DE4140505A1

DE4140505A1 - Temperatursteuerung von lueftermotoren

Info

Publication number: DE4140505A1
Application number: DE19914140505
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing Grad Cap
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1992-06-17

Description

1. Stand der Technik

DC-Lüfter zur Kühlung von Bauelementen oder Baugruppen sind weit verbreitet. Der Lüfter erhöht die Bewegung der Luft, die die zu kühlenden Elemente umgibt, so daß mehr Wärmeenergie abgeführt werden kann.

Die Leistung der Lüfter muß stets auf den ungünstigsten Fall, der je eintreten kann, ausgelegt sein. Im durchschnittlichen Betriebsfall aber werden weder die maximale Umgebungs temperatur noch die maximale abzuführende Verlustleistung gleichzeitig auftreten. Da der Lüfter auf den Grenzfall dimensioniert werden muß, wird seine Leistung im Normalfall viel größer als erforderlich sein. Das bedeutet, daß der Lüfter oft mehr Luft als erforderlich fördert und daher mehr Geräusch entwickelt und mehr Leistung aufnimmt als optimal notwendig wäre.

Es gibt Sonderbauformen von Lüftern, die über einen extern anzubringenden, temperatur abhängigen Widerstand, die Isttemperatur erfassen und ihre Drehzahl entsprechend steuern können.

Es gibt auch Schaltungen, die zwischen einer Stromversorgung und einem Standard-DC- Lüfter zu einzuschleifen sind und ebenfalls über einen temperaturabhängigen Widerstand die Lüfterdrehzahl steuern.

Beide Anordnungen haben Nachteile. Sowohl die regelbaren Lüfter, als auch die diversen externen Anordnungen zur Steuerung, benötigen ein extern anzubringendes Bauelement zur Messung der Temperatur. Die Befestigung dieses Bauelementes an der entsprechenden Stelle des Gerätes ist schwierig, manchmal nur sehr umständlich möglich. Die Verbindungslitzen zum Meßfühler brechen oft und sind eine Störungsquelle, besonders dann, wenn der Lüfter bei einem Bruch der Verbindung nicht automatisch die maximale Drehzahl annimmt.

Gelegentlich kommen auch Lüfter zum Einsatz, die den Meßfühler nicht herausgeführt, sondern im Inneren des Lüfters angeordnet haben. Diese Lüfter sind nicht in der Lage die Temperatur an kritischen Stellen des Gerätes zu erfassen, sondern messen nur die Temperatur der durch den Lüfter bewegten Luft und dies nur ungenau.

Die nachstehend beschriebene Erfindung vermeidet diese Nachteile.

2. Beschreibung der Erfindung

Ausgehend von der eigentlichen Aufgabenstellung, sollte eine temperaturabhängige Steueranordnung für Lüfter folgende Merkmale aufweisen:

2.1 Drehzahlsteuerung eines nachgeschalteten Lüfters in Abhängigkeit von der Temperatur an einer definierten Stelle des zu schützenden Objektes.
2.2 Einfache Handhabung und Montage.
2.3 Sicherer Hochlauf des Lüfters auch bei niederen Temperaturen.
2.4 Schaltung geschützt gegen Fehlbedienung (Falschpolung, Kurzschluß).
2.5 Möglichst geringe Verluste der Regelanordnung.

Die Punkte 2.3 bis 2.5 sind elektronischer Natur und nur der Vollständigkeit halber hier aufgeführt.

2.1 und 2.2 werden durch die oben angeführten Anordnungen nur unvollkommen erfüllt. Die nachstehend beschriebene Erfindung erfüllt diese Forderungen weitgehend, ohne Beinträchtigung der übrigen Punkte.

Eines der wesentlichsten Nachteile bekannter Anordnungen ist die schwierige und unsichere Unterbringung des Sensors und seine bruchgefährdeten Anschlußleitungen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, alle Bauelemente, die zur Steuerung der Drehzahl eines Lüfters (Motors) erforderlich sind, also einschließlich des Sensors, auf einer kleinen Leiterplatte unterzubringen (Hybrid). Diese Leiterplatte soll einen niederen Wärmeleitwiderstand besitzen. Solche Leiterplatten sind bekannt. Sie bestehen aus einer dünnen Kupferschicht (z. B. 0,035 mm), welche, wie üblich, die Verbindungsleitungen darstellen, einer dünnen Isolationsschicht (z. B. 0.05 mm) und, als Träger, eine Metallplatte (0,3 bis 2 mm) aus Kupfer, Aluminium, Stahl etc.

