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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät, insbesondere einen Frequenzumrichter, einen Servoumrichter, eine Steuerung oder einen Rückspeiser.
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Aus der
EP 2089962 B1 und der
EP 2090146 B1 sind derartige Steuergeräte bekannt, deren Aufbau samt Kühlkonzept von Bedeutung ist. Dabei geht es auch um einen hochintegrierten Aufbau bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Kühlung für alle Bauteile.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes elektrisches Steuergerät zu schaffen, mit dem Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, den Aufbau eines solchen Steuergeräts sehr dicht bzw. eng auszubilden mit geringem Platzbedarf einerseits und Vielseitigkeit und vorteilhaftem Aufbau andererseits.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Das elektrische Steuergerät weist mindestens ein erstes wärmeerzeugendes Bauteil und mindestens ein zweites wärmeerzeugendes Bauteil auf. Vorteilhaft weist es in der Praxis noch weitere wärmeerzeugende Bauteile auf, die unter Umständen auch mehrere von derselben Art sein können. Das erste wärmeerzeugende Bauteil kann beispielsweise ein Leistungsschalter bzw. ein Leistungshalbleiter sein, insbesondere ein IGBT. Das Steuergerät weist einen Kühlkörper auf, um mindestens ein wärmeerzeugendes Bauteil kühlen zu können, insbesondere mindestens das erste wärmeerzeugende Bauteil. Dieses ist dazu auf an sich bekannte Art und Weise mit dem Kühlkörper wärmeleitend verbunden, insbesondere daran montiert mit großflächiger Anlage. Ein Kühlkörper kann ein an sich üblicher Kühlkörper aus Aluminium sein mit einem langgestreckten Körper mit Kühlrippen.
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Des Weiteren weist das Steuergerät mindestens einen Bauteilträger auf, insbesondere eine Leiterplatte, der Steckverbinder bzw. Steckkontakte für eine elektrische Steckverbindung an das elektrische Steuergerät bzw. an den Rest des elektrischen Steuergeräts aufweist. Dadurch kann ein solcher Bauteilträger leicht elektrisch, eventuell auch mechanisch, mit dem Steuergerät verbunden werden. Vor allem ist dadurch neben einer leichten Erstmontage auch ein schneller und einfacher nachträglicher Austausch möglich.
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Das elektrische Steuergerät weist auch mindestens ein Abdeckteil auf, welches das zweite wärmeerzeugende Bauteil zumindest teilweise abdeckt und insbesondere gegen den Bauteilträger abdeckt oder diesen abschirmt. So wird verhindert, dass das zweite wärmeerzeugende Bauteil den Bauteilträger unnötig und unzulässig stark erhitzt und darauf befindliche Bauteile möglicherweise beeinträchtigt oder beschädigt. Neben einer verringerten Wärmestrahlung wird auch eine verringerte Wärmeübertragung durch den verhinderten Austausch von heißer Luft erreicht. Dies eignet sich insbesondere dann, wenn das zweite wärmeerzeugende Bauteil etwas weniger Wärme erzeugt als das erste wärmeerzeugende Bauteil bzw. als ein genannter Leistungshalbleiter. Beispielsweise kann das zweite wärmeerzeugende Bauteil eine Drossel sein, insbesondere eine stromkompensierte EMV-Drossel.
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Schließlich weist das elektrische Steuergerät erfindungsgemäß noch eine sogenannte Steckerträgerplatte auf, die Gegensteckverbinder für den vorgenannten Steckverbinder bzw. die Steckkontakte des vorgenannten Bauteilträgers aufweist. Diese Steckerträgerplatte ist mit dem Abdeckteil verbunden bzw. daran befestigt oder gehalten, vorteilhaft durch eine lösbare mechanische Verbindung, besonders vorteilhaft durch eine Rastverbindung. Die Gegensteckverbinder sind vorteilhaft derart ausgebildet und an der Steckerträgerplatte befestigt, dass eine Steckverbindung daran mit einer Steckrichtung senkrecht zur Fläche der Steckerträgerplatte erfolgt. So kann ein mechanisch stabiler Aufbau erreicht werden.
