DE202006016349U1

DE202006016349U1 - Elektromotorischer Antrieb

Info

Publication number: DE202006016349U1
Application number: DE202006016349U
Authority: DE
Original assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2016-10-24

Abstract

Elektromotorischer Antrieb mit einem Elektromotor und einer demselben zugeordneten Ansteuereinrichtung, wobei die Ansteuereinrichtung eine mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte aufweist, dass ein Wärmeabführelement auf einer den elektronischen Bauteilen abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabführelement (4) mit der Leiterplatte (1) durch Verschraubung (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb mit einem Elektromotor und einer demselben zugeordneten Ansteuereinrichtung, wobei die Ansteuereinrichtung eine mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte aufweist, dass ein Wärmeabführelement auf einer den elektronischen Bauteilen abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet ist.
Elektromotorische Antriebe enthaltend einen Elektromotor und eine Ansteuereinrichtung sind in der industriellen Anwendung weit verbreitet. Die Ansteuereinrichtung weist eine Ansteuerschaltung auf zur Einstellung der Drehzahl des Elektromotors. Die Ansteuereinrichtung kann auch eine Frequenzumrichterschaltung aufweisen, wobei eine in Höhe und Frequenz veränderbare Motorspannung bereitgestellt wird. Die Ansteuereinrichtung weist hierzu elektronische Bauteile auf, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Es ist wünschenswert, eine kompakte Ansteuereinrich tung bereitzustellen, so dass der elektromotorische Antrieb Platz sparend in eine Vorrichtung integriert werden kann. Durch die relativ hohe Packungsdichte der elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte entsteht jedoch eine Wärmeentwicklung, die zu einer Fehlfunktion bzw. Zerstörung einzelner Bauteile führen kann. Es sind daher Versuche unternommen worden, die Wärme aus dem Bereich der Leiterplatte abzuleiten. Hierzu ist aus der DE 195 32 992 A1 bekannt, dass ein zusätzliches Wärmeabführelement auf eine den elektronischen Bauteilen abgewandten Rückseite der Leiterplatte aufgeklebt wird. Zwischen dem Wärmeabführelement und der Rückseite der Leiterplatte ist jedoch eine isolierende Klebeschicht angeordnet, die den gewünschten Wärmeübergang von der Leiterplatte zum Wärmeabführelement beeinträchtigt. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit sind mehrere Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte vorgesehen. Nachteilig an solchen Durchkontaktierungen ist jedoch, dass sie einen erheblichen Platzbedarf aufweisen und darüber hinaus den Aufwand für das Layout der Leiterplatte erhöhen.
Nach einem in der DE 195 32 992 A1 offenbarten alternativen Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte ist im Bereich eines thermisch hoch belastbaren Bauelementes eine auf das elektronische Bauteile abgestimmte passgenaue Bohrung in der Leiterplatte vorgesehen, in der eine Wärmeleitbrücke eingefasst ist, die zum einen das thermisch hoch belastbare Bauteil und zum anderen das an der Rückseite der Leiterplatte angeordnete Wärmeabführelement kontaktiert. Hierdurch kann zwar eine wesentliche Erhöhung der Wärmeableitung erzielt werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass der Bearbeitungsaufwand insbesondere durch das Vorsehen von auf das elektronische Bauteil abgestimmte Bohrungen in der Leiterplatte erhöht ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektromotorischen Antrieb mit einem Elektromotor und einer Ansteuereinrichtung derart weiterzubilden, dass mit einem verringerten Herstellungsaufwand eine Wärmeableitung von elektronischen Bauteilen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabführelement mit der Leiterplatte durch Verschraubung verbunden ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Verschraubung eines Wärmeabführelementes mit der Leiterplatte zum einen ermöglicht wird, dass das Wärmeabführelement mit seiner Anlagefläche direkt an einer Rückseite der Leiterplatte anliegen kann. Vorteilhaft ist hierdurch eine zusätzliche wärmeisolierende Klebeschicht zwischen dem Wärmeabführelement und der Leiterplatte nicht erforderlich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Wärmeabführelement in einem Eckbereich Durchgangsbohrungen mit einem Innengewinde auf, so dass eine Schraube mit einem Gewindeschaft durch eine Bohrung der Leiterplatte führbar und in Eingriff mit dem Gewinde des Wärmeabführelementes bringbar ist. Vorteilhaft können die Bohrungen der Leiterplatte in einem Bereich liegen, der frei von Leiterbahnen bzw. Anordnung von elektronischen Bauteilen ist. Vorteilhaft kann somit die Verschraubung an beliebigen Stellen der Leiterplatte erfolgen, und zwar dort, wo keine Beeinträchtigung des Layouts zu befürchten ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen dem Wärmeabführelement und der Rückseite der Leiterplatte eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste angeordnet sein, so dass Unebenheiten zueinander gekehrter Oberflächen des Wärmeabführelementes und der Rückseite der Leiterplatte ausgeglichen werden und somit der Wärmeschluss zwischen der Rückseite der Leiterplatte und dem Wärmeabführelement verbessert wird. Die Wärmeleitfolie bzw. die Wärmeleitpaste kann zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeabführelement eingepresst sein. Vorteilhaft kann hierdurch die Effektivität der Wärmeableitung weiter erhöht werden.
Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße elektromotorische Antrieb mit einem Elektromotor und einer demselben zugeordneten Ansteuereinrichtung beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie für Kipp- und Umfüllvorrichtungen, für Pumpen zum Fördern eines Fluids, für Zentrifugen, elektronisch gesteuerte Kleingeräte in Industrie und Haushalt, in Gebläsen, in Lüftungs- und Kühlgeräten und in Verstellgeräten der Medizintechnik eingesetzt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt:
Figur einen Querschnitt durch eine Ansteuereinrichtung für einen Elektromotor enthaltend eine mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte sowie ein rückseitig angeordnetes Wärmeabführelement.
Ein elektromotorischer Antrieb mit einem Elektromotor weist eine Ansteuereinrichtung mit einer Leiterplatte 1 auf, deren Vorderseite mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen 3 bestückt ist. Die elektronischen Bauteile 3 können als SMD-Bauteile (Surface Mounted Devices) ausgebildet sein, die durch Kleben und Löten auf der Vorderseite 2 der Leiterplatte 1 befestigt sind.
Zur Abführung der Wärme von den dicht gepackten elektronischen Bauteilen 3 in Richtung einer nicht dargestellten Gehäusewandung der Ansteuereinrichtung ist ein Wärmeabführelement 4 durch Verschraubung 5 an einer Rückseite 6 der Leiterplatte 1 lösbar befestigt. Das Wärmeabführelement 4 ist als ein Wärmeabführblock ausgebildet, der sich zwischen der Rückseite 6 der Leiterplatte 1 und der Gehäusewandung der Ansteuereinrichtung erstreckt. Der Wärmeabführblock 4 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine Dicke d_W auf, die größer ist als eine Dicke d_L der Leiterplatte 1. Der Wärmeabführblock 4 liegt mit einer Anlagefläche 7 direkt an der Rückseite 6 der Leiterplatte 1 an.
Der Wärmeabführblock 4 wird mittels Schrauben 8 an der Leiterplatte 1 eingespannt. Die Schrauben 8 erstrecken sich in einer Befestigungsstellung derselben senkrecht zur Erstreckung der Leiterplatte 1 und sind vorzugsweise in solchen Abschnitten der Leiterplatte 1 angeordnet, in denen keine Leiterbahnen bzw. elektronische Bauteile ange ordnet sind. Ein Gewindeschaft der Schraube 8 bildet den Befestigungsbolzen 11. Beispielsweise können die Schrauben 8 derart angeordnet sein, dass sie in einem Eckbereich 9 des Wärmeabführblockes 4 mit demselben in Eingriff stehen. Soll eine relativ große Leiterplattenfläche durch den Wärmeabführblock 4 abgedeckt werden, sind in einem mittleren Bereich des Wärmeabführblocks 4 weitere Schrauben 8 angeordnet.
Der Wärmeabführblock 4 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Eckbereich 9 Durchgangsbohrungen 10 auf, die jeweils ein Innengewinde aufweisen. Zu den Durchgangsbohrungen 10 fluchtet eine Bohrung 11 der Leiterplatte 1, so dass die Schraube 8 von der Vorderseite 2 der Leiterplatte 1 her mit einem Gewindeschaft 12 in die Bohrung 11 und anschließend in die Durchgangsbohrung 10 eingesetzt und den Wärmeabführblock 4 mit der Leiterplatte 1 verspannen kann. In der Befestigungsstellung liegt ein Kopf 13 der Schraube 8 an der Vorderseite 2 der Leiterplatte 1 an.
Die Anlagefläche 7 des Wärmeabführblockes 4 ist vorzugsweise rechteckförmig angeordnet und liegt unmittelbar an der Rückseite 6 der Leiterplatte 1 an, wobei gegenüberliegend an der korrespondierenden Vorderseite 2 eine Mehrzahl von SMD-Bauteilen 3 angeordnet ist.
Durch den mittels Verschraubung 5 befestigten Wärmeabführblock 4 an der Leiterplatte 1 kann Wärme abgeführt werden, so dass Elektromotoren mit einer Leistung von 250 Watt bis 370 Watt im Dauerbetrieb arbeiten können. Darüber hinaus kann die bei einer Spitzenleistung der Elektromotoren von bis zu 750 Watt erzeugte Wärme abgeführt werden.
Vorzugsweise ist der Wärmeabführblock 4 flächig an der Leiterplatte 1 einerseits und der Gehäusewandung der Ansteuereinrichtung andererseits eingespannt, wobei von der Gehäusewandung aus die Wärme durch weitere Maßnahmen abgeleitet werden kann. Der Wärmeabführblock 4 hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Leiterplatte 1.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann zwischen dem Wärmeabführblock 4 und der Rückseite 6 der Leiterplatte 1 auch eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste bereichsweise oder vollflächig vorgesehen sein, so dass der Wärmeschluss zwischen dem Wärmeabführblock 4 und der Rückseite 6 der Leiterplatte 1 verbessert ist. Auf diese Weise kann die Effektivität der Wärmeableitung weiter erhöht werden.

