DE19831458B4

DE19831458B4 - Elektrischer Schalter, insbesondere für ein Akku-Elektrowerkzeug

Info

Publication number: DE19831458B4
Application number: DE19831458A
Authority: DE
Inventors: Peter Broghammer
Original assignee: Marquardt GmbH
Current assignee: Marquardt GmbH
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: DE19831458A1

Abstract

Elektrischer Schalter für einen Elektromotor (11), insbesondere für ein akkubetriebenes Elektrowerkzeug, mit einem Gehäuse (2), in dem wenigstens ein Kontaktsystem (14, 15) mit einem Betätigungsorgan (3) zur schaltenden Einwirkung auf das Kontaktsystem (14, 15), eine Steuerelektronik (27) zur Drehzahleinstellung des Elektromotors (11), und ein von der Steuerelektronik (27) angesteuerter Leistungshalbleiter (28) zur Steuerung des Motorstroms für die Drehzahleinstellung des Elektromotors (11) angeordnet sind, wobei der Schalter einen teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Kühlkörper (36) und eine mit einem Bauelementgehäuse (41) versehene Freilaufdiode (39) zum Abbau der im Elektromotor (11) aufgrund dessen Induktivität gespeicherten Energie sowie zum Schutz des Leistungshalbleiters (28) aufweist, und wobei der Leistungshalbleiter (28) in thermischen Kontakt mit dem im Gehäuse (2) angeordneten Teil des Kühlkörpers (36) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufdiode (39) in direkten thermischen Kontakt mit dem außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Teil des Kühlkörpers (36) steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige elektrische Schalter werden in Elektrowerkzeugen verwendet und dienen zur manuellen Betätigung des Elektrowerkzeugs durch den Benutzer. Im Gehäuse des Schalters können elektronische Bauteile zur Ansteuerung weiterer Funktionen, wie der Drehzahlsteuerung, untergebracht sein. Insbesondere bei Elektromotoren für Elektrowerkzeuge, die mittels eines Akkus betrieben werden, ist aufgrund der hohen fließenden Ströme dafür zu sorgen, daß die im Schalter entstehende Wärme nach außen abgeführt wird.
Ein solcher elektrischer Schalter für ein Akku-Elektrowerkzeug ist aus der DE 195 08 925 A1 oder auch der DE 41 14 854 A1 bzw. der EP 0 512 316 A2 bekannt. Im Gehäuse des Schalters sind Kontaktsysteme angeordnet, auf die mittels eines Betätigungsorgans schaltend eingewirkt werden kann. Weiter befindet sich im Gehäuse eine Steuerelektronik, die einen Leistungshalbleiter zur Steuerung des Motorstroms für die Drehzahleinstellung des Elektromotors ansteuert. Für die Umwandlung der im Elektromotor gespeicherten magnetischen Energie in elektrische Energie sowie zum Schutz des Leistungshalbleiters besitzt der Schalter eine Freilaufdiode, die im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Um die im Leistungshalbleiter entstehende Wärme nach außen abzuführen, ist das Gehäuse mit einem wenigstens zum Teil außerhalb des Gehäuses befindlichen Kühlkörper versehen, wobei der Leistungshalbleiter in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper steht.
Ein weiterer derartiger elektrischer Schalter für ein Akku-Elektrowerkzeug ist aus der DE 40 38 786 A1 bzw. DE 40 38 787 C2 bekannt. Im Gehäuse des Schalters befindet sich ein Keramiksubstrat zur Aufnahme der Steuerelektronik, wobei der Leistungshalbleiter und die Freilaufdiode ungehäust in Chipform auf dem Keramiksubstrat im Inneren des Gehäuses angeordnet sind. Das Keramiksubstrat liegt an einem Kühlkörper an, der in einem Gehäusedurchbruch aus dem Gehäuse des Schalters herausragt. Der Leistungshalbleiter und die Freilaufdiode stehen somit über das Keramiksubstrat mit dem Kühlkörper in thermischen Kontakt.
Schließlich zeigen die DE 197 22 709 A1 , EP 0 213 830 B1 und die US 4 719 395 noch weitere elektrische Schalter für Elektrowerkzeuge, die einen im Gehäuse angeordneten Leistungshalbleiter aufweisen. Ebenso ist aus der DE 44 16 460 A1 ein Kraftfahrzeug-Steuergerät mit einem in einem Gehäuse befindlichen, wärmeerzeugenden elektrischen Bauelement sowie aus der DE 39 29 427 A1 eine Kraftfahrzeug-Gleichrichtereinrichtung mit im Gehäuse befindlichen Dioden bekannt, wobei das Bauelement und die Dioden auf einem Kühlkörper angeordnet sind. Die Befestigung eines Halbleiterbauteils durch Verschrauben mit dem Kühlkörper ist in der Literaturstelle Steinberg, D. S., Cooling Techniques for Electronic Equipment, John Wiley & Sons, US, 1991, S. 88, 89 gezeigt.
