DE102019219282A1

DE102019219282A1 - Stromrichter für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019219282A1
Application number: DE102019219282.3A
Authority: DE
Inventors: Kevin Heimburger; Sebastian Appel; Manuel Schwab; David Zülke; Frank Schuhmacher; Ivonne Trenz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Es wird ein Stromrichter für ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte vorgeschlagen, wobei die Leiterplatte über mehrere Pins mit wenigstens einem Bauteil zur Übertragung von Strom verbunden ist, wobei die Leiterplatte für einen jeweiligen Pin eine Zentrierhilfe an einer dem Bauteil zugewandten Seite aufweist. Die jeweilige Zentrierhilfe ist derart ausgeführt, dass die jeweilige Zentrierhilfe dem jeweiligen Pin zu einer jeweiligen Bohrung in die Leiterplatte führt, sodass der jeweilige Pin durch die jeweilige Bohrung geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromrichter für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus EP 2 099 119 B1 ist eine Umrichtervorrichtung bekannt, dass auf einem ersten Bord Leistungsschalter angeordnet sind und auf einem zweiten Bord Zwischenkreiskondensatoren.
Die erfindungsgemäße Stromrichter für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr eine Zentrierhilfe an einer Leiterplatte vorgesehen ist, die derart ausgeführt ist, dass eine jeweilige Zentrierhilfe einem jeweiligen Pin zu einer jeweiligen Bohrung in der Leiterplatte führt, sodass dann der jeweilige Pin durch die jeweilige Bohrung geführt ist. Über diese Pins wird eine Übertragung von elektrischem Strom vorgenommen von bspw. einem Bauteil, von dem die Pins ausgehen, zu der genannten Leiterplatte. Über diese Zentrierhilfe ist es dann möglich, dass die Pins treffsicher durch die Bohrung geführt werden, auch wenn ein gewisser Versatz zwischen den Pins und den Bohrungen in der Leiterplatte vorliegt. Damit wird der Fertigungsprozess zuverlässiger.
Daher wird erfindungsgemäß ein Stromrichter vorgeschlagen, der für ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte vorgesehen ist, wobei die Leiterplatte über mehrere Pins mit wenigstens einem Bauteil zur Übertragung von Strom verbunden ist, wobei die Leiterplatte für einen jeweiligen Pin eine jeweilige Zentrierhilfe an einer, dem Bauteil zugewandten Seite der Leiterplatte aufweist, wobei die jeweilige Zentrierhilfe derart ausgeführt ist, dass die jeweilige Zentrierhilfe den jeweiligen Pin zu einer jeweiligen Bohrung in der Leiterplatte führt, sodass der jeweilige Pin durch die jeweilige Bohrung geführt ist.
Unter einem Stromrichter für ein Fahrzeug ist ein Gerät zu verstehen, das Gleichstrom in Wechselstrom wandelt oder umgekehrt. Bei einem sogenannten Wechselrichter, also einem Gerät das Gleichstrom in Wechselstrom wandelt, wird der Gleichstrom über einen Zwischenkreis aufgenommen und dann auf Leistungsschalter gegeben, die entsprechend angesteuert werden, sodass der Gleichstrom zerhackt wird und damit ein Wechselstrom entsteht. Mit diesem Wechselstrom kann dann bspw. ein Elektromotor angetrieben werden. Bei einem Gleichrichter handelt es sich dabei um ein Gerät, das Wechselstrom in Gleichstrom wandelt. Solch eine Gleichrichtung erfolgt meist durch Halbleiterdioden oder auch aktive elektronische Bauteile wie Thyristoren, Feldeffekttransistoren. Dafür können bspw. Drehstrombrücken oder andere Gleichrichtertechnologien verwendet werden.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich bspw. um ein Automobil oder ein Transporter oder andere Fahrzeuge für verschiedenste Anwendungen.
Bei der Leiterplatte handelt es sich um eine einlagige oder mehrlagige Leiterplatte, auf der elektronische und elektrische Bauteile angeordnet sind und über Leiterbahnen verbunden sind. Für die Pins sind in der Leiterplatte Bohrungen vorgesehen, durch die die Pins geführt werden. Bei dem Pin handelt es sich um eine Steckverbindung, also um eine metallisch ausgeführte längserstreckte, bspw. zylindrische oder stabförmige Struktur, die durch die jeweilige Bohrung hindurchgeführt wird.
