DE4305147C2 - Elektrisches Gerät mit einer Vorrichtung zur Ableitung von Wärme von elektrischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Vorrichtung zur Ableitung von Wärme von elektrischen Bau­ elementen, die auf einer im Gehäuse des Gerätes unterge­ brachten Leiterplatte angeordnet sind, wobei das Gehäuse einen in das Gehäuseinnere ragenden Ansatz aufweist.

Bei elektrischen Geräten mit elektrischen Bauelementen mit hoher Verlustleistung ist es notwendig, die erzeugte Ver­ lustwärme zuverlässig abzuführen, um eine Schädigung des elektrischen Bauelementes zu vermeiden. Die elektrischen Bauelemente sind häufig auf einer Leiterplatte angeordnet, die in einem Gehäuse untergebracht ist. In diesem Fall ist es sinnvoll, die erzeugte Verlustwärme über das Gehäuse an die Umgebung abzuführen.

Aus der deutschen Patentschrift DE 35 45 253 C2 ist eine Einrichtung zur Ableitung der Wärme von elektrischen Bau­ elementen bekannt, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Wärmeableitung erfolgt über einen Ansatz, der in das Gehäuseinnere weist, der mit dem Gehäuse verbunden ist und an dem die wärmeerzeugenden elektrischen Bauelemente befe­ stigt sind. Der Ansatz weist einen Schlitz auf, der zur Aufnahme von Schraub- oder Klemmverbindungsmitteln vor­ gesehen ist. Die Schraub- oder Klemmverbindungsmittel drücken mit Hilfe einer flachen Feder die elektrischen Bauelemente gegen den Ansatz. Die Anschlüsse der elektri­ schen Bauelemente sind gleichzeitig auf einer Leiterplatte angelötet. Bei dieser Wärmeableitvorrichtung sind die ent­ sprechenden elektrischen Bauelemente, deren Wärme abgelei­ tet werden soll, am Rand der Leiterplatte angeordnet.

Aus der EP 0 087 788 sind Nuten zur Aufnahme von wärmeleitenden Ansätzen bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät mit einer leicht montierbaren, effektiven und preis­ günstigen Wärmeableitvorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird bei dem elektrischen Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein erstes Koppelteil, das auf der Leiterplatte befestigt und gut wärmeleitend ist, eine Nut aufweist, daß die Nut zur Aufnahme des An­ satzes vorgesehen ist und daß mindestens ein elektrisches Bauelement gut wärmeleitend mit dem ersten Koppelteil verbunden ist.

Um die Verlustwärme mindestens eines elektrischen Bauele­ mentes zuverlässig und effektiv abzuführen, ist dieses mit einem gut wärmeleitenden ersten Koppelteil kontaktiert. Der Kontakt besitzt einen kleinen Wärmeübergangswider­ stand. Er wird beispielsweise hergestellt, indem eine Flachseite des elektrischen Bauelementes auf eine Flach­ seite des ersten Koppelteils beispielsweise mit einer Schraub- oder Klemmverbindung gedrückt wird. In die Nut des ersten Koppelteils greift der vordere Teil des Ansatzes ein, der mit seinem hinteren Teil am Gehäuse befestigt ist. Das elektrische Bauelement kann somit seine erzeugte Verlust­ wärme über das erste Koppelteil mit der Nut, den Ansatz und das Gehäuse an die Umgebung abgeben. Es ergibt sich eine effektive Wärmeableitung. Die Temperatur innerhalb des Gehäuses des elektrischen Gerätes wird nicht unnötig erhöht, weil die erzeugte Wärme des elektrischen Bauele­ ments an die Umgebung außerhalb des elektrisches Gerätes abgeführt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Wärmeableitvorrichtung steht der Ansatz insbesondere senkrecht zur Leiterplatte. Vorteil­ hafterweise ist es somit möglich, die Verlustwärme von in beliebigen Bereichen auf der Leiterplatte angeordneten Bauelementen abzuführen, ohne daß andere Bereiche der Leiterplatte vom Ansatz verdeckt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung greift der Ansatz durch eine in der Leiterplatte angebrachte Ausnehmung.

