DE202010006280U1

DE202010006280U1 - Leiterplattenverbund und Frequenzumrichter

Info

Publication number: DE202010006280U1
Application number: DE201020006280
Authority: DE
Original assignee: Lenze Drives GmbH
Current assignee: Lenze Drives GmbH
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2020-04-24

Abstract

Leiterplattenverbund (100), umfassend:
– eine erste Leiterplatte (10), auf der mindestens ein Stromsensor (11a, 11b) angeordnet ist, wobei der Stromsensor eine Öffnung (12) aufweist, durch die ein elektrischer Leiter führbar ist, wobei der Stromsensor dazu ausgebildet ist, einen im elektrischen Leiter fließenden Strom zu erfassen,
– eine zweite, von der ersten Leiterplatte verschiedene Leiterplatte (20) mit mindestens einem fingerförmigen Bereich (21a, 21b), auf dem mindestens eine Leiterbahn (22a, 22b) in Fingerrichtung verläuft, und
– mindestens ein Verbindungselement (23, 31, 32) zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden der ersten Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte, wobei
– in einem verbundenen Zustand der ersten und der zweiten Leiterplatte der fingerförmige Bereich der zweiten Leiterplatte durch die Öffnung des Stromsensors der ersten Leiterplatte hindurchtritt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiterplattenverbund und einen Frequenzumrichter.
Zur Messung einer Stromstärke, beispielsweise in Kabeln oder Stromschienen, werden Stromsensoren eingesetzt, welche die Stromstärke berührungslos anhand von Magnetfeldern messen, die von einem elektrischen Strom mit der zu messenden Stromstärke erzeugt werden.
Derartige Stromsensoren werden häufig in Frequenzumrichtern verwendet, um Ströme zu messen, die beispielsweise in einen an den Frequenzumrichter angeschlossenen Elektromotor fließen.
Stromsensoren ab einer bestimmten Leistungsklasse weisen üblicherweise eine Öffnung auf, durch die ein elektrischer Leiter, beispielsweise in Form eines Kabels, zu führen ist, dessen Strombelastung mittels des Stromsensors zu messen ist. Bei herkömmlichen Frequenzumrichtern, die derartige Stromsensoren verwenden, werden die Öffnungen der Stromsensoren mit zusätzlich zu montierenden elektrischen Leitern durchdrungen, d. h. im Zuge einer Montage wird der elektrische Leiter durch die Öffnung des Stromsensors geführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiterplattenverbund und einen Frequenzumrichter zur Verfügung zu stellen, die die Verwendung von Stromsensoren, die eine Öffnung zur Durchführung eines elektrischen Leiters aufweisen, mit möglichst wenig Bauelementen ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Leiterplattenverbund mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Frequenzumrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.
Der erfindungsgemäße Leiterplattenverbund umfasst eine erste Leiterplatte, auf der mindestens ein Stromsensor angeordnet ist, beispielsweise in Form eines Wechselstromsensors, in Form eines Gleichstromsensors oder in Form eines sogenannten Allstromsensors, jeweils mit einer vorgegebenen Leistungsklasse, beispielsweise zur Messung von Strömen mit mehr als 50 A, wobei der Stromsensor eine Öffnung aufweist, durch die ein elektrischer Leiter führbar ist, wobei der Stromsensor dazu ausgebildet ist, einen im elektrischen Leiter fließenden Strom zu erfassen. Der Leiterplattenverbund umfasst weiter eine zweite, von der ersten Leiterplatte verschiedene Leiterplatte mit mindestens einem fingerförmigen Bereich, auf dem mindestens eine Leiterbahn in Fingerrichtung verläuft. Der Leiterplattenverbund umfasst weiter ein Verbindungselement zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden der ersten Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte, wobei in einem verbundenen Zustand der ersten und der zweiten Leiterplatte der fingerförmige Bereich der zweiten Leiterplatte durch die Öffnung des Stromsensors der ersten Leiterplatte hindurchtritt. Mittels des Stromsensors wird folglich ein Strom in der Leiterbahn des fingerförmigen Bereichs gemessen. Da der fingerförmige Bereich der zweiten Leiterplatte die Öffnung des Stromsensors durchdringt, sind keine zusätzlichen Bauteile, beispielsweise Stromschienen, Kabel, Schrauben, Gewindeeinsätze etc., zur Strommessung mittels des Stromsensors mehr notwendig. Daher reduziert sich der Bauteileaufwand verglichen mit herkömmlichen Ausführungsformen erheblich.
In einer Weiterbildung weist der fingerförmige Bereich am Fingerende einen Kontaktabschnitt auf, der zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers, beispielsweise eines Elektromotors, vorgesehen ist. Der Kontaktabschnitt kann beispielsweise durch eine geeignete leitfähige Fläche auf der Leiterplatte gebildet sein.
In einer Weiterbildung umfasst das Verbindungselement mindestens ein metallisches Drehteil mit einer Bohrung, eine Schraube und eine Schraubenmutter, wobei auf der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte jeweils eine Bohrung vorgesehen ist, durch die die Schraube steckbar ist. Die Schraube wird bei einer Montage des Leiterplattenverbunds beispielsweise durch die Bohrung der ersten Leiterplatte, die Bohrung des metallischen Drehteils und durch die Bohrung der zweiten Leiterplatte gesteckt und anschließend mit der Schraubenmutter verschraubt.