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Die Steckerträgerplatte dient vor allem dazu, den Bauteilträger elektrisch und zumindest teilweise auch mechanisch zu halten bzw. am elektrischen Steuergerät zu befestigen. Die Steckerträgerplatte selbst kann dabei an einer Art Haupt-Leiterplatte oder Hauptplatine des Steuergeräts elektrisch angeschlossen sein, beispielsweise durch eine weitere Steckverbindung, die allerdings dann vorteilhaft eine andere Steckrichtung aufweist als die Steckverbindung zu dem Bauteilträger hin. Insbesondere kann sie elektrisch an eine Haupt-Leiterplatte angeschlossen sein, an der auch das mindestens eine vorgenannte erste wärmeerzeugende Bauteil elektrisch angeschlossen und insbesondere angeordnet ist. So kann die Steckerträgerplatte neben einer Art Befestigungsmöglichkeit für den genannten Bauteilträger und möglicherweise weitere Bauteilträger auch für deren elektrische Anbindung sorgen. Durch die Verbindung der Steckerträgerplatte mit dem Abdeckteil kann sie besonders stabil am Steuergerät befestigt sein und gut Kräfte aufnehmen, wodurch der mindestens eine Bauteilträger, der vorteilhaft nachher im Betrieb austauschbar ist, gut an- und abgesteckt werden kann. Ein derartiger Austausch der Bauteilträger in einer Betriebssituation oder in einer Einbausituation des elektrischen Steuergeräts erfolgt in der Regel weniger sorgsam als bei der Montage des elektrischen Steuergeräts. Des Weiteren ist das Steuergerät dann meistens zumindest teilweise verkleidet, so dass bei einem Einstecken oder Ausstecken des Bauteilträgers die jeweils zugeordnete Steckverbindung nicht gegengehalten werden kann, was in der Montage aber noch sehr gut möglich sein kann.
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Ein Austausch des mindestens einen Bauteilträgers kann entweder im Reparaturfall erfolgen, also um ihn auszutauschen oder einzelne Bauteile darauf auszutauschen. Alternativ kann durch Einstecken weiterer Bauteilträger eine funktionelle Erweiterung des elektrischen Steuergeräts stattfinden, was ebenso durch einen Austausch des genannten Bauteilträgers möglich ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdeckteil mehrteilig ausgebildet, insbesondere zweiteilig. Dadurch kann beispielsweise ein einfacherer Aufbau erreicht werden, insbesondere müssen nicht ganz so große Bauteile hergestellt werden. Des Weiteren kann ein Abdeckteil vorteilhaft aus Kunststoff ausgebildet sein, und durch einen zweiteiligen Aufbau von zwei an sich separaten Teilen, insbesondere mit einem Hauptteil und einem Zusatzteil, kann mit geringerem Aufwand ein komplexeres Abdeckteil, welches dann mehr Funktionen und Aufgaben in sich vereinen kann, hergestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erster Hauptteil im Wesentlichen das Abdeckteil bildet, also sozusagen deutlich größer ist als ein zweiter Teil. Dieser erste Hauptteil übernimmt dann vorteilhaft mechanische Stützfunktionen und Aufnahmefunktionen, insbesondere auch für die vorgenannte Steckerträgerplatte. Des Weiteren kann das Abdeckteil auch zusammen mit dem eingangs genannten Kühlkörper für einen stabilen inneren Aufbau des Steuergeräts sorgen, insbesondere kann es darauf abgestützt sein. Ein zweiter Zusatzteil ist an dem Hauptteil befestigt, um diesen sozusagen zu vervollständigen bzw. um zusammen mit diesem das gesamte Abdeckteil zu bilden. Der zweite Zusatzteil ist eben vorteilhaft kleiner als der Hauptteil. Er kann besonders vorteilhaft durch die getrennte Herstellung in einer Richtung verlaufen oder beispielsweise zusätzliche Kühlluftführungen odgl. aufweisen, die in einer Richtung verlaufen, die am Hauptteil nur mit sehr viel Aufwand bei der Herstellung möglich wäre.