Bei Elektromotoren, die zur Erhöhung der Leistung mit großen Akku-Spannungen arbeiten, fließen entsprechend hohe Ströme. Es hat sich nun herausgestellt, daß dabei an der Freilaufdiode eine derartig hohe Verlustwärme entsteht, die nur noch ungenügend aus dem Inneren des Gehäuses abgeführt werden kann. Dadurch besteht die Gefahr, daß der Schalter vorzeitig zerstört wird. Im Gegensatz zu der am Leistungshalbleiter entstehenden Verlustwärme, die entsprechende Probleme bereiten kann, ist dieses Problem bei einem elektrischen Schalter bisher nicht weiter beachtet worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Schalter so weiterzuentwickeln, daß dieser für hohe Ströme geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Am Gehäuse des Schalters befindet sich ein teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses angeordneter Kühlkörper zur Ableitung der im Schalter entstehenden Wärme. Das Bauelementgehäuse der Freilaufdiode steht in unmittelbaren direkten thermischen Kontakt mit dem außerhalb des Gehäuses angeordneten Teil des Kühlkörpers, wozu die Freilaufdiode mechanisch am Kühlkörper befestigt sein kann. Dadurch stellt die mechanische Verbindung gleichzeitig die thermische Verbindung sowie gegebenenfalls eine elektrische Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Bauelement her. Die mechanische Befestigung der Freilaufdiode erfolgt durch Einpressen, Löten, Schweißen, Klemmen, Verschrauben o. dgl. am Kühlkörper.
In einer Weiterbildung besitzt das Bauelementgehäuse eine Fläche, die aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer, Messing oder einem sonstigen Metall besteht. Diese Fläche des Bauelementgehäuses liegt am Kühlkörper an. Bevorzugterweise ist hierzu diese Fläche des Bauelementgehäuses mittels einer Preßverbindung am Kühlkörper befestigt. Um eine gute Haftung der Fläche am Kühlkörper zu erzielen, kann die Fläche am Bauelementgehäuse mit einer Rändelung versehen sein.
Im Gehäuse kann ein Gehäusedurchbruch befindlich sein, der von dem an der Außenseite des Gehäuses angeordneten Kühlkörper überdeckt ist. Der Leistungshalbleiter ist im Gehäusedurchbruch angeordnet und steht dort mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt. Die Freilaufdiode ist außerhalb des Gehäuses am Kühlkörper befestigt.
Am Gehäuse ragen elektrische Anschlüsse zur Verbindung des Schalters mit dem positiven und negativen Pol einer Spannungsquelle für den Betrieb des Elektromotors sowie weitere elektrische Anschlüsse zur Verbindung des Schalters mit dem Elektromotor heraus. Die Kathode der Freilaufdiode ist mit dem Anschluß, der zum positiven Pol der Spannungsquelle führt, verbunden. Die Anode der Freilaufdiode ist über das Bauelementgehäuse mit dem Kühlkörper elektrisch verbunden, wobei der Kühlkörper mit einem der Anode der Freilaufdiode entsprechenden Potential spannungsführend ist.
Zur elektrischen Verbindung der Kathode der Freilaufdiode mit dem Anschluß am Gehäuse kann ein Draht verwendet werden, der am Anschluß gelötet, geschweißt oder geklemmt ist. Zum Prüfen der Funktionsfähigkeit des Schalters nach der Montage reicht eine derartige Klemmverbindung des Drahtes am Anschluß bereits aus. Wenn später der Schalter im Elektrowerkzeug montiert und die Kabel für die elektrischen Zuleitungen an den Anschlüssen angelötet werden, wird gleichzeitig dieser Draht für die Freilaufdiode ohne zusätzlichen Aufwand verlötet. Ebensogut kann die elektrische Verbindung zum Anschluß durch ein Blech-Stanz-Biegeteil hergestellt werden, wobei das eine Ende des Blech-Stanz-Biegeteils am Kathoden-Anschluß der Freilaufdiode angeschweißt oder angelötet ist. Das andere Ende ist in der Art einer Steckklemme ausgebildet und am Anschluß angesteckt. Falls gewünscht kann dann die Steckklemme auch noch zusätzlich am Anschluß verlötet sein.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist das Bauelementgehäuse als topfförmiges, in etwa zylindrisches Gehäuse ausgebildet. Am Boden des Gehäuses ist ein eine Rändelung besitzender, absatzförmiger Rand angeordnet, dessen Höhe ungefähr der Dicke des Kühlkörpers entspricht. Im Kühlkörper befindet sich eine Ausnehmung mit einem dem Boden entsprechenden Querschnitt, so daß das Bauelementgehäuse mit dem Boden in die Ausnehmung mit einer Preßverbindung einsetzbar ist. Dabei steht der absatzförmige Rand in direktem Kontakt mit der Wandfläche der Ausnehmung und die an den absatzförmigen Rand anschließende Ringfläche liegt an dem die Ausnehmung umgebenden Bereich des Kühlkörpers an. Falls gewünscht, können sowohl die Freilaufdiode als auch der Leistungshalbleiter ein solches Bauelementgehäuse besitzen und mittels einer Preßverbindung am Kühlkörper befestigt sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine sichere Abführung der an der Freilaufdiode entstehenden Verlustwärme erzielt wird. Damit wird einer vorzeitigen Zerstörung des Schalters vorgebeugt. Der Schalter läßt sich auch bei höheren Strömen als bisher verwenden und ist für Akku-Spannungen von beispielsweise 36 V oder auch mehr geeignet. Dadurch wird der Einsatzbereich des Schalters beträchtlich erweitert.