Die Zentrierhilfe ist ein Bauelement, das an der Leiterplatte angeordnet ist und so gestaltet ist, dass sie die jeweiligen Pins zu jeweiligen Bohrungen in der Leiterplatte führt, sodass der jeweilige Pin auch durch die jeweilige Bohrung geführt ist. Diese Zentrierhilfe fängt also den Pin regelrecht ein, um ihn zur Bohrung zu führen. Es kann vorgesehen sein, dass für jeden Pin eine solche Zentrierhilfe jeweils vorgesehen ist oder aber nur für einige oder einen. Die Bewegung des Durchführens kann durch ein Bewegen der Pins in Richtung der Leiterplatte erfolgen, die in einer Struktur eingebaut ist, oder umgekehrt durch ein Bewegen der Leiterplatte auf die Pins, wenn das Bauteil, das die Pins trägt, bereits in einer Struktur verbaut ist.
Die Pins sind zur Stromführung vorgesehen, d.h. es kann ein hoher Strom, wie er zum Antrieb eines Elektromotors notwendig ist, über die Pins übertragen werden, oder es ist möglich, dass Signale über die Pins übertragen werden, wobei dann üblicherweise nur ein geringer Strom übertragen wird. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein hoher Strom als auch Signale über die Pins gleichzeitig übertragen werden. Solche Signale werden dann bspw. durch eine Signalverarbeitung auf der Leiterplatte ausgewertet und Ansteuersignale daraus abgeleitet, um den Betrieb des Stromrichters zu verbessern oder anzupassen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Stromrichters für ein Fahrzeug möglich.
Es ist vorgesehen, dass die jeweilige Zentrierhilfe für den jeweiligen Pin mit anderen Zentrierhilfen für andere Pins verbunden sind. Dies kann letztlich in einer einstückigen Ausführung für alle Zentrierhilfen für die Leiterplatte münden. Bspw. könnte die Zentrierhilfe aus Kunststoff angefertigt sein und verschiedene Strukturen für die jeweiligen Pins aufweisen, um dann als Ganzes an der Leiterplatte angeordnet zu sein. Alternativ ist es möglich, dass die Zentrierhilfen in Gruppen oder einzeln vorgesehen sind. Sind die Zentrierhilfen in Gruppen zusammengefasst, stellt solch eine Gruppe ein einstückiges Bauelement dar.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest eine der Zentrierhilfen über wenigstens einen Zapfen, der in eine weitere Bohrung der Leiterplatte geführt ist, ausgerichtet ist. D. h. die Zentrierhilfe ist einstückig mit dem Zapfen verbunden und durch das Einführen des Zapfens in die weitere Bohrung erfolgt eine vorgegebene Ausrichtung der Zentrierhilfe. Der Zapfen und die weitere Bohrung können dabei so gestaltet sein, dass der Zapfen nur in einer Ausrichtung in die weitere Bohrung eingeführt werden kann. Dies kann durch eine asymmetrische Gestaltung der weiteren Bohrung und des Zapfens erfolgen. Das führt zu einer zuverlässigen Montage der Zentrierhilfe.
Weiterhin ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Zentrierhilfen Einführschrägen aufweist. Diese Einführschrägen stellen demnach eine Art Trichter her, auf den eine gerade Bohrung führt. Solche Einführschrägen helfen einen Pin in Richtung der Bohrung durch die Leiterplatte zu führen, wenn der Pin in Richtung der Leiterplatte bewegt wird. Diese Einführschrägen können bspw. durch eine trichterartige Ausbildung der Zentrierhilfe realisiert sein, in dem eine trichterartige Öffnung besteht. Die Einführschrägen können jedoch auch nur an bestimmten Seiten angeordnet sein. Dabei kann es sich dann um eine pyramidenförmige Öffnung handeln, d. h. als ob in eine Pyramide von unten hineingesehen wird. Das ist eine Alternative zur konischen oder auch einer exponentiellen Öffnung der Zentrierhilfe. Vorzugsweise münden die Einführschrägen in die oben erwähnte gerade Bohrung, die vorzugsweise kleiner im Durchmesser als die Bohrung durch die Leiterplatte ist. Damit ist Führung des Pins durch die Bohrung in der Leiterplatte gewährleistet. Ist der Pin jedoch breiter im Durchmesser als die Bohrung durch die Leiterplatte, um bspw. in die Leiterplatte gepresst zu werden, wird die Zentrierhilfe hinsichtlich des Materials so beschaffen sein, dass der Pin leicht durch die gerade Bohrung geführt werden kann.
Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zapfen mit der Leiterplatte verpresst oder gequetscht oder heißverstemmt oder verrastet oder verklipst oder verschraubt ist. Es sind auch noch weitere solche Verbindungen wie verkleben möglich. Der Zapfen kann aus einem oder mehreren Kunststoffen angefertigt sein. Es können auch ein oder mehrere Metalle vorzugsweise in Kombination mit den oben genannten Kunststoffen verwendet werden. Da der jeweilige Pin durch die jeweilige Zentrierhilfe geführt wird, ist eine elektrische Isolation an der Zentrierhilfe vorzugsweise vorzusehen, um ein Abfließen von Strom oder unerwünschte elektromagnetische Effekte zu vermeiden.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Pins als Lötpins oder als Press-Fit-Pins ausgeführt sind. Bei einem Lötpin handelt es sich um einen Pin, der mit der Leiterplatte dann bspw. mit einer Metallisierung um die Bohrung herum verlötet wird. Auch ein Leitkleben wäre hier möglich. Bei einem Press-fit-Pin wird der Pin in eine Bohrung der Leiterplatte gepresst. Dabei haben diese Press-Fit- Pins eine elastische Zone, die zusammengedrückt werden kann. Diese Zone wird also beim Durchstecken durch die Bohrung komprimiert und hält so den Pin in dieser Stellung. Außerdem kann durch den Presskontakt bereits der elektrische Kontakt hergestellt werden, oder es wird noch weiterhin zusätzlich verlötet.
Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zapfen über eine Spielpassung zur Leiterplatte positioniert ist, wobei die wenigstens eine Zentrierhilfe über eine Klemmung zwischen der Leiterplatte und dem wenigstens einen Bauteil gehalten ist. Damit dient dann der Zapfen lediglich eben zur Positionierung der Zentrierhilfe, wobei zwischen dem Zapfen und der Zentrierhilfe immer ein Luftspalt vorgesehen ist. Die Klemmung zwischen der Leiterplatte und dem wenigstens einen Bauteil kann bspw. durch einen Federkontakt realisiert sein.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Bauteil ein Leistungsmodul oder wenigstens ein Stromsensor ist. Über das Leistungsmodul, in dem sich dann die Leistungsschalter befinden, wird der Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt oder umgekehrt. Dieses Leistungsmodul ist dann üblicherweise auch einer besonderen Kühlung unterworfen.
Bei einem Stromsensor handelt es sich um ein Bauteil, dass den Strom bspw. ein Gleichstrom oder einen Wechselstrom misst, um einen Messwert für eine Steuerung des Stromrichters zu haben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Schaltbild des Stromrichters im Fahrzeug;
2 eine Schnittdarstellung der Pins und der Leiterplatte mit der Zentrierhilfe;
3 und 4 die beiden Zeitpunkte vor und nach dem Durchführen des Pins durch die Bohrung und
5 Felder auf der Leiterplatte, die für die Pins geeignet sind.

1 zeigt allgemein ein Schaltbild eines Stromrichters vorliegend als Wechselrichter angeordnet, der von einer Batterie V_BAT gespeist wird und dann als Stromrichter SR einen Wechselstrom ausgibt, um einen Elektromotor EM anzusteuern und zu speisen. Dieser Elektromotor EM kann dann als Antriebsaggregat für ein Fahrzeug verwendet werden.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung die Leiterplatte LP des erfindungsgemäßen Stromrichters mit den durchgeführten Pins P, die vom Bauteil BT ausgehen. Die Leiterplatte LP weist Bohrungen BP auf, durch die die Pins P gesteckt sind. Es liegt eine Zentrierhilfe ZH vor, die 2 Öffnungen aufweist mit Einführschrägen ES, durch die die Pins in die Bohrungen BP geführt werden. Die Zentrierhilfe selbst ZH ist in eine Bohrung BZ in der Leiterplatte LP eingeführt. Die Zentrierhilfe ZH kann über einen Zapfen Z, der in die Leiterplatte LP und dabei in die Bohrung BZ eingeführt ist, auch befestigt sein bspw. durch Quetschen, Pressen, Heißverstemmen usw. Oder es kann vorgesehen sein, dass die Zentrierhilfe ZH hier lediglich durch eine Spielpassung in der Bohrung BZ liegt und an anderer Stelle befestigt ist bspw. durch einen Federkontakt. Die schraffierten Flächen der Zentrierhilfe ZH sollen das Material darstellen, das hier im Querschnitt geschnitten ist, wobei es sich auch um Kunststoff vorzugsweise handeln kann. Bei dem Bauteil BT kann es sich um ein Leistungsmodul oder einen Stromsensor handeln.
