise mit einem Prüfdruck von 150 MPa bzw. 15 bar beaufschlagt werden.
-
Bei der Ansteueranordnung ist die Kühlplatte insbesondere in axialer Richtung, also im Wesentlichen normal zur Kühlplatte und der Fläche des Strukturelements, vorzugsweise ausschließlich durch die Abstandselemente beabstandet. Eine Übertragung der Verformung des Strukturelements auf die Kühlplatte wird dabei zumindest gegenüber einer flächigen Befestigung der Kühlplatte an dem Gehäuse reduziert oder unterbunden.
-
Die Kühlplatte kann insbesondere lateral relativ zu den Abstandselementen insbesondere leicht beweglich angeordnet sein. Unter „lateral“ kann man in der Ebene der Kühlplatte verlaufend verstehen. Die Ansteueranordnung kann derart ausgestaltet sein, dass eine lateral schwimmende Halterung der Kühlplatte möglich ist. Das heißt, es kommt zu keinen Verspannungen in der Ebene der Kühlplatte.
-
Die Kühlplatte und das insbesondere flächige Strukturelement verlaufen vorzugsweise parallel zu einander. Weiterhin ist die Kühlplatte vorzugsweise eine Aluplatte, Aluniniumoxidplatte, Keramikplatte, Kupferplatte, DCB-Platte (englisch: Direct Bonded Copper – DCB) oder Laminatplatte. Das elektrische Leistungsmodul ist vorzugsweise ein Modul mit Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (englisch: insulated-gate bipolar transistor – IGBT) und/oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor.
-
Somit kann die Lebensdauer der Kühlplatte und der elektronischen Bauteile und Leiterbahnen deutlich verlängert werden. Bevorzugt sind die Abstandselemente derart um ein Wölbungs- beziehungsweise Deformationszentrum angeordnet, dass die Abstandselemente während des Wölbens oder Deformierens des Strukturelements symmetrisch bewegt werden, sodass die Kühlplatte lediglich eine translatorische Bewegung erfährt. Die Abstandselemente dienen als punktförmige Auflagepunkte für die Kühlplatte. Vorzugsweise sind die Abstandselemente an einer Stelle, an der die geringste Verformung des Strukturelements zu erwarten ist, angeordnet.
-
Die als Kühlplatte ausgebildete Halteplatte ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt, sodass neben der Funktion der Halterung und Wärmeabfuhr ferner eine elektrische Abschirmung erfolgt. Die Ansteueranordnung genügt damit auch Sicherheitsanforderungen für Ansteuerelektroniken in Kraftfahrzeugen, die bei 12, 48 Volt oder mehr als Kleinspannung (bis zu 60 Volt), betrieben werden.
-
Die Abstandselemente sind vorzugsweise symmetrisch um einen Bereich einer größten axialen oder normalen Auslenkung des Strukturelements herum angeordnet. Durch die mehreren beispielsweise symmetrisch vorgesehenen Abstandselemente wird insbesondere im Bereich der Abstandselemente ein vorgegebener Abstand zwischen der Kühlplatte und dem Strukturelement konstant gehalten. Dies ermöglicht den Einsatz von flachen Wärmeleitelementen, die eine besonders gute Wärmeübertragung von der Kühlplatte zu dem Strukturelement realisieren können.
-
In Ausführungsformen ist das elektrische Leistungsmodul zum Abführen von Wärme von dem elektrischen Leistungsmodul an die Kühlplatte auf einer dem Strukturelement abgewandten Seite angeordnet.
-
Somit ist zwischen Leistungsmodul und Strukturelement zumindest die Kühlplatte angeordnet. Folglich kann das Abführen von Wärme hin zum Strukturelement mit Hilfe der Kühlplatte verwirklicht werden, ohne dass Wölbungen beziehungsweise Verformungen des Strukturelements das Leistungsmodul mechanisch beeinflussen.
-
In Ausführungsformen umfasst die Ansteueranordnung mindestens ein Wärmeleitelement, das zwischen dem Strukturelement und der Kühlplatte angeordnet ist, sodass Wärme von der Kühlplatte an das Strukturelement mit Hilfe des Wärmeleitelements abführbar ist.
-
Da das Wärmeleitelement zusätzlich zwischen Kühlplatte und Strukturelement angeordnet ist, verbessert dies die Kühlung des Leistungsmoduls. Vorzugsweise besteht das Wärmeleitelement aus einem flexibleren Material als die Kühlplatte und/oder das Strukturelement. Weiter bevorzugt ist das Wärmeleitelement elastisch und oder flexibel ausgestaltet.