Die Freilaufdiode ist einfach zu montieren, beispielsweise durch Einpressen am Kühlkörper. Die mechanische Verbindung der Freilaufdiode am Kühlkörper kann gleichzeitig die elektrische Verbindung zur Anode der Freilaufdiode herstellen. Für die elektrische Verbindung zur Kathode der Freilaufdiode kann ein Stanz-Biege-Teil verwendet werden, das lediglich an einem elektrischen Anschluß des Schalters angeklemmt wird. Dadurch wird eine einfache Montage des Schalters erzielt, die sich automatisieren läßt. Somit werden die Herstellkosten für den elektrischen Schalter erniedrigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen elektrischen Schalter für ein Akku-Elektrowerkzeug in Seitenansicht, wobei die Freilaufdiode in einer ersten Ausführung dargestellt ist,
2 eine Ansicht des elektrischen Schalters in Richtung II aus 1, wobei die Freilaufdiode in einer zweiten Ausführung gezeigt ist,
3 einen Längsschnitt entlang der Linie 3-3 aus 2 mit der Freilaufdiode wiederum in der ersten Ausführung,
4 eine Ansicht des elektrischen Schalters in Richtung IV aus 1, teilweise im Schnitt, mit der Freilaufdiode in der zweiten Ausführung,
5 die Freilaufdiode und den Kühlkörper gemäß der zweiten Ausführung in perspektivischer Darstellung und
6 die Freilaufdiode und den Kühlkörper gemäß der ersten Ausführung in perspektivischer Darstellung.
Ein elektrischer Schalter 1 zur Drehzahlsteuerung von Elektromotoren ist in 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Schalter 1 kommt insbesondere in Akku-Elektrowerkzeugen mit einem Gleichstrommotor, wie beispielsweise Bohrmaschinen, Elektroschrauber o. dgl., zur Verwendung.
Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2, an dessen Unterseite in 1 und 2 gezeigte elektrische Anschlüsse 8, 8' herausragen. Der elektrische Anschluß 8 ist mit dem negativen Pol und der elektrische Anschluß 8' mit dem positiven Pol einer schematisch angedeuteten, aus einem Akku 10 bestehenden Spannungsquelle verbunden. An der Oberseite des Gehäuses 2 ragen weitere elektrische Anschlüsse 9 heraus, die zur Verbindung des Schalters 1 mit dem lediglich schematisch eingezeichneten Elektromotor 11 dienen.
Am Gehäuse 2 ist ein als Drücker ausgebildetes, bewegbares Betätigunsorgan 3 mit einem daran befestigten, ins Innere des Schalters 1 führenden Betätigungsstößel 4 angeordnet. Das Betätigungsorgan 3 kann manuell in Richtung des Pfeiles 5 gegen eine in 3 gezeigte Druckfeder 6 bewegt werden, so daß es nach Loslassen wieder in die Ausgangsstellung entsprechend dem Pfeil 5' zurückkehrt. Mit Hilfe des Betätigungsorgans 3 wird der Elektromotor 11 eingeschaltet und je nach Stellung des Betätigungsorgans 3 die Drehzahl des Elektromotors 11 reguliert. Weiter ist mittels eines Betätigungshebels 7 die Drehrichtung des Elektromotors 11 zwischen Rechts- und Linkslauf umschaltbar.
Wie in 3 näher zu sehen ist, geht im Inneren des Gehäuses 2 vom ersten Anschluß 8 einstückig eine Kontaktschiene 12 ab, die zu zwei im Gehäuse 2 befindlichen Kontaktsystemen 14, 15 führt. Im Gehäuse 2 des Schalters 1 ist weiter ein als Polwendeschalter für den Elektromotor 11 ausgebildetes Kontaktsystem 16 zur Umschaltung der Drehrichtung des Elektromotors 11 angeordnet. Das Kontaktsystem 15 steht mit einem Lagerblech 17 in Verbindung, von dem wiederum eine Kontaktbahn 18 zum Kontaktsystem 16 verläuft. Vom zweiten Anschluß 8' geht eine weitere Kontaktschiene 13 ab, die durch das Gehäuse 2 zum Kontaktsystem 16 führt. Vom Kontaktsystem 16 gehen schließlich die Anschlüsse 9 für den Elektromotor 11 ab.
