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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung, umfassend eine Drosselspule und ein Schaltungssubstrat. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Anordnung zur Steuerung von Traktionsmaschinen elektrisch antreibbarer Fortbewegungsmittel.
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Für die elektrische Dämpfung von Störfrequenzen werden in den Filtereinheiten elektrischer Fahrzeuge Ringkerndrosseln eingesetzt. Hierbei ist die geschlossene Form die elektrisch zu bevorzugende Bauform. Jedoch führt der Einsatz einer geschlossenen Drossel beim Aufbau der Filtereinheit dazu, dass der Stromleiter durch die Drossel gefädelt und dahinter wieder elektrisch verbunden werden muss. Eine doppelte Durchführung des Stromleiters erweist sich aus elektrischer Sicht von großem Vorteil, da die Windungszahl bei der Dämpfung quadratisch eingeht. Die Stromführung im Drosseldurchgang kann nur sehr schwer gekühlt werden und führt somit zur Erwärmung des Drosselkerns. Es besteht ein Bedarf an einem Dämpfungskonzept mit doppelter Stromdurchführung mit einfacher Montage.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung mit einem Schaltungssubstrat und einer Drosselspule mit Leitern. Die Drosselspule ist auf dem Schaltungssubstrat derart angeordnet, dass die abisolierten Anschlüsse ihrer Leiter in einer jeweiligen Anschlussklammer aufgenommen sind, wobei die abisolierten Anschlüsse jeweils in einer der Vielzahl Anschlussklammern gehaltert werden. Mit anderen Worten sind Anschlussklammern auf dem Schaltungssubstrat befestigt (z.B. verklebt, genietet, gelötet, o.ä.), welche eine insbesondere elastische Halterung für die abisolierten Anschlüsse der Drosselspulenleiter aufweisen. Hierbei können die Anschlussklammern beim Einführen der abisolierten Anschlüsse elastisch aufgebogen und nach einem vordefinierten Weg durch die Anschlussklammern hinterschnitten werden. Mit anderen Worten schnappt oder rastet das abisolierte Leiterende in die Anschlussklammer ein und ist gegen eine unerwünschte Entfernung aus der Anschlussklammer gesichert. Durch eine geeignete geometrische Ausführung der Anschlussklammern kann eine hohe Kontaktfläche mit dem jeweiligen abisolierten Anschluss der Leiter sichergestellt werden. Insbesondere können die Oberflächen der abisolierten Anschlüsse mit den Anschlussklammern abschnittsweise korrespondieren, um eine flächige Anlage der Anschlussklammern an den abisolierten Anschlüssen zu gewährleisten. Insbesondere können die abisolierten Anschlüsse eine im Wesentlichen zylindrische Leiterform (z.B. nach Art eines Kupferdrahtes) aufweisen, während die Anschlussklammern einander gegenüberliegende Backen mit zylindrisch konkaven Oberflächen aufweisen. Im montierten Zustand bildet die Oberfläche der Anschlussklammer somit eine Mantelabschnittsfläche für die abisolierten Anschlüsse. Auf diese Weise wird die Montage gegenüber im Stand der Technik bekannten Anordnungen vereinfacht und die Positionierung der abisolierten Anschlüsse in den Anschlussklammern ist (zumindest zunächst) reversibel, so dass eine Korrektur zunächst in einer falschen Anschlussklammer gelegener abisolierter Anschlüsse ohne weiteres möglich ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt kann die Vielzahl Anschlussklammern mit einer jeweiligen Leiterbahn auf dem Schaltungssubstrat elektrisch verbunden sein. Mit anderen Worten sind die Anschlussklammern elektrisch mit einer jeweiligen Leiterbahn auf dem Schaltungssubstrat verbunden, um die Drosselspule an die sie umgebene Peripherie elektrisch anzuschließen. Die Anschlussklammern können mit den Leiterbahnen verlötet, verschweißt, vernietet, leitfähig verklebt, o.ä. sein.
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Bevorzugt können die abisolierten Anschlüsse auch in den Anschlussklammern verschweißt werden. Mit anderen Worten kann die Anschlussklammer nach einem Einführen der abisolierten Anschlüsse derart durch eine Elektrode oder zwei Elektroden von außen kontaktiert werden, dass bei einem Anlegen einer elektrischen Spannung der sich durch die Anschlussklammern und die abisolierten Anschlüsse ergebende Schweißstrom zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Anschlüssen und den Anschlussklammern führt. Insbesondere kann in diesem Zuge auch eine Verschweißung der Anschlussklammern auf dem Schaltungssubstrat (z.B. mit der jeweiligen Leiterbahn) erfolgen. Dies führt zu einer Sicherung der Drosselspule gegen eine mechanische und elektrische Entkoppelung vom Schaltungssubstrat.