-
Das Wärmeleitelement ist beispielsweise zumindest teilweise aus einem Elastomer gefertigt. Weiterhin kann das Wärmeleitelement in Form eines Gels, Gelees oder einer Paste auf das Strukturelement aufgetragen werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Dispensers erfolgen.
-
In Ausführungsformen weist das Wärmeleitelement eine flächige Geometrie mit einer, insbesondere mittig angeordneten, Aussparung auf, sodass ein Bereich des Strukturelements, der die größte Verformung erfährt, im Bereich der Aussparung angeordnet ist.
-
Die größte Verformung kann vorliegend auch als größte Ausformung, Wölbung oder Deformation verstanden werden. Mit Hilfe der Aussparung wird Platz für das Strukturelement geschaffen, das sich bei der Verformung, Deformation oder Wölbung in die Aussparung hinein erstrecken kann. Folglich wird auch eine Übertragung der Verformung des Strukturelements auf das Wärmeleitelement unterbunden oder gering gehalten. Dies hat den Vorteil, dass das Wärmeleitelement schonend eingesetzt wird. Weiter bevorzugt sind Verdrängungsräume vorgesehen, sodass das Wärmeleitelement, das aufgrund der Deformation des Strukturelements gequetscht wird, Platz zum Ausweichen hat. Dies kann beispielsweise durch eine Unterteilung des Wärmeleitelements oder Schaffung zusätzlicher Zwischenräume verwirklicht werden. Vorzugsweise erstreckt sich ein Teil des Strukturelements in die Aussparung.
-
In Ausführungsformen weist das Wärmeleitelement Aussparungen auf, durch die sich die Abstandselemente erstrecken.
-
Das Vorsehen der Aussparungen für die Abstandselemente im Wärmeleitelement ermöglicht den Einsatz eines großen Wärmeleitelements, welches beispielsweise länger und/oder breiter ist als ein Abstand zwischen den Abstandselementen. Gleichzeitig kann auch mit Hilfe der Aussparungen eine Verdrehsicherung für das Wärmeleitelement relativ zum Strukturelement verwirklicht werden. Vorzugsweise erstrecken sich die Abstandselemente durch die Aussparungen bis hin zur Kühlplatte.
-
Das oder die Wärmeleitelemente können in der Art von Pads zwischen der Kühlplatte und dem in der Regel flachen Strukturelement vorliegen. Die mit einer Anpresskraft beaufschlagten Abstandselemente gewährleisten dadurch eine im Wesentlichen konstante Beabstandung, so dass jedenfalls im Bereich beispielsweise um die Abstandselemente herum ein Kontakt zwischen dem Pad und der Halteplatte oder Kühlplatte einerseits, und dem Gehäuseboden bzw. Strukturelement andererseits, gewährleistet ist.
-
In Ausführungsformen hat der Gehäuseboden eine oder mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von einem oder mehreren Wärmeleitelementen.
-
In Ausführungsformen weist die Ansteueranordnung zumindest ein Federelement auf, wobei mit Hilfe des Federelements eine Anpresskraft von der Kühlplatte über die Abstandselemente auf das Strukturelement aufgebracht wird.
-
Beispielsweise ist das Federelement als Elastomerfeder, insbesondere mit einer flächigen Geometrie, ausgebildet. Dabei kann das Federelement insbesondere an der Innenseite eines Gehäusedeckels angeordnet sein und die Anpresskraft auf den Rest der Ansteueranordnung ausüben.
-
Vorzugsweise sind mehrere Federelemente, insbesondere wenigstens drei, vorgesehen. Beispielsweise ist ein Federelement an einem Befestigungsmittel vorgesehen, welches die Kühlplatte mit dem Strukturelement befestigt. Das Federelement ist insbesondere eine Tellerfeder und liegt auf einer Oberseite der Kühlplatte auf, wobei das Strukturelement insbesondere zumindest einen Anschraubdom aufweist, der sich insbesondere in eine durchgängige Öffnung der Kühlplatte erstreckt, wobei insbesondere ein Fixierelement, z.B. eine Scheibe, mit Hilfe eines Befestigungsmittels, z.B. einer Schraube oder einem Bolzen, an den Anschraubdom angeschraubt ist und die Kühlplatte hintergreift, wobei das Federelement gegen die Kühlplatte und das Fixierelement vorgespannt ist.