Die Kontaktsysteme 14, 15 bestehen jeweils aus einem mit der Kontaktschiene 12 in Verbindung stehenden Festkontakt 19 und einem in einem Schneidenlager 21 drehbaren Schaltkontakt 20, der mittels einer Zugfeder 22 in Schließrichtung mit einer Kraft beaufschlagt ist. Auf den Schaltkontakt 20 der Kontaktsysteme 14, 15 wirkt das Betätigungsorgan 3 mittels an einem Ansatz 24 des Betätigungsstößels 4 befindlicher Nocken 23 ein, wobei lediglich der auf das Kontaktsystem 15 einwirkende Nocken zu sehen ist. Der auf das Kontaktsystem 14 einwirkende Nocken liegt hingegen verdeckt und ist daher in 3 nicht sichtbar. Durch den Nocken 23 an dem Ansatz 24 wird der Schaltkontakt 20 bei unbetätigtem Betätigungsorgan 3 in zwangsweise geöffneter Stellung gehalten, indem der Nocken 23 auf das eine Ende des Schaltkontakts 20 einwirkt, womit die Kontaktverbindung zwischen dem anderen Ende des Schaltkontakts 20 und dem Festkontakt 19 geöffnet ist. Wird das Betätigungsorgan 3 in Richtung des Pfeiles 5 bewegt, so gibt an einer bestimmten Betätigungsstellung des Betätigungsorgans 3 der Nocken 23 das eine Ende des Schaltkontakts 20 frei, wodurch die Zugfeder 22 das andere Ende des Schaltkontakts 20 an den Festkontakt 19 zieht, so daß die elektrische Verbindung dann geschlossen ist. Folglich ist über die Geometrie des jeweiligen Nockens 23 die Stellung des Betätigungsorgans 3 bestimmt, bei der das zugehörige Kontaktsystem 14, 15 schließt oder öffnet.
Die Kontaktschiene 13 ist so ausgebildet, daß diese sowie ein am Lagerblech 17 befestigter Kontaktarm 25 eine Kontaktstelle für eine am Ansatz 24 des Betätigungsstößels 4 angeordnete Kontaktbrücke 26 bilden. Befindet sich das Betätigungsorgan 3 in der in 3 gezeigten, unbetätigten Stellung, so schließt die Kontaktbrücke 26 den Elektromotor 11 über die Kontaktschiene 13 und den Kontaktarm 25 kurz und bewirkt damit eine Bremsung des Elektromotors 11.
Wie weiter aus 4 hervorgeht, befindet sich im Gehäuse 2 eine Steuerelektronik 27, die auf einer Leiterplatte 29 angeordnet ist, sowie ein zugehöriger Leistungshalbleiter 28, beispielsweise ein MOS-FET. Weiter befindet sich im Inneren des Gehäuses 2 in einer in 3 sichtbaren Aufnahme 30 am Ansatz 24 des Betätigungsstößels 4 ein Schleifer 31. Dieser Schleifer 31 gleitet mit einem Ende auf einer auf der Leiterplatte 29 befindlichen Widerstandsbahn 32, womit der Schleifer 31 und die Widerstandsbahn 32 ein Potentiometer bilden. Der Leistungshalbleiter 28 ist mit seinen Anschlüssen 33 ebenfalls auf der Leiterplatte 29 angeordnet und besitzt eine Kühlfahne 34, die gleichzeitig als weiterer Anschluß des Leistungshalbleiters 28 für den zu steuernden Motorstrom dient. Die Kühlfahne 34 ist wiederum über ein als Verbindungssteg ausgebildetes Trägerteil 35 mit dem Lagerblech 17 elektrisch leitend verbunden. Vom Lagerblech 17 führt die in 3 gezeigte Kontaktbahn 18, wie bereits erwähnt, weiter zum Kontaktsystem 16 des Umschalters für die Drehrichtung des Elektromotors 11.
Nähere Einzelheiten zur Drehzahlsteuerung des Elektromotors 11 lassen sich aus den 3 und 4 entnehmen. Durch entsprechende Ausgestaltung der Nocken 23 schaltet nun bei Bewegung des Betätigungsorgans 3 in Richtung des Pfeils 5 zunächst das Kontaktsystem 14, womit die Spannungsversorgung vom Akku 10 für die Steuerelektronik 27 eingeschaltet wird. Durch Bewegung des Betätigungsorgans 3 wird der Schleifer 31 linear auf der Widerstandsbahn 32 bewegt und damit die Stellung des Potentiometers verändert. Der der jeweiligen Stellung des Potentiometers entsprechende elektrische Widerstand, der somit in Korrelation zu der jeweiligen Stellung des Betätigungsorgans 3 steht, dient als Sollwert für die Drehzahleinstellung und -regelung des Elektromotors 11. Entsprechend diesem Sollwert wird der Leistungshalbleiter 28 durch eine Puls-Weiten-Modulation von der Steuerelektronik 27 angesteuert. Dadurch fließt ein vom Leistungshalbleiter 28 gesteuerter Motorstrom, der für die Bewegung des Elektromotors 11 entsprechend der eingestellten Drehzahl benötigt wird, vom Akku 10 über die Kontaktschiene 13 und das Kontaktsystem 16 zum Elektromotor 11. Vom Elektromotor 11 fließt der Motorstrom dann über das Kontaktsystem 16, die Kontaktbahn 18, das Lagerblech 17, das Trägerteil 35, den Leistungshalbleiter 28 und das Kontaktsystem 14 zur Kontaktschiene 12 und von dort wieder zurück zum Akku 10.
