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Elektrisches Gerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches
Gerät, insbesondere einen Spannungsregler für Generatoren, vorzugsweise für Lichtmaschinen
von--Fahrzeugen, mit Halbleiterbauelementen und sonstigen elektrischen Bauteilen,
deren Anschlüsse mit Leiterbahnen verbunden sind, welche im wesentlichen in einer
Ebene liegen. Aus der österreichischen Patentschrift 246.275 (Bosch R, 7940)-,
insbesondere Fig- 5 und 6, ist bereits ein Spannungsregier der genannten
Art beka nnt. Bei diesem Regler sind die Leiterbahnen als sogenannte gedruckte Schaltung
ausgebildet, auf die die einzelnen Bauelemente aufgelötet sind.
Diese
bekannte Anordnung liefert sehr zufriedenstellende Ergebnis'se; jedoch ist4ie Herstellung
teuer, besonders durch die Kosten für di6 gedruckte Schaltung.
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Mit der Erfindung wird hier eine Verbilligung und Vereinfachung der
Fertigung angestrebt.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem eingangs genannten
Gerät dadurch gelöst, daß mindestens -ein Teil der Bauteile und Halbleiterbauelemente
auf Leiterbahnen angeordnet sind, die in eine Blechplatte eingearbeitet sind. Mit
besonderem Vorteil Werden dabei die Leiterbahnen so ausgebildet, daß alle Leiterbahnen
mindestens an einen-Rand der Blechplatte angrenzen. Hierdurch wird eine äußerst
rationelle Fertigung ermöglicht, da alle Leiterbahnen von diesem Rand der Blechplatte
aus festgehalten werden können, bis die BauelementE eingelötet oder sonstwie befestigt
sind und die einzelnen Leiterbahnen dann gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal
der Erfindung durch diese Bauelemente zusammengehalten werden-. (Dies ist ohne weiteres
möglich; bei einem Ausführungsbeispiel ist z.B. die Blechplatte ein Messingblech
mit der Stärke 0,3 mm und den Außenmaßen 27 x 47 mm; die einzelnen
Leiterbahnen haben also nur ein sehr geringes Gewicht)., Weitere Merkmale der Erfindung
betreffen u.a. das Anordnen eines Kühlkörpers am Gerät, das Erleichtern des Tauchlötens
durch napfartige Vertiefungen in den Leiterbahnen, die Form der Leiterbahnen, die
Anordnung des Spannungsreglers in einem Bürstenhalter und ein besonders einfaches
Verfahren zur billigen Herstellung eines solchen Geräts.
Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den.im
folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines Blecbbandsg
in das nach Art einer Gitterplatte Leiterbahnen sowie Löcher eingearbeitet sind,
-Fig. 2 einen Schnitt längs der-Linie-II-II-der Fig. 1
Fig. 3 eine
Draufsicht auf ein mit elektronischen Bauelementen bestücktes Blechband, Fig- 4
eine Seitenansicht eines Teils des Blechbands der Fig. 3,
teilweise geschnitten
längs der Linie IV-IV der Fig. 5,
Fig- 5 e inen Schnitt, gesehen längs
der Linie V-V der Fig.
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Fig. 6 die Schaltung eines Spannungsreglers nach den Fig. 2
5,
Susammen mit Generator und Batterie,-Fig. 7 einen Ausschnitt aus
einem Generator, bei dem im Lagerschild ein Bürstenhal-ter ein-gebaut ist, der einen
Spannungsregler nach den Fig. 2 - 6 enthält, Fig. 8 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht des Bürstenhalters der Fig. 7, gesehen längs der
Linie VIII-VIII der Fig- 7
Fig. 9 einen Ausschnitt aus ei»er Bleeliplatte
für ein zweites Ausführungsbeispiel, und -
Fig.
10 eine raumbildliche Darstellung des Spannungsreglers nach den Fig.
1-6 in natürlicher Größe Fig. 1 zeigt in vergrößertem Maßstab einen
Blechstreifen 10, von dem nach Ablauf eines im folgenden noch beschriebenen
Bearbeitungsprozesses einzelne als Gitterplatten ausgebildete Felder 11, 111,
1111 längs Trennungslinien 8,
9 abgetrennt werden. Beim fertigen Regler
verbleibt von einem solchen Feld 11
nur das in Fig. 1 durch die Schraffuren
12 bis 15 umrandete Feld. Mit 12 und 13 sind dabei zwei Randstreifen
bezeichnet, und mit 14 und 15 Übergangsstreifen zu den angrenzenden Teilen
111 bzw. 1111 Im folgenden soll nur das Feld 11 betrachtet werden,
da die Felder 111 und lllf identisch aufgebaut sind.