In einer Weiterbildung ist die erste Leiterplatte eine Leistungsplatine eines Frequenzumrichters und die zweite Leiterplatte eine Zwischenkreisplatine des Frequenzumrichters. Auf der Leistungsplatine kann beispielsweise ein elektrischer Gleichrichter vorgesehen sein, der aus einer Netzwechselspannung eine gleichgerichtete Spannung erzeugt. Auf der Zwischenkreisplatine kann beispielsweise ein Zwischenkreiskondensator vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Frequenzumrichter umfasst einen oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Leiterplattenverbund.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgendend beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:
1 eine seitliche Ansicht auf einen Leiterplattenverbund eines Frequenzumrichters und
2 eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Leiterplattenverbund.
1 und 2 zeigen jeweils einen Leiterplattenverbund 100 mit einer ersten Leiterplatte 10, die eine Leistungsplatine eines Frequenzumrichters ist und auf der Stromsensoren 11a und 11b angeordnet sind, wobei die Stromsensoren 11a und 11b jeweils eine Öffnung 12 aufweisen, durch die ein elektrischer Leiter führbar ist, einer zweite Leiterplatte 20, die eine Zwischenkreisplatine des Frequenzumrichters ist, und einem Verbindungselement zum mechanischen und elektrischen Verbinden der ersten Leiterplatte 10 mit der zweiten Leiterplatte 20.
Die Stromsensoren 11a und 11b sind dazu ausgebildet, Ströme in einem Bereich von –350 A bis +350 A zu messen. Es versteht sich, dass auch größere oder kleinere Strom-Messbereiche durch die Erfindung abgedeckt sind.
Stromsensoren im Sinne der Erfindung sind insbesondere elektrische Bauelemente, mit denen die Stromstärke in elektrischen Leitern, insbe sondere galvanisch getrennt bzw. berührungslos, anhand von Magnetfeldern gemessen werden kann, die von zu messenden Strömen verursacht sind. Hierbei kann es sich um Wechselstromsensoren oder Gleichstromsensoren handeln, wobei Gleichstromsensoren auch zur Messung von Wechselströmen geeignet sein können.
Das Verbindungselement ist in Form eines metallischen Drehteils 31 mit einer Bohrung, einer Schraube 23 und einer Schraubenmutter 32 gebildet. Es versteht sich, dass mehrere derartige Verbindungselemente vorgesehen sein können, die unterschiedliche Potentiale übertragen können, wobei aus Gründen der Beschreibung lediglich ein einzelnes derartiges Verbindungselement im Detail gezeigt ist.
Zur Verbindung der beiden Leiterplatten 10 und 20 wird bei einer Montage des Leiterplattenverbunds die Schraube 23 durch eine Bohrung 26 der zweiten Leiterplatte 20, die Bohrung des metallischen Drehteils 31 und durch eine Bohrung 13 der ersten Leiterplatte 10 gesteckt und anschließend mit der Schraubenmutter 32 verschraubt.
Die zweite Leiterplatte 20 weist zwei fingerförmige Bereiche 21a und 21b auf, auf denen eine Leiterbahn 22a bzw. 22b in Fingerrichtung verläuft. Die Leiterbahnen 22a und 22b können als doppelseitige Leiterbahnen mit geeigneter Dicke realisiert sein. Im Falle einer mehrlagigen Leiterplatte 20 können die Leiterbahnen 22a und 22b über mehrere Lagen geführt sein. Die fingerförmigen Bereiche 21a und 21b sind derart dimensioniert, dass sie durch die Öffnungen 12 der Stromsensoren 11a bzw. 11b steckbar sind.
Die fingerförmigen Bereiche 21a und 21b und die darauf angeordneten Leiterbahnen 22a und 22b treten durch die jeweiligen Öffnungen 12 der Stromsensoren 11a bzw. 11b hindurch, wodurch die jeweiligen Ströme auf den Leiterbahnen 22a und 22b mittels der Stromsensoren 11a und 11b messbar sind.
Die fingerförmigen Bereiche 21a und 21b weisen an ihren jeweiligen Enden Kontaktabschnitte 25a bzw. 25b auf, die zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen sind. Die Kontaktabschnitte 25a und 25b können beispielsweise als leitfähige Flächen gebildet sein. An die Kontaktabschnitte 25a und 25b sind mittels Verschraubungen Motorklemmen 30a bzw. 30b zum Anschließen eines herkömmlichen, nicht gezeigten Elektromotors angebracht.
Auf der Zwischenkreisplatine bzw. Zwischenkreisleiterplatte 20 ist ein herkömmlicher Zwischenkreiskondensator 27 vorgesehen.
An einer Unterseite der Leistungsplatine 10 sind ein herkömmlicher Kühlkörper 40 sowie ein Leistungsmodul 50 vorgesehen, wobei das Leistungsmodul herkömmliche Funktionen erfüllt, beispielsweise eine Netzwechselspannung gleichrichtet. Die Schraubenmutter 32 des Verbindungselements kann Bestand- und Kontaktteil des Leistungsmoduls 50 sein.
Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen die Verwendung von Stromsensoren, die eine Öffnung zur Durchführung eines elektrischen Leiters aufweisen, ohne dass eine Stromschiene, ein Kabel etc. zur Strommessung durch die Öffnung des Stromsensors zu führen ist, da die Öffnung bereits von den fingerförmigen Bereichen der zweiten Leiterplatte, d. h. der Zwischenkreisplatine, durchdrungen ist, über die der zu messende Strom übertragen wird. Daher reduziert sich der Bauteileaufwand verglichen mit herkömmlichen Ausführungsformen erheblich.