Bei vollständig in Richtung 5 eingedrücktem Betätigungsorgan 3 wird das auf dem Lagerblech 17 angeordnete Kontaktsystem 15 von dem Nocken 23 geschaltet, so daß die Steuerelektronik 27 mitsamt dem Leistungshalbleiter 28 über das Kontaktsystem 15 überbrückt ist. Dadurch fließt der maximale Motorstrom für Vollast direkt vom Kontaktsystem 16 des Umschalters für die Drehrichtung des Elektromotors 11 zur Kontaktbahn 18 und von dort über das Kontaktsystem 15 zur Kontaktschiene 12. Der übrige Pfad für den Motorstrom entspricht dem bereits erläuterten Strompfad.
Insbesondere bei Elektromotoren 11 mit großer Leistung fließt ein hoher Motorstrom über den Leistungshalbleiter 28. Um einen sicheren Betrieb des Leistungshalbleiters 28 zu gewährleisten, ist der Leistungshalbleiter 28 an einem rechteckförmigen Gehäusedurchbruch 37 des Gehäuses 2 angeordnet, wie der 4 näher zu entnehmen ist. Ein aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium o. dgl., bestehender Kühlkörper 36 befindet sich an der Außenseite des Gehäuses 2 und besitzt damit wenigstens einen außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen Teil. Der Kühlkörper 36 überdeckt den Gehäusedurchbruch 37 und ist mittels einer Schraube 38 am Trägerteil 35 befestigt. Der Leistungshalbleiter 28 steht mit dem Kühlkörper 36 in thermischem Kontakt, indem die Kühlfahne 34 wärmeleitend an dem Kühlkörper 36 anliegt. Zur Abführung der während des Betriebs des Elektromotors 11 im Inneren des Gehäuses 2 entstehenden Wärme an die Umgebung, beispielsweise der im Kontaktsystem 14, 15 erzeugten Wärme, ist das Lagerblech 17 über das stromführende und wärmeleitende Trägerteil 35, das bis an die Kühlfahne 34 des Leistungshalbleiters 28 heranreicht, mit dem Kühlkörper 36 verbunden.
Zum Abbau der im Elektromotor 11 aufgrund dessen Induktivität gespeicherten Energie sowie gegebenenfalls zum Schutz des Leistungshalbleiters 28 besitzt der Schalter 1 eine Freilaufdiode 39. Die Freilaufdiode 39 besitzt ein Bauelementgehäuse 41 (siehe 5). Aufgrund der über den Schalter 1 fließenden, hohen Motorströme bei höheren Leistungen des Elektromotors 11 entsteht jedoch auch an der Freilaufdiode 39 eine beträchtliche Verlustwärme. Um eine Zerstörung der Freilaufdiode 39 aufgrund dieser Wärme zu verhindern, ist erfindungsgemäß die Freilaufdiode 39 bevorzugterweise außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und das Bauelementgehäuse 41 steht wenigstens teilweise in direktem und unmittelbarem thermischen und/oder elektrischen Kontakt mit dem Kühlkörper 36. Insbesondere steht das Bauelementgehäuse 41 in Kontakt mit dem außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen Teil des Kühlkörpers 36. Im folgenden sollen verschiedene Ausbildungen einer derartigen Anordnung für die Freilaufdiode 39 näher beschrieben werden, wobei sich eine entsprechende Anordnung außerhalb des Gehäuses 2 selbstverständlich auch für den Leistungshalbleiter 28 zur verbesserten Wärmeabfuhr anbieten kann.
Die Freilaufdiode 39 ist mechanisch am Kühlkörper 36 befestigt. In einer Ausführung, die in den Zeichnungen jedoch nicht weiter dargestellt ist, ist die Freilaufdiode im Gehäusedurchbruch 37 wie der Leistungshalbleiter 28 angeordnet und dort am Kühlkörper 36 befestigt. In einer weiteren Ausführung, die aus Platzgründen bevorzugt ist, ist die Freilaufdiode 39 außerhalb des Gehäuses 2 am Kühlkörper 36 befestigt. Das Bauelementgehäuse 41 besteht wenigstens zum Teil aus Metall, wobei dieser Teil in Kontakt mit dem Kühlkörper 36 steht. Die Befestigung der Freilaufdiode 39 kann durch Löten, Schweissen, Klemmen, Verschrauben, Einpressen oder eine ähnliche Befestigungsmethode am Kühlkörper 36 erfolgen. Diese mechanische Verbindung am Kühlkörper 36 stellt dann gleichzeitig die gewünschte thermische Verbindung zwischen dem Kühlkörper 36 und dem Bauelementgehäuse 41 her, so daß zweckmäßigerweise die mechanische Verbindung zwischen der Freilaufdiode 39 und dem Kühlkörper 36 mit einer möglichst großen Fläche erfolgt.