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In das Feld 11 sind drei Au snehmungen 16, 17, 18 eingearbeitet.
Alle Ausnehmungen enden an mindestens zwei Stellen in den schraffierten Gebieten
und begrenzen dadurch insgesamt sieben einzelne Leiterbahnen 19 bis
26, von denen wie ersichtlich jede sich an mindestens einer Stelle bis zu
einem der schraffierten Gebiete 12 bis 15 erstreckt, also an den Rand der
Gitterplatte 11 in ihrem endgültigen Zustand angrenzt. Topologisch gesehen
bilden alle Leiterbahnen 19 - 26 ein einziges, über die s'chraffierten Gebiete
12 bis 15
zusammenhängendes Gebiet. Werjen diese schraffierten Gebiete entfernt,
so entstehen sieben einzelne, voneinander durch die drei Ausnehmungen
16 bis 18
getrennte Leiterbahnen, also sieben nicht zusammenhängende
Gebiete.
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Wie man sieht, enthält das Feld 11 vier im wesentlichen L-förmige
Leiterbahnen 20, 21 und 24, 25; bei diesen Leiterbahnen läuft wie ersichtlich
jeweils
mindestens ein Schenkel des L parallel zu demjenigen einer anderen Leiterbahn. Hierdurch
ergibt sich ein günstiger Aufbau, Die einzelnen Leiterbahnen 19 bis
26 sind mit napfartigen Vertiefungen versehen, die besonders gut aus Fig.
2 zu erkennen sind, wo vier solche.Vertiefungen 30 bis 33 im Schnitt
dargestellt sind." An ihrem Boden münden sie*Jeweils .in ein Loch, das entsprechend
dem Durchmesser des einzulötenden Drahts verschieden groß bemessen ist. Wie ersi,chtlich,
ist das Loch bei der Vertiefung 32 größer als dasjenige bei den Vertiefungen
30, 31 und 33. Die Form der Vertiefungen erleichtert sehr das maschinelle
Einführen von Drähten.
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Außerdem sind in der Leiterbahn 22-zwei rechteckförmige Ausnehmungen
34 und 35 vorge sehen, die zum Befestigen eines Kühlkörpers 36 dienen,
dessen Form am besten aus den Fig. 5 und 10 zu erkennen ist. Dieser
weise entsprechende Lappen auf., die durch die Ausnehmungen 34 und 35 gesteckt
und mit diesen verlötet werden.
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Die Fig. 3 - 6 zeigen die räumliche Anordnung der elektronischen
Bauelemente auf der Platte 11, und ihre elektrische Schaltung. Die Anschlüsse
der Bauelemente sind jeweils in eine der napfartigen Vertiefungen eingeführt, wie
das besonders gut die Fig. 4 und 5 zeigen. Die Figuren 3 bis
5 zeigen die Platte 11 in ihrer unbeschnittenen-Form, d.h. mit den
Randstreifen 12 und 13. Diese werden erst nach dem EinlÖten der einzelnen
Bauteile abgetrennt.
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Die aktiven Bauelemente, nämlich die npn-Transistoren 41, 42, 43 (vgl.
Fig. 6)
sind zusammen mit zwei Widerständen 44, 45 und einer Zenerdiode 46
in einem
Halbleitergehäuse 47 gemeinsam eingeschlosseng das.nur
vier elektrische Anschlüsse aufweist und auf dem Kühlkörper 36 angeordnet
istl durch den es mit der Leiterbahn 22 in Verbindung steht# Seine übrigen drei
Anschlüsse 48, 49, 50 sind mit den Leiterbahnen 21, 24 und 25 verbunden.
Sie stützen gleichzeitig mechanisch den Kühlkörper 36 gegen diese drei Leiterbahnen'ab.
Das Halbleitergehäuse 47 ist also in sehr vorteilhafter Weise mit vier von den acht
Leiterbahnen mechanisch direkt verbunden. Diese sind gleichzeitig die vier größten
iieiterbahnen, so daß also die gesamte Reglerstruktur im wesent.#.-liehen bereits
durch diese Verbindungen zusammengehalten wird.