-
Alternativ oder zusätzlich wird die Kühlplatte mit Hilfe einer axialen Anpresskraft gehalten, welche insbesondere mit Hilfe eines verschraubbaren oder verrastbaren Deckels der Kompressorvorrichtung, der an das Strukturelement lösbar befestigt wird, erzeugt ist. Eine axiale Anpresskraft kann insbesondere über weitere Haltemittel übertragen werden.
-
Sowohl der Anschraubdom als auch das Fixierelement weisen insbesondere ein radiales Spiel innerhalb der insbesondere kreisrunden Öffnung der Kühlplatte auf, sodass leichte Verschiebungen oder Bewegungen des Anschraubdoms radial zur Öffnung keine Spannungen in die Kühlplatte induzieren. Somit würde das Vorsehen auch mehrerer Anschraubdome insbesondere geringförmige laterale Bewegungen zwischen dem Strukturelement und der Kühlplatte zulassen. Mit Hilfe des vorgespannten Federelements wird die Kühlplatte in Richtung des Strukturelements vorgespannt, sodass insbesondere ein Drücken oder eine Verschiebung von den Abstandselementen aufgrund einer Deformation, Verformung, Ausformung oder Verbiegung des Strukturelements mittels Einfedern des Federelements bzw. der Federelemente ausgeglichen werden kann. Die Vorspannung stellt gleichermaßen sicher, dass ein stabiles Aufliegen der Kühlplatte auf den Abstandselementen gewährleistet ist, insbesondere kein axiales Spiel zwischen der Kühlplatte und den Abstandselementen vorherrscht. Das Federelement ist insbesondere so auszuführen, dass es die Auf- und Abbewegung der Kühlplatte ausgleichen kann.
-
In Ausführungsformen bildet das Strukturelement eine, insbesondere kreisförmige, Fläche aus und sind die Abstandselemente symmetrisch um einen geometrischen Mittelpunkt der Fläche angeordnet.
-
Vorzugsweise sind die Abstandselemente zum Beabstanden der Kühlplatte im Randbereich der Kühlplatte und der insbesondere kreisförmigen Fläche des Strukturelements vorgesehen. Beispielsweise können die Abstandselemente in regelmäßigen Winkelabständen, insbesondere 120°, um den Mittelpunkt vorgesehen werden. Somit kann eine stabile Auflagefläche der Kühlplatte auf den Abstandselementen verwirklicht werden. Vorzugsweise ist der geometrische Mittelpunkt der Punkt, der eine maximale Ausformung bei der Deformation beziehungsweise Wölbung des Strukturelements erfährt.
-
In Ausführungsformen sind die Abstandselemente wenigstens abschnittsweise zylinderförmig ausgebildet.
-
Es können beispielsweise Kreiszylinder mit einer Höhe zwischen 0,1 und 2 mm vorgesehen werden. Die Höhe der Abstandselemente gibt zumindest einen Abstand der Kühlplatte zu dem Strukturelement vor.
-
In Ausführungsformen sind die Abstandselemente an dem Strukturelement angeformt.
-
Es liegt dann ein Integralkörper aus Strukturelement und Abstandselementen vor. Bevorzugt besteht der Integralkörper aus einem Material. Weiter bevorzugt ist der Integralkörper gegossen und/oder mit Hilfe von zerspanenden Fertigungsverfahren hergestellt. Folglich müssen die Abstandselemente nicht in einem aufwendigen Montageprozess positioniert, ausgerichtet oder befestigt werden.
-
In Ausführungsformen sind die Abstandselemente an der Kühlplatte angeformt. Dann liegt ein Integralkörper aus Abstandselementen und Kühlplatte vor.
-
Es wird ferner eine Befestigungsanordnung für eine Kühlplatte an einem verformbaren Strukturelement vorgeschlagen, welches zwischen einem ersten Druckbereich und einem zweiten Druckbereich einer Kompressorvorrichtung angeordnet ist, wobei die Kühlplatte zum Ableiten von Wärme von einem elektrischen Leistungsmodul, welches thermisch an die Kühlplatte gekoppelt ist, eingerichtet ist, wobei mit Hilfe von mehreren Abstandselementen die Kühlplatte von dem Strukturelement beabstandet ist, wobei die Abstandselemente derart angeordnet sind, dass eine Übertragung der Verformung des Strukturelements auf die Kühlplatte unterbunden wird.