Die Zahl der elektronischen Bauelemente zur Erfüllung der Steueraufgaben ist gering. Sie sind alle, auch der Sensor, in SMD-Technik (oberflächenmontierbar) erhältlich. Somit ist es möglich, die Steuerschaltung zu einer Baugruppe mit geringen Abmessungen zu sammenzufassen. Der Metallträger leitet die Wärme vom zu schützenden Element verlustarm und rasch zum Sensor und sorgt außerdem für die mechanische Stabilität, er enthält eine Bohrung, die erlaubt, die Anordnung an fast beliebiger Stelle der zu schützenden Elektronik anzubringen. Besonders einfach wird die Montage an Kühlkörpern sein.

Die Hybridbaugruppe kann die mechanischen Abmessungen genormter Gehäuse von Leistungshalbleitern (z. B. MULTIWATT-11 von ST) aufweisen und ebenso leicht wie diese montiert werden. Siehe dazu Fig. 1.

Die elektrischen Verbindungen der Hybridschaltung mit der Stromversorgung und dem Lüfter kann über 4 Lötflächen erfolgen. Die Länge der Anschlußlitzen bestimmt der Anwender.

Ebenso ist es denkbar, ein Hybrid zu bauen, welches 3 oder 4 Anschlußbeine im Abstand von beispielsweise 2,54 oder 5,08 mm enthält, um es direkt in eine Leiterplatte einzulöten.

Entsprechend hohe Stückzahlen vorausgesetzt, kann die Schaltung auch voll integriert werden. Der Sensorwiderstand wird dann durch eine Schaltung zu ersetzen sein: die ein temperaturabhängiges Ausgangssignal an den übrigen Teil der Regelschaltung abgibt. Der Platzbedarf einer solchen Anordnung wird hauptsächlich durch den ebenfalls mit integrierten Leistungstransistor bestimmt. Aufgrund der Stromaufnahme der nachgeschalteten Lüfter kann die wahrscheinliche Größe eines vollintegrierten Bausteines abgeschätzt werden: TO 126 oder TO 220, also ca. 8×11×3 mm oder 10,5×16×5 mm. Bei einer Vollintegration können außerdem preisneutral zusätzliche elektrische Verknüpfungen eingebaut werden, wie z. B. ein Alarm bei einer bestimmten Grenztemperatur.

Claims

1. Baustein zur Steuerung der Leistungsaufnahme nachgeschalteter Einrichtungen, vorzugsweise von Lüftermotoren, bestehend aus einem temperaturabhängigen Sensor, einer Steuerschaltung zur Erzeugung eines Impulses mit variabler, temperaturab hängiger Breite und einem Leistungsbaustein am Ausgang, dadurch gekennzeichnet daß sämtliche Bauelemente einschließlich des Sensors auf einer Leiterplatte mit Metallkern angeordnet sind.

2. Anspruch nach 3.1 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor möglichst weit von den übrigen, besonders den Wärme entwickelnden Teilen der Schaltung aufgebracht wird.

3. Anspruch nach 3.1 und 3.2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente oberflächenmontierbar sind und auf einer Leiterplatte mit geringem Wärmeübergangs widerstand, vorzugsweise mit einem Metallträger, aufgebracht sind.

4. Anspruch nach 3.1 bis 3.3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung der Metall- Leiterplatte, ausgenommen der Dicke, sowie die Anordnung der Befestigungsbohrung jener eines genormten Leistungshalbleiterbauelementes, z. B. MULTIWATT-11 entspricht.

5. Anspruch nach 3.1 bis 3.4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindun gen zur Stromversorgung und/oder zum nachgeschalteten Element über Lötflächen, die sich auf der Leiterplatte befinden, herzustellen sind.

6. Anspruch nach 3.1 bis 3.5, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußdrähte, die an den Lötflächen verlötet oder verschweißt werden, vorgesehen sind.

7. Anspruch nach 3.1 bis 3.6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Leiterplatte montierten Bauelemente zum Schutz gegen mechanische oder chemische Beschädigung in Kunststoff eingegossen sind.

8. Anspruch nach 3.1 bis 3.7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Steueran ordnung, und nicht nur Teile davon, auf dem thermisch zu schützenden Objekt montiert wird.

9. Anspruch nach 3.1 bis 3.8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Steueran ordnung, und nicht nur Teile davon, frei im Luftstrom eines Kühlgebläses ausgestellt wird.

10. Anspruch nach 3.1 bis 3.9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung weitere elektrische Verknüpfungen enthält, die aus der gemessenen Temperatur abge leitet werden und einem weiteren Ausgang zugeführt werden.

11. Anspruch nach 3.1 bis 3.10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung, mit mindestens gleichen Eigenschaften wie das Hybrid, als integrierte Schaltung ausge führt und in einem genormten Halbleitergehäuse untergebracht wird.

12. Anspruch nach 3.1 bis 3.11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung ihrerseits Teilbestandteil einer anderen hybriden oder integrierten Schaltungsan ordnung sein kann.