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Beispielsweise können die Halteklammern und die Drosselspule vollständig auf einer Seite des Schaltungssubstrates angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung sind sämtliche Bauteile der Drosselspule (Kernbaugruppe, elektrische Leiter, etc.) auf derselben Seite des Schaltungssubstrates angeordnet wie die Anschlussklammern. Zumindest jedoch befindet sich ein Schwerpunkt der Drosselspule auf derselben Seite des Schaltungssubstrates, wie die Anschlussklammern. Alternativ kann sich die Drosselspule bzw. ihr Schwerpunkt auf einer den Klammern gegenüberliegenden Seite des Schaltungssubstrates befinden und lediglich die anteilig auf die gegenüberliegende Seite des Schaltungssubstrates geführten elektrischen Leiter und abisolierten Anschlüsse befinden sich auf der Seite der Anschlussklammern, wobei die abisolierten Anschlüsse in den Anschlussklammern angeordnet sind. Mit dieser Ausgestaltung kann die Bauform gegenüber einer jeweiligen Oberfläche des Schaltungssubstrates flach gehalten werden.
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Die Anschlussklammern können beispielsweise zur flächigen und stabilen Verbindung mit dem Schaltungssubstrat eine Basis aufweisen, welche eine ebene Fläche (Montagefläche) aufweist. Alternativ oder zusätzlich können sich beiderseits der Basis über die Basis krümmende Haltenasen für die Aufnahme der abisolierten Anschlüsse vorgesehen sein. Hierbei kann die Anschlussklammer aus einem Blechteil einstückig gefertigt (gebogen) sein. Aufgrund der sich über die flächige Basis krümmenden Haltenasen kann ein Federweg zur Einstellung einer geeigneten, vordefinierten Vorspannung der Haltenasen sichergestellt werden. Die abisolierten Anschlüsse können auf diese Weise besonders sicher gehaltert werden und eine Kontaktierung der Haltenasen durch Schweißelektroden kann komfortabel und prozesssicher neben den abisolierten Anschlüssen erfolgen.
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Die Haltenasen können insbesondere eine Tiefe aufweisen, welche geringer als eine Tiefe der Basis ist. Mit anderen Worten kann die aus einem Blechstreifen gefertigte Anschlussklammer einerseits eine hinreichend große Breite/Tiefe an derjenigen Stelle aufweisen, an welcher die flächige Anlage der Basis am Schaltungssubstrat besteht und eine geringere Breite/Tiefe der sich über die Basis krümmenden Haltenasen kann sicherstellen, dass die Vorspannung auf die abisolierten Anschlüsse nicht zu groß ist, um diese prozesssicher und ohne Risiko für die umgebenden Bauteile in die Anschlussklammern einfügen zu können.
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Die Haltenasen können distale Enden aufweisen, welche beim Einführen der abisolierten Anschlüsse in Richtung normal zur Oberfläche des Schaltungssubstrates orientiert sind und imzuge einer Montage der Drosselspule als erstes mit den abisolierten Anschlüssen in Kontakt geraten. Diese distalen Enden können eine Kontaktfläche zu den abisolierten Anschlüssen aufweisen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Schaltungssubstrates steht. Zwei einander gegenüberliegende distale Enden klemmen hierbei die abisolierten Anschlüsse der Leiter der Drosselspule zwischen sich ein. Sie können hierzu eine in Richtung der Oberfläche des Schaltungssubstrates verjüngenden Spalt aufweisen, um ein Einfädeln der abisolierten Anschlüsse zu erleichtern und gleichzeitig eine hinreichend große Vorspannung in einer Endlage der abisolierten Anschlüsse zu gewährleisten. Hierzu können die distalen Enden im Bereich der Endlage der abisolierten Anschlüsse einen vergrößerten Abstand zueinander aufweisen, so dass die abisolierten Anschlüsse beim Entfernen in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Schaltungssubstrates die distalen Enden notwendigerweise zunächst wieder auseinanderdrücken, bis sie nach einem (vollständigen) Verlassen durch die abisolierten Anschlüsse wieder etwas aufeinander zu federn. Die distalen Enden sind gegenüber einem an sie angrenzenden Bereich der Haltenasen somit eher senkrecht zur Oberfläche des Schaltungssubstrates orientiert.
