DE202014010424U1

DE202014010424U1 - Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten

Info

Publication number: DE202014010424U1
Application number: DE202014010424.7U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-07-27
Anticipated expiration: 2024-06-21

Abstract

Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird, wobei die Drosseln (1) als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen (2) einer Mehrebenenleiterplatte (3) ausgebildet und auf einer Verteilungsleiterplatte (4) stehend angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass ist jeder Drossel (1) jeweils ein planarer Kühlkörper (5) parallel zur Ebene ihrer Mehrebenenleiterplatte (3) zugeordnet, der sich zumindest in der Normalenrichtung zur Verteilungsleiterplatte (4) über die Mehrebenenleiterplatte (3) hinaus erstreckt, wobei die der Verteilungsleiterplatte abgewandten Enden der Kühlkörper einen Kamm bilden, und dass die Kühlkörper durch die Platten des magnetischen Materials gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten.
Derartige Energieversorgungseinrichtung werden in automatisierungstechnischen Anlagen zur Speisung von prozessnahen Komponenten und diesen zugeordneten Kommunikationseinrichtungen eingesetzt.
Aus der EP 1014531 A2 ist eine derartige Energieversorgungseinrichtung bekannt, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird. Es wird vorgeschlagen, die Wicklungen der Drosseln als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen einer Mehrebenenleiterplatte auszubilden, wie sie prinzipiell aus der JP 62154609 A1 bekannt sind. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, die erforderliche Induktivität der Drosseln durch Ferritkerne herbeizuführen, die durch Öffnungen in der Mehrebenenleiterplatte hindurchragen. Bei Auslegung der Drossel mit Feritkern müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, die verhindern, dass der Ferritkern nicht seine Position verändert und/oder bricht. Ein zusätzlicher Luftspalt oder eine Positionsänderung des Kernes verändern die Induktivität der Drossel und können dadurch den Explosionschutz negativ beeinträchtigen.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2013 008 747 U1 ist bekannt, die Drosseln als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen einer Mehrebenenleiterplatte auszubilden und auf einer Verteilungsleiterplatte stehend anzuordnen, wobei die Anzahl der Metallisierungsebenen der Mehrebenenleiterplatte größer als die Anzahl der Metallisierungsebenen der Verteilungsleiterplatte ist.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2013 009 502 U1 ist bekannt, die Mehrebenenleiterplatte jeder Drossel parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen vollflächig mit einer flachen Platte eines magnetischen Materials zu bedecken, um das von jeder Drossel ausgehende magnetische Feld in unmittelbarer Nähe der Drossel derart zu formen, dass eine Beeinflussung benachbarter Drosseln weitgehend vermieden wird.
Ferner ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2013 009 990 U1 ist bekannt, die Mehrebenenleiterplatte jeder Drossel parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen zumindest teilweise mit einer flachen Platte eines magnetischen Materials zu bedecken, um das von jeder Drossel ausgehende magnetische Feld in unmittelbarer Nähe der Drossel derart zu formen, dass eine Beeinflussung benachbarter Drosseln weitgehend vermieden wird.
Zwar wird durch die beiden letztgenannten technischen Lösungen eine hohe Packungsdichte erreicht, die jedoch mündet diese in eine hohe Erwärmung der Drosseln der Energieversorgungseinrichtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung für die Induktivitäten der gattungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung zu schaffen, welche mit geringem Aufwand eine sichere Kühlung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird, welche als Mehrebenenleiterplatte ausgebildet und stehend auf einer Verteilungsleiterplatte angeordnet ist, wobei jede Drossel parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen vollflächig mit einer flachen Platte eines magnetischen Materials bedeckt ist.
Erfindungsgemäß ist jeder Drossel jeweils ein planarer Kühlkörper parallel zur Ebene ihrer Mehrebenenleiterplatte zugeordnet, der sich zumindest in der Normalenrichtung zur Verteilungsleiterplatte über die Mehrebenenleiterplatte hinaus erstreckt, wobei die der Verteilungsleiterplatte abgewandten Enden der Kühlkörper einen Kamm bilden, und dass die Kühlkörper durch die Platten des magnetischen Materials gebildet sind.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, dass magnetisches Material zumindest gegenüber einer Leiterplatte vergleichsweise gute Wärmeleiteigenschaften aufweist. Die in der Drossel infolge des durchfließenden Stroms entstehende Wärme wird im Deckungsbereich der Mehrebenenleiterplatte mit der als Kühlkörper ausgebildeten Platte des magnetischen Materials auf den Kühlkörper übertragen. Außerhalb des Deckungsbereichs der Mehrebenenleiterplatte mit dem Kühlkörper wird die empfangene Wärme an die Umgebung, insbesondere die Umgebungsluft, abgegeben.
Vorteilhafterweise bleibt die hohe Packungsdichte der Drosseln der Energieversorgungseinrichtung unverändert erhalten.
Darüber hinaus ist besonders vorteilhaft, dass zur Kühlung der Drosseln keine weiteren Bauelemente nötig sind. Vielmehr kommt die erfindungsgemäße Lösung mit den bereits vorhandenen technischen Mitteln aus, welche lediglich in einer angepaßten Dimension ausgeführt sind.
Dadurch entfalten die Platten des magnetischen Materials nach der erfindungsgemäßen Lösung eine zweifache Wirkung, nämlich Abschirmung der Drosseln untereinander und Kühlung der jeweils zugeodneten Drossel.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jede Mehrebenenleiterplatte in den ihr zugeordneten Kühlkörper eingehaust.
Vorteilhafterweise wird dadurch der thermische Übergangswiderstand verringert und somit eine bessere Wärmeableitung erreicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jede Mehrebenenleiterplatte in dem ihr zugeordneten Kühlkörper verklebt.
Vorteilhafterweise wird dadurch eine stabile, von Erschütterungen und/oder Vibrationen unabhängige Wärmeübertragung von der Mehrebenenleiterplatte zum Kühlkörper erreicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist eine Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten dargestellt, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel 1 ausgekoppelt wird. Im Einzelnen ist eine Verteilungsleiterplatte 4 mit einer Mehrzahl von Drosseln 1 vorgesehen, wobei die Drosseln 1 stehend auf der Verteilungsleiterplatte 4 angeordnet sind.
Die Drosseln 1 sind als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen 2 einer Mehrebenenleiterplatte 3 ausgebildet. Dabei weist jede Metallisierungsebene der Mehrebenenleiterplatte 3 zumindest eine Windung der Drossel 1 auf.
Die Drosseln 1 sind auf der Verteilungsleiterplatte 4 mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert. Dazu weist die Verteilungsleiterplatte 4 mehrere Ebenen von Leiterbahnen 2 auf.
Der Mehrebenenleiterplatte 3 jeder Drossel 1 ist parallel zur Ebene ihrer Leiterbahnen 2 ein planarer Kühlkörper 5 zugeordnet, der sich zumindest in der Normalenrichtung zur Verteilungsleiterplatte 4 über die Mehrebenenleiterplatte 3 hinaus erstreckt, wobei die der Verteilungsleiterplatte 4 abgewandten Enden der Kühlkörper 5 einen Kamm bilden. Die Kühlkörper 5 sind durch die Platten des magnetischen Materials gebildet.
Dabei ist die Mehrebenenleiterplatte 3 jeder Drossel 1 vollflächig mit Kühlkörper 5 bedeckt. Vorzugsweise besteht der Kühlkörper 5 aus einem Ferritmaterial, welche jeweils als feldformende Platte zwischen zwei benachbarten Drosseln 1 angeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, den Kühlkörper 5 mit der jeweils zugeordneten Mehrebenenleiterplatte 3 jeder Drossel 1 zu verkleben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, jede Mehrebenenleiterplatte 3 in den ihr zugeordneten Kühlkörper 5 einzuhausen.
Bezugszeichenliste