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Zur Temperaturkompensation sind ferner zwei Dioden 51, 52 vorgesehen,
von dänen die eine zwischen den Leiterbahnen 25 und 20 und die andere zwischen
den Leiterbahnen 20 und 19 angeordnet ist.. Ferner ist ein Rückführwiderstand
53-(DBP 1.053.628y zwischen den Leiterbahnen 19 und 21 angeordnet. Eine Diode
54 liegt zwise-hen den Leiterbahnen 21 und 26 und damit parallel zu den-Anschlüssen
D+ und DF. Letzterer Anschluß ist (vgl. Fig. 5) als abgebogenes Teil des
Kühlkörpers 36 ausgebildet, das etwa senkrecht von diesem absteht. Der Kühlkörper
36 selbst ist in Fig. 3 ebenso wie das Halbleitergehäuse 47 mit seinen
Umrißlinien strichpunktiert eingezeichnet.
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Zwischen den Leiterbahnen 24 und 26 ist ein Widerstand
55 befestigt, zwischen den Leiterbahnen 23 und 26 ein Widerstand
56, zwischen den Leiterbahnen 19
und 23 ein Widerstand
57, und zwischen den Leiterbahnen 19 und 21 ein Widerstand
58. Schließlich liegt ein Kondensator 59 zwischen der Leiterbahn
23
und der Leiterbahn 21.
An die Leiterbahn 21 ist-eine Anschlußleitung
für die Verbindung D- und an die Le4terbahn 26 eine Anächlußleitung
für die Verbindung D+ angeschlossen. -
Der Widerstand 57 wird durch
Abschleifen seines Widerstan6sbelags auf d-en gewunschten Spannungswert eingestellt.
Der Spannungsregler dient zum Regeln der Ausgangsspannung eines Generators mit Nebenschluß-Feldwicklung.
In-Fig. 6 ist ein - Drehstromgenerator 63 mit drei Phasenwicklungen
64 dargestellt2 der über einen Drehstrom-Brückengleichrichter 65 (groß -gezeichnete
Dioden) eine Batterie 66 speist und über drei Gleichrichter 67 den
Spannungsregler und seine über Bürsten und.Schleifringe 68,69 angedchlossene
Feldwicklung 70 speist, Der Strom über die Transistoren 41 und 42 zur Feldwicklung
70 wird in bekannter Weise (DBP 1.053.628) periodisch unterbrochen und wieder'eing-eschaltet,
so daß die Ausgangsspannung des Generators-63 im wesentlichen konstant bleibt. Zum
Anfahren dienen in bekannter Weise ein Zündschalter 74 und eine Ladekontrollampe
75.
Fig. 4 zeigt die Blechplatte 11 mit den Randstreifen 12 und
13, aber abgetrennt von den Übergangsstreifen 14 und 15-
Fig.
10 schließlich zeigt die Blechplatte in etwa natürlicher Größe und in ihrem
einbaufertigen Zustand, in dem nach Abtrennen der Randstreifen 12 und
13 die einzelnen Leiterbahnen 19 bis 26 durch Luft voneinander
isoliert sind. Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Regler nach den Fig.
3-6 nach seinem Einbau
in einen Bürstenhalter 76.
Bei der Darstellung nach diesen beiden Figuren ist der Bürstenhalter von außen in
eine Öffnung im Lagerschild des Generators 63 eingesetzt und mit zwei Schrauben
63, 84 an diesem befestigt.
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Beim Einbau des Reglers in den Bürstenhalter 76 geht man wie
folgt vor: Iweine Ausnehmung 77 des Bürstenhalters 76 wird der-auf
d,er Gitterplatte 11
angeordnete Regler eingesetzt, wobei die Anschlußleitungen
D+, DF und D- durch Kanäle im Bürstenhalter 76 nach außen geführt
sind. Die Fahne DF ist wie ersichtlich mit der Bürste 69 und die Leitung
D+ mit einem Messerkontakt 78
und der Bürste 68 verbunden. Der Messerkontakt
78 greift in eine nicht dargestellte Anschlußklemme am Generator
63 ein, indes die Leitung D- über eine Kabelklemme 79 mit Masse
verbunden ist. (Statt der Leitung D- kann auch ein Teil der Gitterplatte
11 verwendet werden, das ebenso wie die Fahne DF hochgebogen ist).