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Die Drosselspule kann eine Kernbaugruppe mit einem Auge (Bohrung) aufweisen, durch welches die Leiter geführt sind. Beispielsweise können drei oder vier Leiter durch das Auge geführt und auf einer Außenseite der Kernbaugruppe zurückgeführt werden. Positionierungshilfen / Positionierungsstrukturen können im Auge und/oder an einer Stirnfläche der Kernbaugruppe und/oder an einer Mantelfläche der Kernbaugruppe vorgesehen sein, um eine akkurate und vordefinierte Positionierung der Leiter im Zuge einer Montage der Drosselspule zu vereinfachen. Die Positionierungsstrukturen können beispielsweise Stege und/oder Nuten umfassen. Sie können auf der Stirnseite radial verlaufen und/oder auf der Mantelfläche koaxial zum Auge verlaufen. Insbesondere für den Fall, dass die Kernbaugruppe eine elastische Oberfläche aufweist (z.B. aus einem geeigneten Kunststoff, o.ä. gefertigt ist), können die Leiter in die Nuten eingepasst, insbesondere eingedrückt, werden und durch eine Haltekraft der Positionierungsstrukturen gegen ein versehentliches Lösen oder (anteiliges) Zurückbiegen in Richtung einer Ausgangsform des Leiters gehindert werden.
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Die Kernbaugruppe kann weiter bevorzugt Positionierhilfen aufweisen, welche eine Positionierung der Drosselspule auf dem Schaltungssubstrat begünstigen/erleichtern. Insbesondere können hierbei vordefinierte Strukturen der Kernbaugruppe in korrespondierende Ausnehmungen im Schaltungssubstrat eingreifen, so dass eine verdrehsichere Positionierung der Drosselspule gegenüber dem Schaltungssubstrat ermöglicht ist.
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Insbesondere kann eine Codierung einer Drehposition um eine Längsachse durch das Auge der Drosselspule im Zuge der Montage erfolgen, welche nur eine einzige Drehposition der Drosselspule bezüglich des Schaltungssubstrates zulässt. Eine elektrisch falsche Zuordnung der Leiter zu den Anschlussklammern kann auf diese Weise wirksam verhindert werden.
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Weiter bevorzugt kann die Drosselspule bzw. die Kernbaugruppe einen mechanischen Anschlag aufweisen, welcher mit einer korrespondierenden Struktur (zum Beispiel einem Rand/Flansch um eine Ausnehmung) im Schaltungssubstrat zusammenwirkt. Mit anderen Worten kann die Drosselspule auf diese Weise nur bis zu einer bestimmten vordefinierten Tiefe in die Ausnehmung durch das Schaltungssubstrat gesteckt werden, bis der Anschlag an einer Oberfläche des Schaltungssubstrates (insbesondere flächig) anliegt. Diese Flansch-Fläche kann mit dem Schaltungssubstrat verklebt werden. Der Flansch verhindert Schwingungen der Drosselspule gegenüber dem Schaltungssubstrat bzw. ein Verkippen der Drosselspule gegenüber dem Schaltungssubstrat. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass eine Bauhöhe der Drosselspule gegenüber der Oberfläche des Schaltungssubstrats besonders geringe Toleranzen aufweist.
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Die abisolierten Anschlüsse der Drosselspule können in einer gemeinsamen Ebene jeweils in radialer Richtung sternförmig von der Spule abgeführt werden. Mit anderen Worten sammeln sich die abisolierten Anschlüsse in einer gemeinsamen Ebene, welche parallel zu einer Oberfläche des Schaltungssubstrates liegt. Auf diese Weise kann auch die Vielzahl der Anschlussklammern eine identische Bauform und/oder eine identische Höhe über der Oberfläche des Schaltungssubstrates aufweisen. Eine Bauform der elektrischen Anordnung reduziert sich auf diese Weise abermals. Hierbei können die abisolierten Anschlüsse bzw. die Anschlussklammern insbesondere äquidistant zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten können zueinander benachbarte Anschlussklammern jeweils einen identischen Winkel zueinander aufweisen. Insbesondere können die abisolierten Anschlüsse zueinander einen Winkel von 45° aufweisen.
