Entstorvorπchtung zur Unterdrückung hochfrequenter Storerαissionen eines Gleichstrommotors
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Entstorvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Storemissionen eines Gleichstrommotors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Zur Kommutierung (Stromwendung) von Gleichstrommotoren sind sowohl elektrische Maßnahmen, beispielsweise unter Verwendung einer mit Transistoren aufgebauten Leistungsendstufe, als auch mechanische Maßnahmen bekannt. Zu den mechanischen Maßnahmen zahlt die Verwendung eines Kommutators in Verbindung mit leitenden Burstenelementen, wobei der Kommutator einzelne Kommutatorlamellen aufweist. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass die Burstenelemente ortsfest derart relativ zum um eine Drehachse rotierenden Kommutator angeordnet sind, dass die Bürstenelemente wahrend der Rotation des Kommutators die einzelnen Kommutatorlamellen in sequenzieller Reihenfolge überstreichen. Durch den Kontakt des Burstenelements mit einer Kommutatorlamelle wird eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen, durch die der Betriebsstrom des Gleichstrommotors fließt. Beim Übergang eines Burstenelements von einer auf die nächste Kommutatorlamelle entstehen Gasentladungen, die sehr steile Stromspitzen hervorrufen. Diese Stromspitzen fuhren wiederum zu hochfrequenten Storemissionen, die sich sowohl in elektrischen
Impulsen entlang der stromführenden Elemente des Gleichstrommotors
als auch in elektromagnetischer Abstrahlung (Storabstrahlung) manifestieren.
Aus der DE 101 29 884 Al ist es bekannt, eine Leiterplatte zu verwenden, die als Abschirmung die vom Gleichstrommotor abgestrahlten Storemissionen reduziert. Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur weiteren Unterdrückung der hochfrequenten Storemissionen ein auf der Leiterplatte angeordnetes Keramik-Entstorfilter zu verwenden. Dieses ist über Leiterbahnen mit einem ersten und zumindest einem zweiten Anschluss für den
Gleichstrommotor verbunden und bewirkt somit eine Dampfung der leitungsgebundenen Storemissionen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Entstorvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Storemissionen eines Gleichstrommotors, mit einem auf einer ersten Seite einer Leiterplatte angeordneten Keramik- Entstόrfilter und mit auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordneten ersten Leiterbahnen zur Kontaktierung des Keramik- Entstorfilters mit einem ersten und zumindest einem weiteren Anschluss für den Gleichstrommotor, wobei der erste und der zumindest eine weitere Anschluss auf der ersten Seite der Leiterplatte mit einer ersten bzw. zumindest einer weiteren Anschlussleitung kontaktiert sind, bietet eine erhebliche
Wirkungsverbesserung der Keramik-Filter-Technologie durch eine impedanzoptimierte Masseanbindung sowie eine direkte Motoranschluss- Kontaktierung, wenn auf einer weiteren, der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte eine Masse-Flache angeordnet ist und die erste und die zumindest eine weitere Anschlussleitung gegenüber der Masse-Flache isoliert durchgeführt sind. Auf diese Weise ist eine sehr kompakte und kostengünstige Bauform der Entstorvorrichtung realisierbar. Zudem ist es nicht erforderlich, die Anschlussleitungen des Gleichstrommotors zu unterbrechen, was wiederum zu einer erhöhten Storemission an der Unterbrechungsstelle fuhren konnte.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Varistor und/oder zumindest ein Cx-Kondensator auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordnet und über weitere Leiterbahnen mit dem Keramik-Entstorfilter verbunden sind. Dies ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Kombination von Kommutator-Entstörung und Abschaltspannungspuls-Begrenzung in einem Entstör-Element, wobei der zumindest eine Varistor und/oder der zumindest eine Cx- Kondensator parallel zu dem Keramik-Entstorfilter geschaltet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiterbahnen auf der ersten Seite der Leiterplatte um das Keramik-Entstörfilter symmetrisch angeordnet sind, um eine möglichst hohe Dampfung der Storemissionen zu erzielen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die auf der weiteren Seite der Leiterplatte angeordnete Masse-Flache über zumindest eine Durchkontaktierung mit zumindest einem Masseanschluss des Keramik- Entstorfilters auf der ersten Seite der Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Dabei ist in vorteilhafter Weise die Durchkontaktierung als ein so genanntes Via ausgeführt, das eine extrem niederohmige Verbindung mit der Masse-Flache ermöglicht, wobei die Masse-Flache ihrerseits elektrisch leitend mit einem die Ξntstorvorrichtung umgebenden, abschirmenden Gehäuse verbunden ist. Eine sehr kompakte Bauform des Entstorfilters ergibt sich, wenn die erste und die zumindest eine weitere Anschlussleitung durch das abschirmende Gehäuse hmdurchgefuhrt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das abschirmende Gehäuse elektrisch leitend mit einem Motorgehäuse des Gleichstrommotors, beispielsweise dem Poltopf, verbunden ist. Dabei sollte die Verbindung zwischen Motorgehäuse und abschirmenden Gehäuse der Entstorvorπchtung in vorteilhafter Weise über eine Mehrzahl von Kontakstellen ausgeführt sein, um eine extrem niederohmige Masseverbindung und damit eine möglichst große Unterdrückung der Storemissionen zu gewahrleisten.