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Nach dem Einbau des Reglers in den Bürstenhalter 76 wird die
Ausnehmung 77
mit einem Kunstharz vergossen. Dieses durchdringt besonders
leicht die_ vielen Ausnehmungen der Gitterplatte 11, wodurch eine Blasenbildung
im Harz sicher vermieden wird. Auch ist die Gitterplatte 11 - im Gegensatz
zu einer Hartstoffplatte mit aufgedruckten Kupferleitern - gegen mechanische
Spannungen völlig unempfindlich,, die im Kunstharz beim Aushärten entstehen können.
Um ein Auslaufen des Kunstharzes an den Kanälen für die Leitungen D+, DF und
D- zu verhindern, sind dort kleine Filzstreifen, 81, 82 eingelegt,
durch die diese Leitiingen beim Einlegen durchgrestochen werden. Diese Filzstreifen
61, 82 dichten dann die Kanäle im Bürstenhalter 76 sehr gut ab. Dieses
einfache Hilftmittel ist sehr vorteilhaft und hat sich sehr bewährt.
Herstellung
des Spannungsreglers:
Zunächst werden an einem Band der in F ig. 1 dargestellten
Art die dort gezeigten Ausnehmungen 16, 17, 18 und die napfartigen Vertiefungen
(z.B. 30
bis'33) durch Stanzen bzw. Prägen herausgearbeitet. Dann werden die'
einzelnen Bauelemente, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, einschließlich
des Kühlkörpers 36 und des Halbleitergehäuses 47 eingesetzt, (vorzugsweise
maschinell) und die Anschlüsse werden im Tauchbad verlötet, so daß diese Bauelemente
und der Kühlkörper 36 mechanisch und elektrisch mit der Gitterplatte
11 verbunden sind. Darauf werden die einzelnen Gitterplatten 11 durch
Wegstanzen oder Wegschneiden der Gebiete 14, 15 voneinander getrennt und
schließlich werden auch die Randstreifen 12, 13 in geeigneter Weise weggeschnitten,
z.B. durch-Schneidmesser (Die letztgenannten beiden Arbeitsgänge können auch vertauscht
werden). Der fertige Spannungsregler wird jetzt elektrisch auf die gewünschte Spannung
abgeglichen und dann in den Bürstenhalter 76 eingesetzt und-dort mit Kunstharz
vergossen.
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Bei der Lösung nach Fig. 9 müssen nicht die gesamten Randstreifen
abgeschnitten werden. Vielmehr genügt das Abschneiden der Stege 80. Eine
zweckmäßige Form des Schneidwerkzeugs ist mit strichpunktierten Linien angedeutet.
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Das beschriebene Stanzgitter ermöglicht einen einfachen, rationellen,
in der Qualität verbesserten Aufbau des Reglers. Die Fertigungskosten für die Gitterplatte
betragen nur einen Bruchteil der Kosten für eine gedruckte Schaltung, da für die
Herstellung Stanzautomaten mit hoher Leistung'verwendet werden können.
Das
Anprägen der als Lötinseln dienenden napfartigen Vertiefungen erleichtert das Einsetzen
der Bauelemente, da diese Vertiefungen gleichzeitig als Führung wirken. Gleichzeitig
wird das automatisierte Löten erleichtert.
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Da die Gitterplatte nach dem Löten nur noch an ihren Rändern beschnitten
werden muß, kann sie vor dem Löten mit Bauelementen bereits vollständig überdeckt
werden. Deshalb ist ein raumsparender Aufbau (vgl. Fig. 10) möglich. Die
Gitterplatte 11 wirkt gleichzeitig auch als Kühlorgan und führt die Wärme
von den Bauelementen gut ab. Nach dem Eingießen in Kunstharz liegt sie wie dargestellt
kurz unter.der Oberfläche des Kunstharzes, so daß die Wärme aus diesem leicht abgeführt
werden kann.
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Der Einbau aller aktiven Halbleiterbauelemenie in ein gemeinsames
Halbleitergehäuse schützt diese Halbleiterbauelemente in besonders vorteilhafter
Weise vor den mechanischen Spannungen, die im Kunstharz bei dessen Aushärten zu
entstehen pflegen und erlaubt eine sehr einfache Kühlung durch einen einzelnen Kühlkörper.
Auch wird hierdurch die Herstellung der Gitterplatte sehr erleichtert, da diese
nur noch wenige Leiterbahnen enthalten muß.