-
Es wird darüber hinaus eine Kompressorvorrichtung vorgeschlagen mit einer Ansteueranordnung, wie sie vorstehend oder im Folgenden beschrieben ist, einem Gehäuseteil, welches einen Gehäuseboden als Strukturelement umfasst, wobei der Gehäuseboden einen ersten Druckbereich von einem zweiten Druckbereich, welcher einen niedrigeren Druck hat als der erste Druckbereich, trennt, wobei die Kühlplatte niederdruckseitig an dem Gehäuseboden in axialer Richtung mit Hilfe der Befestigungsanordnung befestigt ist.
-
Die Druckdifferenz kann zum Beispiel zwischen 3 und 8,5 MPa betragen, sodass bei einem Kompressor der Gehäuseboden um einige zehntel Millimeter bei einem Betrieb gewölbt werden kann. Ein Durchbiegen der Kühlplatte wird allerdings durch die Ansteueranordnung oder Befestigungsanordnung vermieden. Die Kompressorvorrichtung ist beispielsweise dazu eingerichtet, CO2 oder FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) zu verdichten. In Ausführungsformen handelt es sich insofern um einen Kühlkompressor für CO2 als Kühlmittel,
-
In Ausführungsformen hat der Gehäuseboden eine Positionierhilfe, eine Zentriereinrichtung und/oder eine Verdrehsicherung für die Kühlplatte. Dadurch wird die Fertigung und Herstellung der Kompressorvorrichtung vereinfacht. Weiterhin wird eine schwimmende Befestigung ermöglicht, bei der insbesondere eine laterale Bewegung relativ zu den Abstandselementen ermöglicht ist.
-
In Ausführungsformen hat die Kompressorvorrichtung einen Niederdruckbereich zum Sammeln von zu verdichtendem Fluid und einen Hochdruckbereich, in dem verdichtetes oder komprimiertes Fluid vorgehalten wird. In Ausführungsformen grenzt das Strukturelement als Gehäuseboden den Niederdruckbereich von dem Außerhalb der Kompressorvorrichtung vorliegenden Atmosphärendruck ab. In der Niederdruckkammer ist das Fluid meist deutlich kühler als im Hochdruckbereich, sodass der Gehäuseboden besser als bei einer Anordnung der Kühlplatte an einer dem Hochdruckbereich begrenzenden Gehäusewand der Kühlung dienen kann.
-
Es wird ferner ein Verfahren zum Befestigen einer Kühlplatte an einem verformbaren Strukturelement, welches zwischen einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich einer Kompressorvorrichtung angeordnet ist, vorgeschlagen. Dabei wird die Kühlplatte mit Hilfe von Abstandselementen von dem Strukturelement beabstandet. Das Verfahren nutzt insbesondere eine Ansteueranordnung, wie vorstehend beschrieben, oder eine Befestigungsanordnung, wie vorstehend beschrieben, oder eine Kompressorvorrichtung, wie vorstehend beschrieben.
-
In Ausführungsformen ist das Strukturelement dazu eingerichtet, dass es sich auf Grund eines Druckanstiegs in Bereichen, in denen die Abstandselemente angeordnet sind, weniger von einem Nullniveau wegbewegt, als in einem Bereich zwischen den Abstandselementen. Beispielsweise wölbt sich das Strukturelement in einem Bereich zwischen den Abstandselementen auf Grund eines Druckanstiegs.
-
In Ausführungsformen umfasst die Ansteueranordnung, Befestigungsanordnung oder Kompressorvorrichtung eine Leiterplatte, insbesondere eine Leiterkarte. Das Leistungsmodul kann zwischen der Kühlplatte und der Leiterplatte angeordnet sein aber auch auf der der Kühlplatte und dem Strukturelement abgewandten Seite der Leiterplatte. Somit wird auch eine Übertragung der Verformung des Strukturelements auf die Leiterplatte mit Hilfe der Kühlplatte und deren Befestigung unterbunden.
-
In Ausführungsformen ist insbesondere am Mittelpunkt oder einem vorgegebenem Bereich um den Mittelpunkt herum, der häufig einer besonders starken axialen Auslenkung durch eine Verformung des Strukturelementes ausgesetzt ist, kein Abstandselement zum Befestigen der Kühlplatte vorgesehen.
-
In alternativen Ausführungsformen der Befestigungsanordnung und/oder der Ansteueranordnung wird die Kühlplatte durch eine Halteplatte ersetzt. Dann hat die Halteplatte nur optional eine wärmeableitende Funktion und dient hauptsächlich als Halte- oder Trägerelemente für die elektronischen Bauteile und/oder eine Leiterplatte oder Platine.