Bei vielen elektrischen Geräten ist es nicht möglich, den am Gehäuse befestigten Ansatz auf der Seite oberhalb der Leiterplatte in die Nut des ersten Koppelteils einzufüh­ ren, da zwischen dem oberen Teil der Leiterplatte und dem Gehäuse des elektrischen Gerätes weitere mechanische oder elektrische Vorrichtungen angeordnet sind. Beispielsweise ist dieser Raum durch eine weitere Leiterplatte versperrt. In diesem Fall ist es sinnvoll, den Ansatz von der Unter­ seite der Leiterplatte her in die Nut des auf der Obersei­ te der Leiterplatte angeordneten ersten Koppelteils ein­ zuführen. Dazu ist in der Leiterplatte eine Ausnehmung vorgesehen. Über dieser Ausnehmung liegt die Nut des er­ sten Koppelteils. Der Ansatz kann nun durch die Ausnehmung der Leiterplatte in die Nut eingreifen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Nut des ersten Koppelteiles ein Formteil aus gut wärme­ leitenden, gummiartigen Material zur Aufnahme des Ansatzes vorgesehen.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen des ersten Koppelteils und des Ansatzes, ist der Wärmeübergangswiderstand vom ersten Koppelteil zum Ansatz durch fehlende Paßgenauigkeit erhöht. Um dies zu verhindern, ist in die Nut des ersten Koppelteiles ein Formteil aus gut wärmeleitendem, gummi­ artigem Material eingelegt. Dieses dient zur Aufnahme des Ansatzes, der entsprechend den Maßen der Nut des in das erste Koppelteil eingelegten Formteils dimensioniert ist. Vorteilhafterweise spielen bei einer solchen Anordnung die Fertigungstoleranzen vom ersten Koppelteil und vom Ansatz eine untergeordnete Rolle, da diese durch die Elastizität des Formteils ausgeglichen werden. Ein guter Wärmeübergang ist sichergestellt.

Eine weitere Möglichkeit einer Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein gut wärmeleitendes, mit dem elektrischen Bauelement verbundenes zweites Kop­ pelteil zur Befestigung des elektrischen Bauelementes am ersten Koppelteil vorgesehen ist.

Ein solches zweites Koppelteil ist in seiner Form dem ersten Koppelteil angepaßt. Neben einem guten Wärmeüber­ gang ergibt sich vorteilhafterweise bei entsprechender Ausgestaltung des zweiten Koppelteils eine gute Befesti­ gungsmöglichkeit eines elektrischen Bauelementes am ersten Koppelteil.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß das erste Koppelteil und falls vorhanden auch das Formteil gut elektrisch leitend sind und daß das erste Koppelteil mit­ tels Lötschwertern, die in Bohrungen der Leiterplatte greifen, an Masseleiterbahnen auf der Leiterplatte gelötet ist.

Das erste Koppelteil ist mit Hilfe der Lötschwerter mit Masseleiterbahnen auf der Leiterplatte elektrisch verbun­ den. Über den Ansatz ist somit eine elektrische Verbindung mit dem Gehäuse hergestellt. Der elektrische Kontakt zwi­ schen erstem Koppelteil und dem Ansatz kann durch Verwen­ dung eines auch elektrisch gut leitenden Formteiles, das in die Nut des ersten Koppelteiles eingebracht ist, ver­ bessert werden. Vorteilhafterweise erhält man somit ein gemeinsames Massepotential.

Die Erfindung wird anhand eines nachstehenden Ausführungs­ beispiels anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ableitung der Wärme von elektrischen Bauelementen in der Vorderansicht,

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung, der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung.

Die Figuren zeigen eine Leiterplatte 1, die in einem nicht dargestellten Gehäuse eines elektrischen Gerätes unterge­ bracht ist. Auf dieser Leiterplatte 1 ist ein stark wär­ meerzeugendes Leistungsmodul 2 angeordnet. Das Leistungs­ modul 2 weist Anschlußstifte 3 auf, die in entsprechend hierfür vorgesehene Bohrungen 5 der Leiterplatte 1 ge­ steckt werden und an Leiterbahnen angelötet sind. Das Leistungsmodul 2 ist auf einer Seite mit einer Metallplat­ te 4 versehen, die in zwei Laschen endet, die das Lei­ stungsmodul an beiden Seiten überragen. Parallel zum Lei­ stungsmodul befindet sich auf der Leiterplatte 1 ein u-förmiges und damit eine Nut aufweisendes erstes Koppelteil 6. Es besteht aus gut wärmeleitendem Material. Seine beiden Schenkel stehen auf der Leiterplatte 1 und weisen Lötschwerter 10 auf, mit denen das Koppelteil 6 auf der Leiterplatte 1 verlötet ist. Die Lötschwerter 10 werden von Bohrungen 11 auf genommen und sind mit den Masseleiter­ bahnen auf der Leiterplatte 1 verbunden. Das u-förmige Koppelteil 6 weist an beiden Seiten Laschen auf, die zu den beiden Laschen der Metallplatte 4 (zweites Koppelteil) korrespondieren. Mittels Federklammern 7 sind die Laschen der Metallplatte 4 des Leistungsmoduls 2 an die Laschen des u-förmigen Koppelteils 6 angeklammert. Damit liegt die Metallplatte 4 flächig auf einer Seitenfläche des u-förmi­ gen Koppelteils 6 auf. In einer weiteren nicht dargestell­ ten Ausführungsform sind die Laschen der Metallplatte 4 mit Schraubverbindungen an den Laschen des u-förmigen Koppelteils 6 befestigt. Es ergibt sich sowohl ein guter Wärmeübergang als auch eine gut elektrisch leitende Ver­ bindung zwischen der Metallplatte 4 und dem Koppelteil 6. Die Verbindung der Metallplatte 4 und des Koppelteils 6 ist auch dadurch herstellbar, daß die Klammerung der La­ schen durch entsprechende Schraubverbindungen ersetzt wird. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs befindet sich zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen von Metall­ platte 4 und Koppelteil 6 Wärmeleitpaste. In das u-förmige Koppelteil 6 ist ein Formteil 8 aus Silikon-Leitgummi eingelegt, so daß die von dem u-förmigen Teil gebildete Nut wenigstens teilweise mit diesem Formteil 8 ausgeklei­ det ist. Das Formteil 8 ist sowohl gut wärmeleitend als auch gut elektrisch leitend und hat ebenfalls eine Nut. Die mit dem Formteil 8 ausgelegte Nut des u-förmigen Kop­ pelteils 6 steht über einer Ausnehmung 12 der Leiterplatte 1. Ein aus Metall gefertigtes nicht in der Figur darge­ stelltes Deckelteil des Gehäuses weist einen keilförmigen Ansatz 9 auf, der bei geschlossenem Gehäuse (aufgesetztem Deckelteil) durch die Ausnehmung 12 in das u-förmige Kop­ pelteil 6 hineinragt und vom Formteil 8 aufgenommen wird. Der vordere Teil des Ansatzes 9, der dann senkrecht auf der Leiterplatte 1 steht, füllt nun die Nut im Formteil 8 vollständig aus. Auf diese Weise wird ein von Fertigungs­ toleranzen des u-förmigen Koppelteils 6 und des Ansatzes 9 unabhängiger guter Wärmeübergang geschaffen. Außerdem sind Koppelteil 6 und Ansatz 9 auf diese Weise gut elektrisch miteinander verbunden. Die Verwendung von Silikon-Leit­ gummi als gut wärmeleitendes und gut elektrisch leitendes elastisches Material ist besonders kostengünstig und ef­ fektiv.