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Besonders vorteilhaft weist der vorgenannte Zusatzteil eine Kühlluftführung auf, mit der Kühlluft an ein drittes wärmeerzeugendes Bauteil gebracht werden kann. Dies kann Kühlluft sein, die von einem Lüfter des elektrischen Steuergeräts verteilt wird bzw. in eine gesamtheitliche Kühlluftführung eingeblasen wird. Das dritte wärmeerzeugende Bauteil kann vorteilhaft auf demjenigen Bauteilträger angeordnet sein, der an der Steckerträgerplatte verbunden ist. Vorteilhaft ist es derjenige Bauteilträger, der am nächsten zu dem Zusatzteil angeordnet ist, so dass ein Weg für die Kühlluftführung nicht so groß ist. Dieses dritte wärmeerzeugende Bauteil kann beispielsweise ein FPGA sein.
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Für einen stabilen Aufbau des Steuergeräts kann das Abdeckteil an mehreren Punkten oder in mehreren Bereichen gegen den Kühlkörper abgestützt sein. Dazu kann es direkt an dem Kühlkörper anliegen oder an einem sonstigen Teil anliegen, das wiederum am Kühlkörper anliegt in Richtung dieser Abstützung. Das kann auch eine flächig dazwischen liegende vorgenannte Hauptplatine sein. So ist das Abdeckteil gut am Kühlkörper abgestützt und somit auch vorteilhaft befestigt. Hierfür kann unter Umständen ein Zusatz-Bauteil vorgesehen sein zur Befestigung des Abdeckteils am Kühlkörper.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können der Steckverbinder des Bauteilträgers und der Gegensteckverbinder der Steckerträgerplatte so ausgebildet sein, dass sie eine Steckrichtung in Richtung auf den Kühlkörper zu aufweisen, insbesondere geht diese Steckrichtung durch den Kühlkörper direkt hindurch in Verlängerung. Diese Steckrichtung kann besonders vorteilhaft parallel zu einer Flachseite des Kühlkörpers sein, an der das erste wärmeerzeugende Bauteil angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steckrichtung rechtwinklig sein zur Fläche der Steckerträgerplatte, was aber, wie zuvor erwähnt, als besonders vorteilhaft angesehen wird sowohl zur Herstellung der Steckverbindung als auch zum Auffangen auftretender mechanischer Kräfte.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Abdeckteil einen haubenartigen Abschnitt aufweisen, der auch als topfartig bezeichnet werden kann. Dieser haubenartige oder topfartige Abschnitt kann über dem zweiten wärmeerzeugenden Bauteil verlaufen und insbesondere dieses überdecken. Somit sorgt dieser Abschnitt auch für die Abschirmung des zweiten wärmeerzeugenden Bauteils gegen den Bauteilträger. Der haubenartige Abschnitt kann sich von einer Grundfläche des Abdeckteils aus nach oben ziehen, welche flächig auf einer Haupt-Leiterplatte bzw. Hauptplatine aufliegt, auf der auch das zweite wärmeerzeugende Bauteil angeordnet ist. Eine Trennung bzw. eine Trennlinie zwischen dem Hauptteil und dem Zusatzteil, wie sie zuvor definiert worden sind, kann derart durch den haubenartigen Abschnitt führen, dass der Hauptteil und der Zusatzteil diesen Abschnitt gemeinsam bilden. Wie zuvor erwähnt, kann der Hauptteil auch einen größeren oder den größten Teil des haubenartigen Abschnitts bilden, beispielsweise zwischen 60 % und 90 %. Der Zusatzteil kann den Abschnitt beispielsweise an einer Seite schließen, wo er ansonsten offen wäre.