-
In einer Ausführungsform hat der Gehäuseboden eine druckdichte Durchführung für wenigstens eine Anschlussleitung von dem ersten Druckbereich zu dem zweiten Druckbereich an die Halteplatte oder Kühlplatte.
-
Vorzugsweise liegen keine weiteren Befestigungsmittel vor, so dass auch bei einer Verformung des Strukturelementes die Halteplatte oder Kühlplatte praktisch immer ihre ebene Form beibehält. Man kann sagen, die Halteplatte oder Kühlplatte wird an dem insbesondere flachen Strukturelement schwimmend gehalten oder gelagert.
-
In Ausführungsformen ist das Strukturelement beispielsweise als ein Gehäuseboden eines Klimakompressors ausgeführt, der aus einem gut wärmeleitfähigen Material gefertigt ist. Denkbar ist zum Beispiel ein Aluminiummaterial, Edelstahl oder auch ein Verbundwerkstoff. Ferner kann das Strukturelement zusätzlich eine Kühlfunktion haben, weil im zweiten Druckbereich vorliegendes Kältemittel meist unterhalb der Betriebstemperaturen der Leistungshalbleiter ist. Leitungshalbleiterchips entwickeln beispielsweise Temperaturen zwischen 100 und 150 °C, während das Kältemittel im Kompressor deutlich unter 60°C hat.
-
Die für die vorgeschlagene Ansteueranordnung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Befestigungsanordnung, die vorgeschlagene Kompressorvorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. Ebenso gelten die Ausführungsformen und Merkmale der vorgeschlagenen Kompressorvorrichtung für die Befestigungsanordnung, Ansteueranordnung und das Verfahren.
-
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Ansteueranordnung;
-
2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Ansteueranordnung;
-
3 zeigt die Ansteueranordnung gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung;
-
4 zeigt eine Aufsicht eines Strukturelements mit einem Wärmeleitelement;
-
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eins Wärmeleitelements;
-
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kühlplatte mit einem Leistungsmodul; und
-
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
-
In der 1 ist eine stark vereinfachte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Ansteueranordnung 1. Die Ansteueranordnung 1 ist zum Regeln oder Steuern einer Kompressorvorrichtung geeignet, welche ein Gehäuse für ein komprimiertes Fluid aufweist und wobei das Fluid mit Hilfe eines elektrischen Antriebs verdichtet wird. Die Ansteueranordnung 1 koppelt über eine Kühlplatte 2 elektronische Bauteile, wie ein elektrisches Leistungsmodul 3 und Leiterbahnen (nicht dargestellt) an ein insbesondere elastisch verformbares Strukturelement 4 der Kompressorvorrichtung mit Hilfe von Abstandselementen 5, welche die Kühlplatte 2 von der Oberfläche 4A des Strukturelements 4 beabstanden. Das Strukturelement 4 ist zum Beispiel ein Gehäuseboden eines Kompressorgehäuses zur Aufnahme von komprimiertem Fluid. Die Kompressorvorrichtung kann beispielsweise in einem Elektro- oder Hybridfahrzug eingesetzt werden und mit einer Spannung von 100 bis 400 Volt oder 400 bis 1000 Volt betrieben werden. Vorzugsweise liegt der Einsatzbereich oberhalb der Kleinspannung. Die Kühlplatte 2 kann alternativ als Halteplatte für elektronische Bauteile und/oder eine Platine einer elektronischen Ansteuereinrichtung für den Kompressorantrieb ausgestaltet sein.
-
In 1 erkennt man das verformbare Strukturelement 4, das eine flächige Geometrie aufweist und beispielsweise der Gehäuseboden einer Kompressorvorrichtung sein kann. Das, insbesondere elastisch verformbare, Strukturelement 4 ist zwischen einem Atmosphärendruckbereich P und einem Niederdruckbereich N angeordnet und trennt diese voneinander. Der Niederdruckbereich N hat beim Betrieb der betrachteten Kompressorvorrichtung einen höheren Druck als Atmosphärendruck. Die Kühlplatte 2 hat eine Unterseite 2A und eine Oberseite 2B, wobei die Kühlplatte 2 an der Oberseite 2B zum Ableiten von Wärme von dem elektrischen Leistungsmodul 3 thermisch an dieses gekoppelt ist. Genauso hat das Strukturelement 4 eine Oberseite 4A, welche der Unterseite 2A der Leiterplatte 6 zugewandt ist, wobei sich die Abstandselemente 5 zwischen der Unterseite 2A und der Oberseite 4A befinden, und eine Unterseite 4B, welche zum Druckbereich N gerichtet ist. Aufgrund der Druckdifferenz kann sich das Strukturelement 4 von einer Ausgangslage aus wölben oder verformen. Dies ist durch die gestrichelte Darstellung der Oberseite 4A‘ und Unterseite 4B‘ angedeutet. Die Kühlplatte 2, das elektrische Leistungsmodul 3 und die Abstandselemente 5 werden nicht deformiert, gewölbt oder verformt und sind durch gestrichelte Umrisse angedeutet, um das Verhalten der Ansteueranordnung 1 während der Deformation bzw. Wölbung des Strukturelements 4 zu illustrieren.