Claims

Leiterplattenverbund (100), umfassend: – eine erste Leiterplatte (10), auf der mindestens ein Stromsensor (11a, 11b) angeordnet ist, wobei der Stromsensor eine Öffnung (12) aufweist, durch die ein elektrischer Leiter führbar ist, wobei der Stromsensor dazu ausgebildet ist, einen im elektrischen Leiter fließenden Strom zu erfassen, – eine zweite, von der ersten Leiterplatte verschiedene Leiterplatte (20) mit mindestens einem fingerförmigen Bereich (21a, 21b), auf dem mindestens eine Leiterbahn (22a, 22b) in Fingerrichtung verläuft, und – mindestens ein Verbindungselement (23, 31, 32) zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden der ersten Leiterplatte mit der zweiten Leiterplatte, wobei – in einem verbundenen Zustand der ersten und der zweiten Leiterplatte der fingerförmige Bereich der zweiten Leiterplatte durch die Öffnung des Stromsensors der ersten Leiterplatte hindurchtritt.
Leiterplattenverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fingerförmige Bereich am Fingerende einen Kontaktabschnitt (25a, 25b) aufweist, der zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen ist.
Leiterplattenverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement ein metallisches Drehteil (31) mit einer Bohrung, eine Schraube (23) und eine Schraubenmutter (32) umfasst und – auf der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte jeweils eine Bohrung (13, 26) vorgesehen ist, durch die die Schraube steckbar ist.
Leiterplattenverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte eine Leistungsplatine eines Frequenzumrichters ist und die zweite Leiterplatte eine Zwischenkreisplatine des Frequenzumrichters ist.
Frequenzumrichter, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Leiterplattenverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.