Gegebenenfalls kann zur Vereinfachung der Stromführung am Schalter 1 die mechanische Verbindung der Freilaufdiode 39 am Kühlkörper 36 auch noch zusätzlich als elektrische Verbindung ausgestaltet sein. In diesem Fall ist der Kühlkörper 36 derart an die Stromführung im Schalter 1 angeschlossen, daß dieser mit einem der Anode der Freilaufdiode 39 entsprechenden Potential spannungsführend ist. Es handelt sich dabei um dasselbe Potential, das auch an der Kühlfahne 34 des Leistungshalbleiters 28 herrscht. Die elektrische Verbindung vom Kühlkörper 36 mit der Anode der Freilaufdiode 39 ist dabei über das Bauelementgehäuse 41 hergestellt. Weiter ist die Kathode der Freilaufdiode 39 mit dem elektrischen Anschluß 8', der zum positiven Pol des Akkus 10 führt, elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung kann mittels eines von der Kathode der Freilaufdiode 39 abgehenden Drahtes 40 gebildet sein, wie in 3 oder 6 zu sehen ist, wobei der Draht 40 am elektrischen Anschluß 8' gelötet, geschweißt oder geklemmt ist.
Wie beispielsweise in 5 zu sehen ist, weist das Bauelementgehäuse 41 wenigstens eine Fläche 42 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf. Als Materialien eignen sich beispielsweise Kupfer, Messing oder sonstige Metalle. Diese Fläche 42 mit guter thermischer Leitfähigkeit liegt an einer korrespondierenden Fläche 43 am Kühlkörper 36 an. Zur Befestigung der Fläche 42 am Kühlkörper 36 bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Beispielsweise kann die Fläche 42 des Bauelementgehäuses 41 mittels einer Lötverbindung am Kühlkörper 36 befestigt sein. Besonders bevorzugt für die mechanische Befestigung der Freilaufdiode 39 am Kühlkörper 36 ist das Einpressen des Bauelementgehäuses 41 in den Kühlkörper 36, indem das Bauelementgehäuse 41 der Freilaufdiode 39 mittels einer Preßverbindung zwischen den Flächen 42 und 43 am Kühlkörper 36 befestigt ist. Die Preßverbindung stellt somit zugleich die mechanische, elektrische und thermische Verbindung zwischen der Freilaufdiode 39 und dem Kühlkörper 36 sicher. Die für die Preßverbindung vorgesehene Fläche 42 am Bauelementgehäuse 41 oder auch umgekehrt die Fläche 43 am Kühlkörper 36 kann mit einer Rändelung 44 versehen sein, um den Preßsitz noch zu verbessern.
Eine Weiterbildung des Bauelementgehäuses 41, das besonders für eine derartige Preßverbindung geeignet ist, läßt sich ebenfalls aus 5 oder 6 entnehmen. Das Bauelementgehäuse 41 ist topfförmig aus Metall ausgebildet und besitzt eine in etwa zylindrische Gestalt. Anschließend am Boden 45 des Bauelementgehäuses 41 ist ein absatzförmiger Rand 46 angeordnet, dessen Höhe h ungefähr der Dicke d des Kühlkörpers 36 entspricht. Im Kühlkörper 36 befindet sich wiederum eine Ausnehmung 47, die einen dem Boden 45 entsprechenden oder geringfügig geringeren Querschnitt besitzt. Das Bauelementgehäuse 41 ist nun so mit dem Boden 45 in die Ausnehmung 47 kraft- und/oder formschlüssig eingesetzt, daß die die Rändelung 44 aufweisende Fläche 42 am absatzförmigen Rand 46 in direktem Kontakt mit der Fläche 43 der Wand an der Ausnehmung 47 steht. Dabei übt die Fläche 43 in der Ausnehmung 47 am Kühlkörper 36 eine gewisse Pressung auf die Fläche 42 am absatzförmigen Rand 46 aus, so daß das Bauelementgehäuse 41 mechanisch am Kühlkörper 36 befestigt ist. Zudem liegt die an den absatzförmigen Rand 46 anschließende Ringfläche 48 an dem die Ausnehmung 47 umgebenden Bereich 49 des Kühlkörpers 36 an.