-
Damit die Kühlplatte 2 nicht derselben Verformung oder Wölbung ausgesetzt ist, ist eine Befestigungsanordnung für die Kühlplatte 2 mit den mehreren Abstandselementen 5 vorgesehen, die die Kühlplatte 2 von dem Strukturelement 4 beabstanden, wobei die Abstandselemente 5 derart angeordnet sind, dass eine Übertragung der Verformung oder Wölbung des Strukturelements 4 auf die Kühlplatte 2 weitgehend unterbunden aber zumindest reduziert wird. Die Abstandselemente 5 sind beispielsweise derart um eine Verformung, eine Wölbung, einen Wölbungshochpunkt oder Wölbungsmittelpunkt angeordnet, dass sie die Kühlplatte 2 während der entsprechenden Bewegung aufgrund der Deformation vorzugsweise nur translatorisch verschieben und die Kühlplatte 2 keiner zusätzlichen Biegung oder Verspannung ausgesetzt ist. Entsprechend ist die Ansteueranordnung 1 hinsichtlich der Beabstandung derart ausgelegt, dass bei maximaler Deformation, Verformung, Ausformung oder Verbiegung des Strukturelements 4, z.B. während des Betriebs der Kompressorvorrichtung, kein zusätzlicher Druckpunkt zwischen Strukturelement 4 und Kühlplatte 2 entsteht.
-
Es ist insbesondere ein Einsatz der Ansteueranordnung 1 in einer Kompressoranordnung, wie einem Klimakompressor für Kraftfahrzeuge, möglich.
-
Die 2–7 zeigen mehrere Darstellungen einer Ausführungsform für eine Kompressorvorrichtung mit einer Ansteueranordnung, bei der eine Kühlplatte als Halteplatte mit Hilfe einer Befestigungsanordnung befestigt ist. In der 2 und 3 ist ein Ausschnitt einer Kompressorvorrichtung im Querschnitt dargestellt. Die 4 zeigt im Wesentlichen eine Draufsicht auf eine Gehäusebodenoberseite, 5 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeleitpads, und die 6 zeigt einen Teil der Kompressorvorrichtung von einer schrägen perspektivischen Ansicht auf die Oberseite der Kühlplatte. Die 7 ist eine perspektivische Darstellung einer Platine.
-
2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Ansteueranordnung 1. Im Unterschied zu 1 umfasst die Ansteueranordnung 1 ein Wärmeleitelement 7, das zwischen dem Strukturelement 4 und der Kühlplatte 2 angeordnet ist, sodass Wärme von der Kühlplatte 2 an das Strukturelement 4 mit Hilfe des Wärmeleitelements 7 abführbar ist. Das Wärmeleitelement 7 weist eine flächige Geometrie mit einer mittig angeordneten Aussparung auf, sodass ein Bereich des Strukturelements 4, der die größte Verformung erfährt, im Bereich der Aussparung angeordnet ist. Weiterhin weist das Wärmeleitelement 7 Aussparungen auf, durch die sich die Abstandselemente 5 erstrecken, die an das Strukturelement 4 angeformt sind, sodass ein einstückiger Integralkörper 4, 5 aus Strukturelement 4 und Abstandselementen 5 vorliegt. Die Oberseite des Integralkörpers 4, 5 ist zumindest teilweise als Negativform des Wärmeleitelements 7 ausgebildet.