Vorzugsweise wexsen die Leiterbahnen an definierten Stellen Verjüngungen auf, die die Entstorvorrichtung und den
Gleichstrommotor vor einer möglichen Kurzschlussgefahr, wie sie sich beispielsweise aus einem Keramik-Crack ergeben konnte, schützen.
Zur Minimierung des erforderlichen Bauraums, erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Kontaktierung des Keramik- Entstorfilters und/oder des zumindest einen Varistors und/oder des zumindest einen Cx-Kondensators in SMD-Technik (Surface Mounted Device) . Um Kosten einzusparen, ist es alternativ möglich, das
Keramik-Entstorfllter und/oder den zumindest einen Varistor und/oder den zumindest einen Cx-Kondensator über radial oder axial herausgeführte Anschlussdrahte zu kontaktieren.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhangigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen
Fig. 1: ein Ausfuhrungsbeispiel einer ersten Seite einer Leiterplatte der erfindungsgemaßen Entsrorvorrichtung,
Fig. 2: ein Ausfuhrungsbeispiel einer weiteren Seite der Leiterplatte der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung,
Fig. 3: ein Ausfuhrungsbeispiel einer elektrische Verbindung zwischen der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung und einem Gleichstrommotor und
Fig. 4: ein Blockschaltbild der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung.
BeSchreibung
In Figur 1 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer ersten Seite 12 einer Leiterplatte 14 der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung 10 dargestellt, wobei die erste Seite 12 die Vor- bzw. Oberseite der Leiterplatte 14 charakterisiert. Auf der Leiterplatte 14 ist ein Keramik-Entstorfilter 16 angeordnet, das über erste Leiterbahnen 18 mit einem ersten 20 und zumindest einem weiteren Anschluss 22 für einen in den Figuren 3 und 4 gezeigten Gleichstrommotor 24 kontaktiert ist. Als Keramik-Entstorfilter 16 kommt beispielsweise ein X2Y-Filter 26 zum Einsatz. Es können aber auch andere, hochintegrierte Keramik-Entstorfilter verwendet werden. Dabei erfolgt die Kontaktierung entweder in SMD-Technik oder mittels herausgeführter Anschlussdrahte.
Das Keramik-Entstorfilter 16 weist mehrere Masseanschlüsse 28 auf, die mittels Durchkontaktierungen 30 mit einer in der Figur 2 gezeigten, auf einer weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 angeordneten Masse-Flache 34 verbunden sind, wobei die weitere Seite 32 die Ruck- bzw. Unterseite der Leiterplatte 14 beschreibt. Die Masse-Flache 34 kann vollflachig ausgeführt sein, d.h. sie kann die gesamte weitere Seite 32 der Leiterplatte 14 bedecken. Es ist aber auch denkbar, dass die Masse-Flache 34 nur einen Teil der weiteren Seite 32 bedeckt, wenn dies beispielsweise bauliche Maßnahmen erforderlich machen. Auf jeden Fall sollte die Masse-Flache 34 so gestaltet sein, dass sie sämtliche Durchkontaktierungen 30 einschließt.
Die Durchkontaktierungen 30 sind vorzugsweise als so genannte Vias 36 ausgeführt. Hierbei handelt es sich um elektrisch leitfahige Hülsen, die wiederum mit einem hochleitfahigen Metall, beispielsweise Kupfer, Gold oder dergleichen, gefüllt sind, um eine sehr mederohmige und damit störungsfreie Verbindung zwischen den Masseanschlüssen 28 des Keramik-Filters 16 und der Masse-Flache 34 zu garantieren.
Erfindungsgemaß ist nach Figur 1 vorgesehen, dass zumindest ein Varistor 38 und/oder zumindest ein Cx-Kondensator 40 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 14 angeordnet und über weitere Leiterbahnen 42 mit dem Keramik-Entstorfilter 16 parallel geschaltet sind. Auf diese Weise ist eine stark impedanzoptimierte Anbindung der Entstorvorrichtung 10 möglich, wobei der zumindest eine Varistor 38 zur Erfüllung so genannter Load-Dump-Forderungen bzw. als Abschaltspannungspuls-Begrenzung und der zumindest eine Cx- Kondensator 40 mit Kapazitatswerten zwischen 10 nF und 900 nF zur Erfüllung von Lang-, Mittel- oder Kurzwellen-Entstorforderungen dienen. Vorteilhafterweise sind die Leiterbahnen 18 und 42 sowie die Masse-Flache 34 und die Masseanschlüsse 28 als Kupferschichten ausgeführt. Alternativ können aber auch andere, elektrisch leitfahige Materialen verwendet werden. Weiterhin sei angemerkt, dass die Bezeichnung Cx-Kondensator einen Kondensator beschreibt, der zwischen dem ersten 20 und dem zumindest einen weiteren Anschluss 22 geschaltet ist und demzufolge keine direkte Verbindung zu den Masseanschlüssen 28 des Keramik-Entstorfilters 16 besitzt. Dabei kann die Kontaktierung des zumindest einen Varistors 38 und/oder des zumindest einen Cx-Kondensators 40 entweder mittels SMD-Technik oder über herausgeführte, radiale oder axiale Anschlussdrahte erfolgen.