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Vorteilhaft führt von dem Abdeckteil, insbesondere von dem genannten Zusatzteil, eine Kühlluftführung hin zu dem mindestens einen Bauteilträger. Diese kann dort auf ein zu kühlendes drittes Bauteil, insbesondere ein Steuerbauteil, auf dem mindestens einen Bauteilträger gerichtet sein, wie zuvor beschrieben worden ist. Eine solche Kühlluftführung wäre dann in der gebogenen Form kaum oder nur sehr aufwändig mit einem einteilig hergestellten Abdeckteil zu erreichen. Vorteilhaft ist also die Kühlluftführung an dem Zusatzteil vorgesehen.
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Eine Verbindung von Hauptteil und Zusatzteil zur Bildung des Abdeckteils kann entweder dauerhaft sein, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen. Alternativ kann es eine Steckverbindung sein, beispielsweise zusätzlich mit einer Rastverbindung oder Verschraubung, so dass ein selbsttätiges Lösen vermieden wird, was beim Zusammenbau des Steuergeräts hilft. Eine dauerhafte feste Verbindung zwischen Hauptteil und Zusatzteil kann die Steifigkeit des Abdeckteils verbessern, beispielsweise auch um Kräfte besser auffangen zu können, die auf die Steckerträgerplatte beim Anstecken oder Lösen von Bauteilträgern wirken können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein Haltebauteil vorgesehen sein, das mit dem Abdeckteil verbunden ist oder zumindest daran anliegt bzw. daran befestigt ist. Das Haltebauteil kann mit einem Endbereich am Abdeckteil befestigt sein, wobei dies vorteilhaft an einer Fläche parallel zur vorgenannten Steckerträgerplatte erfolgt. Dann kann eine Druckkraft das Haltebauteils in diese Richtung senkrecht zu der Fläche parallel zur Steckerträgerplatte gut aufgefangen werden. Ein Haltebauteil kann ganz allgemein vorteilhaft aus metallischem Flachmaterial bestehen. Es kann nach Art eines mehrfach abgewinkelten Arms oder in einer U-Form so ausgebildet sein, dass es in einem freien Endbereich Anschlussmittel trägt oder abstützt. Diese Anschlussmittel sind besonders vorteilhaft Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse. Diese Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse gehen von dem elektrischen Steuergerät nach außen. Außerdem können sie zusätzlich mechanisch und elektrisch mit einem der Bauteilträger verbunden sein. So ist es möglich, dass der Bauteilträger mit diesen Steckanschlüssen oder Schraubanschlüssen am Steuergerät gesichert wird, insbesondere an der vorgenannten Steckerträgerplatte. Dann können die Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse entweder selbsttätig eine tragende oder stützende Verbindung mit dem freien Endbereich des Haltebauteils eingehen. Alternativ können sie mit einer Schraubverbindung odgl. daran befestigt werden, so dass sie zu einem großen Teil oder hauptsächlich mechanisch von dem Haltebauteil gehalten werden. So können Kräfte besonders gut aufgefangen und an das Abdeckteil weitergegeben werden, die beim Anstecken oder Lösen einer Anschlussverbindung an den Anschlussmitteln auftreten können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Haltebauteil einen abstehenden Abschnitt aufweisen. Dieser kann beispielsweise nach Art eines Leitblechs ausgebildet sein. Dieser Abschnitt ist zwischen einem Kühlluftauslass und einem zu kühlenden Bauteil auf dem Bauteilträger angeordnet. Der Kühlluftauslass kann vorteilhaft die vorgenannte Kühlluftführung des Zusatzteils des Abdeckteils sein, so dass durch den abstehenden Abschnitt bzw. das Leitblech die Kühlluft nochmals genauer geführt werden kann, insbesondere zumindest teilweise an das zu kühlende Steuerbauteil oder dritte Bauteil allgemein, das besonders vorteilhaft das vorgenannte Steuerbauteil auf dem Bauteilträger ist. Dadurch ist es möglich, dass die Kühlluftführung des Zusatzteils nicht ganz so lang sein muss bis zu diesem Steuerbauteil.