-
Ferner weist die Ansteueranordnung 1 zumindest ein Federelement 8 auf, wobei mit Hilfe des Federelements 8 eine Anpresskraft von der Kühlplatte 2 über die Abstandselemente 5 auf das Strukturelement 4 aufgebracht wird. Das Federelement 8 ist insbesondere eine Tellerfeder und liegt auf einer Oberseite 2B der Kühlplatte 2 auf, wobei das Strukturelement 4 zumindest einen Anschraubdom 9 aufweist, der sich in eine durchgängige Öffnung 10 der Kühlplatt 2 erstreckt, wobei ein Fixierelement 11, insbesondere eine Scheibe, mittels einer Schraube 12 an den Anschraubdom 9 angeschraubt ist und die Kühlplatte 2 hintergreift, wobei das Federelement 8 gegen die Kühlplatte 2 und gegen das Fixierelement 11 vorgespannt ist. Sowohl der Anschraubdom 9 als auch das Fixierelement 11 weisen ein radiales Spiel innerhalb der insbesondere kreisrunden Öffnung 10 auf, sodass leichte Verschiebungen oder Bewegungen des Anschraubdoms 9 radial zur Öffnung 10 keine Spannungen in die Kühlplatte 2 induzieren. Somit würde das Vorsehen mehrerer Anschraubdome 9 insbesondere geringförmige laterale Bewegungen zwischen dem Strukturelement 4 und der Kühlplatte 2 zulassen. Mit Hilfe des vorgespannten Federelements 8 wird die Kühlplatte 2 in Richtung des Strukturelements 4 vorgespannt, sodass ein Drücken oder eine Verschiebung von den Abstandselementen 5 aufgrund einer Deformation, Verformung, Ausformung oder Verbiegung des Strukturelements 4 mittels Einfedern des Federelements 8 bzw. der Federelemente 8 ausgeglichen werden kann. Die Vorspannung stellt gleichermaßen sicher, dass ein stabiles Aufliegen der Kühlplatte 2 auf den Abstandselementen 5 gewährleistet ist, insbesondere kein axiales Spiel zwischen der Kühlplatte 2 und den Abstandselementen 5 vorherrscht.
-
In 2 ist nur ein Abstandselement 5 dargestellt, wobei die anderen Abstandselemente 5 sich in anderen Querschnittsebenen der Ansteueranordnung 1 befinden bzw. in der dargestellten Ebene nicht zu sehen sind. Das Wärmeleitelement 7 besteht insbesondere aus einem flexibleren Material als das Strukturelement 4 und/oder die Kühlplatte 2 und/oder ist insbesondere ein Wärmeleitpad. Vorzugsweise besteht das Wärmeleitelement 7 aus einem flexiblen und/oder elastischen Material.
-
3 zeigt die Ansteueranordnung gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung.
-
Um eine Beschädigung des elektrischen Leistungsmoduls 3 und der Leiterplatte bzw. Leiterkarte oder Platine 6 zu verhindern, wurden diese auf die Kühlplatte 2 montiert. Zwischen der Kühlplatte 2 und dem Gehäuseboden 4, ist das Wärmeleitelement 7 als ein Wärmeleitpad, montiert. Das Wärmeleitelement 7 benötigt einen definierten Abstand zum Gehäuseboden 4, der durch das Material des Wärmeleitpads 7 ausgefüllt ist. Dadurch wird die entstehende Wärme im elektrischen Leistungsmodul 3 oder von der Platine 6 über die Kühlplatte 2 auf den Gehäuseboden 4 übertragen. Der Gehäuseboden 4 ist durch das sich im Druckraum N befindliche Kältemittel gekühlt.
-
4 zeigt eine Aufsicht eines Strukturelements 4 mit einem Wärmeleitelement 7. Es sind drei Abstandselemente 5 und drei Anschraubdome 9 am Strukturelement 4 um einen Mittelpunkt M in einem Winkelabstand von 120° angeordnet. Um eine gleichmäßige Auflage und Bewegung der Kühlplatte 2 mit dem Strukturelement 4, insbesondere dem Gehäuseboden, zu gewährleisten werden die Abstandselemente 5 symmetrisch um die Mitte der Durchbiegung des Strukturelements 4, insbesondere des Gehäusebodens, verteilt. In der Mitte des Strukturelements 4 wurde das Wärmeleitelement 7 ausgespart, da an dieser Stelle 15 die auf und ab Bewegung des Strukturelements 4, insbesondere des Gehäusebodens, aufgrund wechselnder Druckbelastung am größten ist.
-
Weiterhin weist das Strukturelement 4 oder der Gehäuseboden vier Fixierelemente 22 auf, die in einem Winkelabstand von 90° radial außen angeordnet und als Positionierhilfe für die Kühlplatte 2, die zu den Fixierelementen 22 korrespondierende Auslassungen 21 aufweist, vorgesehen sind. Die Fixierelemente 22 sind insbesondere als Fixierdorne ausgebildet und erstrecken sich in axiale Richtung, also im Wesentlichen normal zur Kühlplatte 2 in Einbaulage.