Claims

Elektromotorischer Antrieb mit einem Elektromotor und einer demselben zugeordneten Ansteuereinrichtung, wobei die Ansteuereinrichtung eine mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte aufweist, dass ein Wärmeabführelement auf einer den elektronischen Bauteilen abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabführelement (4) mit der Leiterplatte (1) durch Verschraubung (5) verbunden ist.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (3) als ein SMD-Bauteil ausgebildet ist, das durch Kleben und Löten an einer Vorderseite (2) der Leiterplatte (1) befestigt ist.
Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabführelement (4) massiv als eine Wärmeabführblock ausgebildet ist, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Leiterplatte (1).
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d_W) des Wärmeabführblockes (4) größer ist als die Dicke (d_L) der Leiterplatte (1).
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (7) des Wärmeabführblockes (4) derartig rechteckig dimensioniert ist, dass die Anlagefläche (7) gegenü berliegend zu einer Mehrzahl von SMD-Bauteilen (3) angeordnet ist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabführblock (4) in einem Eckbereich (9) desselben eine Durchgangsbohrung (10) aufweist zum Durchtritt eines Befestigungsbolzens (8) und dass die Durchgangsbohrung (10) des Wärmeabführblockes (4) zu einem Bolzen (11) der Leiterplatte (1) fluchtet.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (10) des Wärmeabführblocks (4) ein Innengewinde aufweist und dass der Befestigungsbolzen (11) den Gewindeschaft (10) einer Schraube (8) bildet, so dass die Leiterplatte (1) zwischen einem Kopf (13) der Schraube (8) und dem Wärmeabführblock (4) verspannt ist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeabführblock (4) und der Rückseite (6) der Leiterplatte (1) eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste vorgesehen ist.
Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) und der Wärmeabführblock (4) in einem Gehäuse der Ansteuereinrichtung gelagert sind und dass Wärme abführbar ist, derart, dass die Ausgangsleistung des Elektromotors in einem Bereich von 250 Watt bis 750 Watt liegt.