Die Verlustwärme des Leistungsmoduls 2 wird über die Me­ tallplatte 4 auf das u-förmige Koppelteil 6 übertragen. Das Koppelteil 6 gibt die ihm zugefügte Wärme über das Formteil 8 an den Ansatz 9 weiter, der die Wärme zur Ge­ häuseoberfläche weiterleitet. Von der Gehäuseoberfläche kann die vom Leistungsmodul 2 erzeugte Verlustwärme zum großen Teil in die Umgebung abgestrahlt werden. Eine Über­ hitzung des Leistungsmoduls 2 wird vermieden. Außerdem wird eine unnötige Erhitzung des Innenraums des Gehäuses des elektrischen Gerätes verhindert.

Die Lötschwerter 10 des Koppelteils 6 werden mit den Mas­ seleiterbahnen auf der Leiterplatte 1 verlötet. Da das Koppelteil 6 mit der Metallplatte 4 und über das Formteil 8 und den Ansatz 9 auch mit dem Metallgehäuse des Gerätes elektrisch verbunden ist, ergibt sich eine gemeinsame elektrische Masseverbindung.

Die beschriebene Wärmeableitvorrichtung benötigt nur wenig Platz, und kann mit wenigen, einfachen Bauteilen reali­ siert werden. Das Leistungsmodul 2 und die zugehörige Wärmeableitvorrichtung können an beliebiger Stelle auf der Leiterplatte 1 angeordnet sein. Für die geschriebene Lei­ terplatte 1 ergibt sich eine einfache Befestigungsmöglich­ keit durch den durch die Ausnehmung 12 geführten Ansatz 9. Es ist leicht möglich, die Wärmeableitvorrichtung so zu verändern, daß der Ansatz 9 von der Oberseite der Leiter­ platte 1 in die Nut des u-förmigen Koppelteils 6 einge­ führt wird. Die Ausnehmung 12 ist in diesem Fall überflüs­ sig.

Claims (6)

1. Elektrisches Gerät mit einer Vorrichtung zur Ableitung der Wärme von elektrischen Bauelementen, die auf einer im Gehäuse des Gerätes untergebrachten Leiterplatte angeord­ net sind, wobei das Gehäuse einen in das Gehäuseinnere ragenden Ansatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Koppelteil (6), das auf der Leiterplatte (1) befestigt und gut wärmeleitend ist, eine Nut aufweist, daß die Nut zur Aufnahme des Ansatzes (9) vorgesehen ist und daß mindestens ein elektrisches Bauelement (2) gut wärmeleitend mit dem ersten Koppelteil (6) verbunden ist.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (9) durch eine in der Leiterplatte (1) ein­ gebrachte Ausnehmung (12) greift.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nut des ersten Koppelteils (6) ein Formteil (8) aus gut wärmeleitendem gummiartigem Material zur Aufnahme des Ansatzes (9) vorgesehen ist.

4. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gut wärmeleitendes mit dem elektrischen Bauelement (2) verbundenes zweites Koppelteil (4) zur Befestigung des elektrischen Bauelements (2) am ersten Koppelteil (6) vor­ gesehen ist.

5. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Koppelteil (6) gut elektrisch leitend ist und mittels Lötschwertern (10), die in Bohrungen (11) der Leiterplatte (1) greifen, an Masseleiterbahnen auf der Leiterplatte (1) gelötet ist.

6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (8) gut elektrisch leitend ist.