Anstelle einer Preßverbindung zwischen den Flächen 42, 43 kann zur Befestigung des Bauelementgehäuses 41 am Kühlkörper 36 auch eine Verschraubung vorgesehen sein, was jedoch in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt ist. Es bietet sich dafür beispielsweise an, an der Fläche 42 am Bauelementgehäuse 41 und der Fläche 43 in der Ausnehmung 47 am Kühlkörper 36 zueinander korrespondierende Gewindegänge anzuordnen. Damit es möglich, das Bauelementgehäuse 41 mit seiner Fläche 42 in die Ausnehmung 47 einzuschrauben. In einer ähnlichen Ausgestaltung, die ebenfalls in den Zeichnungen nicht weiter gezeigt ist, kann die Höhe h des absatzförmigen Randes 46 auch größer als die Dicke d des Kühlkörpers 36 gewählt werden. An der Fläche 42 am Bauelementgehäuse 41 ist weiterhin ein Gewinde vorgesehen. Wird das Bauelementgehäuse 41 in die Ausnehmung 47 eingesetzt, so steht ein Teil der Fläche 42 am absatzförmigen Rand 46 in direkten Kontakt mit der Fläche 43 an der Wand der Ausnehmung 47. Ein weiterer Teil der Fläche 42 ragt aus der Ausnehmung 47 am Kühlkörper 36 heraus, so daß das Bauelementgehäuse 41 an diesem herausragenden Teil mittels einer Gegenmutter mit dem Kühlkörper 36 verschraubbar ist.
Anstelle des in 3 und 6 gezeigten Drahtes 40, der mit einem Ende am Kathoden-Anschluß 51 der Freilaufdiode 39 befestigt ist, kann es sich auch anbieten, die elektrische Verbindung von der Kathode der Freilaufdiode 39 zum elektrischen Anschluß 8' am Gehäuse 2 mittels eines in 5 dargestellten Blech-Stanz-Biegeteils 50 auszubilden.
Ein Ende des Blech-Stanz-Biegeteils 50 ist am Kathoden-Anschluß 51 der Freilaufdiode 39 angeschweißt oder angelötet. Das andere Ende des Blech-Stanz-Biegeteils 50 ist in der Art einer Steckklemme 52 ausgebildet und am elektrischen Anschluß 8' angesteckt, wie in 4 zu sehen ist. Falls gewünscht, kann die Steckklemme 52 anschließend zusätzlich am Anschluß 8' verlötet werden.
Es kann sich auch anbieten, den Leistungshalbleiter oder ein sonstiges elektrisches und/oder elektronisches Bauelement mit seinem Bauelementgehäuse außerhalb des Gehäuses für den elektrischen Schalter anzuordnen, wobei das Bauelementgehäuse wenigstens teilweise in direktem thermischen und/oder elektrischen Kontakt mit dem Kühlkörper steht. Auch für dieses Bauelement kann das Bauelementgehäuse mittels einer Preßverbindung, wie sie für die Freilaufdiode näher beschrieben ist, am Kühlkörper befestigt sein.

1: elektrischer Schalter
2: Gehäuse
3: Betätigungsorgan
4: Betätigungsstößel
5, 5': Richtungspfeil
6: Druckfeder
7: Betätigungshebel
8, 8': elektrischer Anschluß (zum Akku)
9: elektrischer Anschluß (zum Elektromotor)
10: Akku, Spannungsquelle
11: Elektromotor
12, 13: Kontaktschiene
14, 15: Kontaktsystem (zum Schalten des Akkus)
16: Kontaktsystem (zur Umschaltung der Drehrichtung)
17: Lagerblech
18: Kontaktbahn
19: Festkontakt
20: Schaltkontakt
21: Schneidenlager
22: Zugfeder
23: Nocken
24: Ansatz (am Betätigungsstößel)
25: Kontaktarm
26: Kontaktbrücke
27: Steuerelektronik
28: Leistungshalbleiter
29: Leiterplatte
30: Aufnahme
31: Schleifer
32: Widerstandsbahn
33: Anschluß (für Leistungshalbleiter)
34: Kühlfahne (von Leistungshalbleiter)
35: Trägerteil
36: Kühlkörper
37: Gehäusedurchbruch
38: Schraube
39: Freilaufdiode
40: Draht (zur elektrischen Verbindung der Freilaufdiode)
41: Bauelementgehäuse (für Freilaufdiode)
42: Fläche (an Bauelementgehäuse)
43: Fläche (am Kühlkörper)
44: Rändelung
45: Boden
46: absatzförmiger Rand
47: Ausnehmung (am Kühlkörper)
48: Ringfläche
49: Bereich (die Ausnehmung umgebend)
50: Blech-Stanz-Biegeteil
51: Kathodenanschluß (der Freilaufdiode)
52: Steckklemme

Claims

Elektrischer Schalter für einen Elektromotor (11), insbesondere für ein akkubetriebenes Elektrowerkzeug, mit einem Gehäuse (2), in dem wenigstens ein Kontaktsystem (14, 15) mit einem Betätigungsorgan (3) zur schaltenden Einwirkung auf das Kontaktsystem (14, 15), eine Steuerelektronik (27) zur Drehzahleinstellung des Elektromotors (11), und ein von der Steuerelektronik (27) angesteuerter Leistungshalbleiter (28) zur Steuerung des Motorstroms für die Drehzahleinstellung des Elektromotors (11) angeordnet sind, wobei der Schalter einen teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Kühlkörper (36) und eine mit einem Bauelementgehäuse (41) versehene Freilaufdiode (39) zum Abbau der im Elektromotor (11) aufgrund dessen Induktivität gespeicherten Energie sowie zum Schutz des Leistungshalbleiters (28) aufweist, und wobei der Leistungshalbleiter (28) in thermischen Kontakt mit dem im Gehäuse (2) angeordneten Teil des Kühlkörpers (36) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufdiode (39) in direkten thermischen Kontakt mit dem außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Teil des Kühlkörpers (36) steht.