Um die Entstorvorrichtung 10 vor einem eventuellen Kurzschluss zu schützen, der insbesondere durch einen Keramik-Crack hervorgerufen werden kann, weisen die Leiterbahnen 18 bzw. 42 an definierten Stellen 44 Verjüngungen 46 auf, die bei einem Kurzschluss durchbrennen und somit die Brandgefahr infolge einer Uberhitzung verhindern. Die Verjüngungen 46 können beispielsweise durch die von der Firma Spectrum Control Inc. entwickelte Fail-Safe-Technologie realisiert sein.
In Figur 3 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer elektrischen Verbindung zwischen der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung 10 und dem Gleichstrommotor 24 gezeigt. Zu erkennen ist die mit dem Keramik- Entstorfilter 16, dem Varistor 38 sowie dem Cx-Kondensator 40 bestuckte erste Seite 12 der Leiterplatte 14 gemäß Figur 1. Der
erste Anschluss 20 auf der ersten Seite 12 der Leiterplatte 14 ist kontaktiert mit einer ersten Anschlussleitung 48 des Gleichstrommotors 24, wobei die Anschlussleitung 48 entsprechend Figur 2 gegenüber der Masse-Flache 34 auf der weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 isoliert durchgeführt ist. Eine entsprechende
Kontaktierung besteht zwischen einer weiteren Anschlussleitung 50 des Gleichstrommotors 24 und dem weiteren Anschluss 22. Auf diese Weise ist eine durchgehenden Verbindung von einem Versorgungspotential V+ und einem Bezugspotential V- zum Gleichstrommotor 24 möglich.
Die Masse-Flache 34 auf der weiteren Seite 32 der Leiterplatte 14 ist elektrisch leitend über einen Kontaktpunkt 52 - beispielsweise durch eine Lotverbindung - mit einem die Entstόrvorrichtung 10 abschirmenden Gehäuse 54 verbunden. Das abschirmende Gehäuse 54 kann entweder ganzlich aus Metall oder aus einem metallbedampften Kunststoff gefertigt sein und ist über eine Mehrzahl von Kontaktstellen 56 mit einem Motorgehäuse 58 des Gleichstrommotors 24 verbunden. In vorteilhafter Weise haben sich diesbezüglich zwischen acht und zehn Federkontakte 60 als geeignete Masseverbindung herausgestellt, wobei in Abhängigkeit vom zur Verfugung stehenden Bauraum durchaus auch weniger oder mehr Kontaktstellen 56 in Betracht gezogen werden können. Um die Bauform der Entstorvorrichtung 10 so kompakt wie möglich zu gestalten, werden die erste 48 und die zumindest eine weitere Anschlussleitung 50 durch das abschirmende Gehäuse 54 hindurchgefuhrt.
In Figur 4 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemaßen Entstorvorrichtung 10 gezeigt. Dabei ist die Parallelschaltung aus Keramik-Entstorfilter 16, Varistor 38 und/oder Cx-Kondensator 40 über die Leiterbahnen 18 bzw. 42, die Anschlüsse 20 bzw. 22 und die Anschlussleitungen 48 bzw. 50 zum Einen mit dem Versorgungspotential V+ sowie dem Bezugspotential V_ und zum Anderen mit dem Gleichstrommotor 24 verbunden. Weiterhin besteht eine Masseverbindung des Keramik-Entstorfilters 16 über den
Masseanschluss 28. Mit dem Bezugszeichen 58 ist schließlich der Fail-Safe-Kurzschlussschutz gemäß der obigen Ausfuhrungen
symbolisiert, wobei auch einzelne Leiterbahnen 18 bzw. 42 von einem Kurzschlussschutz ausgeschlossen sein können.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausfuhrungsbeispiel weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf die gezeigte Struktur der Leiterbahnen 18 bzw. 42 und der Masseanschlüsse 28 sowie die genannten Kapazitatswerte des zumindest einen Cx-Kondensators 40 beschrankt ist. So können insbesondere auch mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Cx-Kondensatoren 40 oder Varistoren 38 verwendet werden, wenn dies durch besondere
Leistungsanforderungen notig ist. Auch die gezeigte, runde Bauform der Leiterplatte 14 ist nicht als Einschränkung zu verstehen. Vielmehr können ebenso andere Leiterplattenformen (oval, mehreckig, etc.) und demzufolge auch Gehauseformen entsprechend den baulichen Vorgaben bzw. den Platzverhaltnissen zum Einsatz kommen.