Die 3 und 4 zeigen 2 Zeitpunkte des Einführens eines Pins P in die Bohrung BP der Leiterplatte LP. Der Pin wird in die Richtung R geführt und durch die Einführschrägen ES der Zentrierhilfe ZH in Richtung der Bohrung BP geführt. Dabei ist der obere Durchmesser der Zentrierhilfe ZH höchstens so groß wie die Bohrung BP. Andernfalls könnte der Pin P an der Leiterplatte hängen bleiben. In 4 ist der Pin P dann durch die Bohrung BP durchgesteckt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier gleiche Elemente. Nun ist auch das Bauteil BT zumindest ansatzweise sichtbar, das elektrisch über den Pin P mit der Leiterplatte LP verbunden ist.
5 zeigt auf einer Leiterplatte LP die verschiedenen Zonen, in denen diese Pinkontakte, wie oben beschrieben, angeordnet sein können. Dafür eignet sich bspw. der Fahrzeugstecker FS, das Leistungsmodul LT und die Stromsensoren CS.
Bezugszeichenliste

VBAT: Batterie
SR: Stromsensor
EM: Elektromotor
LP: Leiterplatte
P: Pin
BP: Bohrung
BZ: Bohrung
ES: Einführschrägen
ZH: Zentrierhilfe
BT: Bauteile
R: Richtung
FS: Fahrzeugstecker
LT: Leistungsmodul
CS: Stromsensoren
Z: Zapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 2099119 B1 [0002]

Claims

Stromrichter (SR) für ein Fahrzeug mit einer Leiterplatte (LP), die über mehrere Pins (P) mit wenigstens einem Bauteil (BT) zur Übertragung von Strom verbunden ist, wobei die Leiterplatte (LP) für einen jeweiligen Pin (P) eine Zentrierhilfe (ZH) an einer, dem Bauteil (BT) zugewandten Seite der Leiterplatte (LP) aufweist, wobei die jeweilige Zentrierhilfe (ZH) derart ausgeführt ist, dass die jeweilige Zentrierhilfe (ZH) den jeweiligen Pin (P) zu einer jeweiligen Bohrung (BP) in der Leiterplatte (LP) führt, sodass der jeweilige Pin (P) durch die jeweilige Bohrung (BP) geführt ist.
Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zentrierhilfen (ZH) für die jeweiligen Pins (P) miteinander verbunden sind.
Stromrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Zentrierhilfen (ZH) über wenigstens einen Zapfen (Z), der in eine zweite Bohrung der Leiterplatte (LP) geführt ist, ausgerichtet ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zentrierhilfen (ZH) Einführschrägen (ES) aufweist.
Stromrichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zapfen (Z) mit der Leiterplatte (LP) verpresst oder gequetscht oder heißverstemmt oder verrastet oder verclipst oder verschraubt ist.
Stromrichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pins (P) als Lötpin oder als Press-Fit-Pin ausgeführt sind.
Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zapfen (Z) über eine Spielpassung zur Leiterplatte (LP) positioniert ist, wobei die wenigstens eine Zentrierhilfe (ZH) über eine Klemmung zwischen der Leiterplatte (LP) und dem wenigstens einen Bauteil (BT) gehalten ist.
Stromrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauteil (BT) ein Leistungsmodul oder wenigstens ein Stromsensor ist.
Stromrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul Leistungsschalter aufweist, die Gleichstrom in einen Wechselstrom wandeln.