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementgehäuse (41) wenigstens zum Teil aus Metall besteht, und daß dieser Teil in Kontakt mit dem Kühlkörper (36) steht.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufdiode (39) mechanisch am Kühlkörper (36) befestigt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Freilaufdiode (39) durch Einpressen, Klemmen, Verschrauben, Löten oder Schweißen am Kühlkörper (36) erfolgt.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (36) an einer Außenseite des Gehäuses (2) angeordnet ist, und daß im Gehäuse (2) ein vom Kühlkörper (36) überdeckter Gehäusedurchbruch (37) befindlich ist, wobei der thermische Kontakt des Leistungshalbleiters (28) mit dem Kühlkörper (36) im Gehäusedurchbruch (37) hergestellt ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementgehäuse (41) der Freilaufdiode (39) eine Fläche (42) aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder Messing, aufweist, und daß die Fläche (42) des Bauelementgehäuses (41) am Kühlkörper (36) anliegt.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (42) des Bauelementgehäuses (41) mittels einer Lötverbindung am Kühlkörper (36) befestigt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (42) des Bauelementgehäuses (41) mittels einer Preßverbindung am Kühlkörper (36) befestigt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (42) für die Preßverbindung mit einer Rändelung (44) versehen ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementgehäuse (41) topfförmig mit zylindrischer Gestalt ausgebildet ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend am Boden (45) des Bauelementgehäuses (41) ein absatzförmiger Rand (46) angeordnet ist, dessen Höhe (h) mindestens der Dicke (d) des Kühlkörpers (36) entspricht, und daß im Kühlkörper (36) eine Ausnehmung (47) befindlich ist, so daß das Bauelementgehäuse (41) mit dem Boden (45) in die Ausnehmung (47) kraft- und/oder formschlüssig einsetzbar ist, wobei wenigstens ein Teil der Fläche (42) am absatzförmigen Rand (46) in direktem Kontakt mit der Fläche (43) an der Wand der Ausnehmung (47) steht und die an den absatzförmigen Rand (46) anschließende Ringfläche (48) an dem die Ausnehmung (47) umgebenden Bereich (49) des Kühlkörpers (36) anliegt.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rändelung (44) an der Fläche (42) am absatzförmigen Rand (46) angeordnet ist, und daß die Preßverbindung zwischen der Fläche (42) am Bauelementgehäuse (41) und der Fläche (43) in der Ausnehmung (47) am Kühlkörper (36) besteht.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (42) am Bauelementgehäuse (41) mit einem Gewinde versehen ist, derart daß das Bauelementgehäuse (41) mittels einer Gegenmutter an dem aus der Ausnehmung (47) herausragenden Teil der Fläche (42) mit dem Kühlkörper (36) verschraubbar ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (42) am Bauelementgehäuse (41) und die Fläche (43) in der Ausnehmung (47) am Kühlkörper (36) zueinander korrespondierende Gewindegänge besitzen, derart daß das Bauelementgehäuse (41) mit seiner Fläche (42) in die Ausnehmung (47) einschraubbar ist.
Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (2) herausragende elektrische Anschlüsse (8, 8') zur Verbindung des Schalters (1) mit dem positiven und negativen Pol einer Spannungsquelle (10) für den Elektromotor (11) sowie weitere elektrische Anschlüsse (9) zur Verbindung des Schalters (1) mit dem Elektromotor (11) angeordnet sind.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (36) mit einem der Anode der Freilaufdiode (39) entsprechenden Potential spannungsführend ist, wobei eine elektrische Verbindung über das Bauelementgehäuse (41) zur Anode der Freilaufdiode (39) hergestellt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Freilaufdiode (39) mit dem Anschluß (8'), der zum positiven Pol der Spannungsquelle (10) führt, verbunden ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung von der Kathode der Freilaufdiode (39) zum Anschluß (8') am Gehäuse (2) von einem Draht (40) gebildet ist, wobei der Draht (40) am Anschluß (8') gelötet, geschweißt oder geklemmt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung von der Kathode der Freilaufdiode (39) zum Anschluß (8') am Gehäuse (2) von einem Blech-Stanz-Biegeteil (50) gebildet ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Blech-Stanz-Biegeteils (50) am Kathoden-Anschluß (51) der Freilaufdiode (39) angeschweißt oder angelötet ist und das andere Ende, das in der Art einer Steckklemme (52) ausgebildet ist, am Anschluß (8') angesteckt ist.
Elektrischer Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckklemme (52) zusätzlich am Anschluß (8') verlötet ist.