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Die hier vorliegend offenbarte elektrische Anordnung kann mit einfachen Leiterstücken vorgefertigt werden. Hierbei ist die Dimension der Teile auf die Stromtragfähigkeit sowie auf die Dämpfungseigenschaften anzupassen. Der spätere Verbau kann positionsorientiert und auf einem Standardträger (Schaltungssubstrat, Leiterplatte, vorumspritztes Stanzteil, o.ä.) erfolgen und vermeidet eine fädelnde Montage mit zwischengeschalteten Verbindungsprozessen. In der Endmontage kann die Drosselspule in eine zur Kühlung und Schirmung vorhandene Topfkonstruktion gefügt werden. Somit steckt dieses Bauteil in einer eigenen EMV-Zone, was sich vorteilhaft auf die Dämpfung auswirkt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Drosselspule zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Drosselspule gemäß 1 von unten;
- 3 die in 2 dargestellte Anordnung nach einem Ausrichten der durch das Auge des Spulenkerns geführten Leiter in radialer Richtung;
- 4 ein Schaltungssubstrat und eine geschnittene Darstellung durch eine Drosselspule gemäß 3 in Verbindung mit einem Schaltungssubstrat zur beidseitigen Montage der Drosselspule; und
- 5 eine perspektivische Darstellung der in 4 dargestellten Bauteile und Anordnung der abisolierten Leiterenden in zusätzlich dargestellten Anschlussklammern.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Drosselspule 4 mit vier elektrischen Leitern 5, welche beiderseits abisolierte Anschlüsse 6 aufweisen. Die Leiter 5 sind in auf der Stirnfläche der Kernbaugruppe 8 angeordnete Positionierungsstrukturen 9 eingelegt. Die Positionierungsstrukturen 9 sind als paarweise parallele Stege beiderseits der in radialer Richtung verlaufenden Abschnitte der Leiter 5 ausgestaltet. An der Kernbaugruppe 8 sind weiter zwei Positionierhilfen 10 angeordnet, welche in (nicht dargestellte) Ausnehmungen einer (nicht dargestellten) Platine eingreifen und eine Verdrehsicherung der Drosselspule 4 gegenüber der Platine verhindern.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Drosselspule 4 in einer Kopfüber-Ansicht. Auch für die in der darstellten Anordnung noch in koaxialer Richtung ausgerichtete Enden der Leiter 5 sind Positionierungsstrukturen 9 in Form von Stegen auf der gegenüberliegenden Stirnfläche vorgesehen.
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3 zeigt die in 2 dargestellte Drosselspule 4, nachdem die aus dem Auge 14 der Kernbaugruppe 8 emporragenden Leiter 5 in die durch die Stege 9 bereitgestellten Nuten gebogen und somit in einer radialen Ausrichtung angelangt sind. Die abisolierten Leiterenden 6 liegen nun sämtlich in einer Ebene, welche normal zu einer Achse durch das Auge 14 der Kernbaugruppe 8 verläuft.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Schaltungssubstrats 2, welches zwei zu den hervorstehenden Positionierhilfen 10 (2) korrespondierende Ausnehmungen 11 aufweist. Eine Anordnung der in geschnittener Darstellung dargestellten Drosselspule, welche auch einen Anschlag 16 aufweist, kann somit nur in einer Drehrichtung erfolgen. Zudem weist die Ausnehmung 12 Buchten für die außen an der Kernbaugruppe 8 verlaufenden Abschnitte der Leiter 5 auf. Hierdurch werden die Leiter 5 nach einem Einführen der Drosselspule 4 in die Ausnehmung 12 in dem Schaltungssubstrat 2 gesichert. Die Fügegeometrie (Gesamtheit der Ausnehmungen 11, 12 sowie der Buchten 15) im Schaltungssubstrat 2 bestimmt somit die Lage und Ausrichtung der Drosselspule 4 in ihrer Endlage. In der Endlage kann der Anschlag 16 mit der Oberfläche des Schaltungssubstrats 2 verklebt werden. Alternativ kann auch eine Rastnase an der Kernbaugruppe 8 angeordnet werden, welche eine (vorläufige oder endgültige) Festlegung der Drosselspule 4 im Schaltungssubstrat 2 ermöglicht.
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5 zeigt die in 4 dargestellten Bauteile nach einer Montage, wobei die abisolierten Anschlüsse 6 in Anschlussklammern 3 gehaltert werden. Die Anschlussklammer 3 weisen eine jeweilige Basis 32 mit einer ersten (größeren) Tiefe T auf, an welche sich an einander gegenüberliegenden Enden jeweilige Haltenasen 36 anschließen. Die Haltenasen 36 weisen distale Enden 35 auf, welche im Wesentlichen senkrecht auf einer Oberfläche des Schaltungssubstrats 2 stehen. Die Haltenasen 36 weisen eine Tiefe t auf, welche kleiner als die Tiefe T der Basis 32 ist. Die Haltenasen 36 krümmen sich zunächst über die jeweilige Basis 32, während ihre distalen Enden 35 in entgegengesetzte Richtung aufwärts gebogen sind, um die abisolierten Anschlüsse 6 festzuklemmen. Drei Anschlussklammern 3 sind mit exemplarischen Leiterbahnen 7 auf dem Schaltungssubstrat 2 verbunden. Der elektrische Übergangswiderstand zwischen den abisolierten Anschlüssen 6 und den Anschlussklammer 3 kann weiter verringert werden, indem Schweißelektroden auf die Haltenasen 36 aufgesetzt werden (und/oder an die distalen Enden 35 angesetzt werden) und ein Schweißstrom die Bauteile stoffschlüssig miteinander verbindet.