1: Drossel
2: Leiterbahn
3: Mehrebenenleiterplatte
4: Verteilungsplatte
5: Kühlkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1014531 A2 [0003]
JP 62154609 A1 [0003]
DE 202013008747 U1 [0004]
DE 202013009502 U1 [0005]
DE 202013009990 U1 [0006]

Claims

Energieversorgungseinrichtung für explosionsgeschützte elektronische Funktionseinheiten, bei der die Funktionseinheiten aus einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist werden, die für jede der Funktionseinheiten individuell über eine Drossel ausgekoppelt wird, wobei die Drosseln (1) als miteinander verbundene, im Wesentlichen deckungsgleiche Leiterbahnen (2) einer Mehrebenenleiterplatte (3) ausgebildet und auf einer Verteilungsleiterplatte (4) stehend angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass ist jeder Drossel (1) jeweils ein planarer Kühlkörper (5) parallel zur Ebene ihrer Mehrebenenleiterplatte (3) zugeordnet, der sich zumindest in der Normalenrichtung zur Verteilungsleiterplatte (4) über die Mehrebenenleiterplatte (3) hinaus erstreckt, wobei die der Verteilungsleiterplatte abgewandten Enden der Kühlkörper einen Kamm bilden, und dass die Kühlkörper durch die Platten des magnetischen Materials gebildet sind.
Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jede Mehrebenenleiterplatte (3) in den ihr zugeordneten Kühlkörper (5) eingehaust ist.
Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass jede Mehrebenenleiterplatte (3) in dem ihr zugeordneten Kühlkörper (5) verklebt ist.