-
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmeleitelements 7 aus 4. Das Wärmeleitelement 7 weist eine kreisringförmige Geometrie auf. Weiterhin weist das Wärmeleitelement 7 Aussparungen (wovon nur eine mit Bezugszeichen 16 versehen ist) für die zylinderförmigen Abstandselemente 5 und zumindest teilweise für die zylinderförmigen Anschraubdome 9 auf. Die Aussparungen 16 für die Abstandselement 5 weisen einen Winkelabstand von 120° untereinander auf. Die Aussparungen 17 für die Anschraubdome 9 weisen ebenso einen Winkelabstand von 120° auf und korrespondieren in radialer Richtung jeweils mit einer Aussparung 16 für eines der Abstandselemente 5, liegen jedoch radial weiter außen. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kühlplatte 2 mit einem elektronischen IGBT-Leistungsmodul 3. Das elektrische Leistungsmodul 3 ist mit Hilfe einer Schraubverbindung 13 und Laschen 20 an die Kühlplatte 2 montiert. Weiterhin sind vier Anschraubdome 14 für die Befestigung der Leiterplatte 6 an der Kühlplatte 2 vorgesehen. Die Auslassungen 21 sind zumindest teilweise als Negativform der Fixierelemente 22 ausgebildet, sodass die Kühlplatte 2 formschlüssig und verdrehsicher auf dem Strukturelement 4 aufliegen kann, sobald die Fixierelemente 22 in die Auslassungen 21 eingreifen. Die Auslassungen 21 sind als Langlöcher ausgebildet.
-
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte 6. Die Leiterplatte 6 ist über das elektrische Leistungsmodul 3 montiert und mit diesem kontaktiert. Das elektrische Leistungsmodul 3 ist an die Leiterplatte 6, beispielsweise eine Platine oder gedruckte Schaltung als Träger für elektronische Bauteile 18 der entsprechenden Ansteuerschaltung, angeschlossen. Man spricht auch von einer Leiterkarte, Leiterplatte, Platine oder PCB (Englisch: Printed Circuit Board). Um die Schraubverbindung 14 (vgl. 6) zu erreichen sind in der Leiterplatte 6 Handhabungsöffnungen 20 vorgesehen.
-
Die Ansteuerschaltung oder Ansteuereinrichtung für den entsprechenden Klimakompressor ist auf einer Leiterplatine 6 mit Hilfe elektronischer Bauelemente 18 insbesondere mit Hilfe von Leistungshalbleitern 3 implementiert. Die Platine oder Leiterplatte 6 hat in der Darstellung der 7 oberseitig elektrische Bauelemente 9. Ferner sind unterseitig die Leistungshalbleiter oder Module 2 (verdeckt) angeordnet, die Temperaturen zwischen 100 und 150°C entwickeln können.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von einigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie modifizierbar. Insbesondere kann die Anzahl der Abstandselemente variiert werden. Es ist ferner möglich, die Anpresskraft durch andere beispielsweise federnde Elemente zu erzielen. Ferner ist die Form und Geometrie des Gehäusebodens nicht zwangsläufig kreisförmig. Auch ovale oder andere Formen sind dabei denkbar. Bei dem Strukturelement muss es nicht unbedingt ein Gehäuseboden der Kompressorvorrichtung sein. Ferner sind die genannten Materialien und Abmessung variabel und können an die jeweilige Einbausituation eines Strukturelementes oder einer Kompressorvorrichtung angepasst werden. Die Druckangaben können ebenfalls variieren und hängen von dem mit Hilfe der Kompressorvorrichtung komprimierten Kältemittel ab.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ansteueranordnung
- 2
- Kühlplatte
- 2A
- Unterseite
- 2B
- Oberseite
- 3
- elektrisches Leistungselement
- 4
- Strukturelement
- 4A
- Oberseite
- 4B
- Unterseite
- 5
- Abstandshalter
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Wärmeleitelement
- 8
- Federelement
- 9
- Anschraubdom
- 10
- Öffnung
- 11
- Fixierelement
- 12
- Schraube
- 13
- Schraubverbindung
- 14
- Anschraubdom
- 15, 16, 17
- Aussparung
- 18
- elektronisches Bauteil
- 19
- Handhabungsöffnung
- 20
- Befestigungslasche
- 21
- Auslassungen
- 22
- Fixierelemente
- N
- Niederdruckbereich
- M
- Mittelpunkt
- P
- Atmosphärendruckbereich