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Vorteilhaft weist das Steuergerät allgemein zwei der vorgenannten Haltebauteile auf, die etwas unterschiedlich ausgebildet sein können und insbesondere an unterschiedlichen Stellen, besonders vorteilhaft an gegenüberliegenden Endbereichen, des Abdeckteils angeordnet sind. Sie können grundsätzlich ähnlich ausgebildet sein und aus mehrfach abgewinkeltem Metall bzw. Blech bestehen. Sie können auch beide dazu ausgebildet sein, vorgenannte Anschlussmittel bzw. Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse mechanisch zu halten bzw. abzustützen.
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Bevorzugt weist das Steuergerät mindestens einen bereits zuvor angesprochenen Lüfter auf. Besonders bevorzugt ist dies ein Axiallüfter, wobei eine Kühlluftrichtung zumindest teilweise unverändert durch den Kühlkörper verläuft oder an diesem entlangläuft. Insbesondere bläst der Lüfter sozusagen in längs entlang dem Kühlkörper verlaufende Rippen oder entlang von diesen. Diese Kühlluftrichtung ist vorteilhaft senkrecht zu der vorgenannten Steckrichtung des Bauteilträgers an die Steckerträgerplatte, so dass der Kühlkörper länglich ist und die vorgenannte Steckrichtung des Bauteilträgers senkrecht dazu verläuft.
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Bevorzugt sind an dem genannten Bauteilträger noch weitere Steckanschlüsse bzw. Steckkontakte vorgesehen, die eine Steckrichtung hin zum Kühlkörper bzw. hin zu dem Gegensteckverbinder auf der Steckerträgerplatte aufweisen. Diese Steckanschlüsse sind besonders bevorzugt an einer Randseite oder einer Außenkante des Bauteilträgers angeordnet, und zwar an derjenigen, die dem Steckverbinder zur Steckverbindung an das elektrische Steuergerät mittels des Gegensteckverbinders gegenüberliegt. Dies bedeutet also, dass diese weiteren Steckanschlüsse nochmals zusätzlich zu dem Steckverbinder am Bauteilträger vorgesehen sind, insbesondere an einer gegenüberliegenden Kante des Bauteilträgers. Eine auf sie ausgeübte Steckkraft drückt somit gegen die Steckerträgerplatte, wobei auch diese Kräfte durch deren Befestigung am Abdeckteil gut aufgefangen werden können. Des Weiteren kann vorteilhaft zusätzlich noch vorgesehen sein, dass ein vorgenanntes Haltebauteil an diese weiteren Steckanschlüsse geführt ist, um sie zusätzlich abzusichern bzw. zu halten.
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Eine Verbindung, insbesondere eine rastende Verbindung, der Steckerträgerplatte am Abdeckteil kann eine Schiebebewegung aufweisen, wobei dabei Haltevorsprünge untergriffen werden können. Eine solche Schiebebewegung weist vorteilhaft eine Schieberichtung senkrecht zur Steckrichtung der Bauteilträger in die Gegensteckverbinder auf. Dabei kann eine selbsttätig rastende Verbindung für die Steckerträgerplatte vorgesehen sein, um ein selbsttätiges Lösen zu verhindern. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bei dieser Befestigung der Steckerträgerplatte durch eine Schiebebewegung ihr eigener elektrischer Anschluss stattfindet, vorteilhaft über eingangs genannte Steckverbinder, mit denen die Steckerträgerplatte an eine Leiterplatte des Steuergeräts angeschlossen werden kann. Diese Leiterplatte ist vorteilhaft eine Hauptleiterplatte bzw. Hauptplatine und weist besonders vorteilhaft die ersten wärmeerzeugenden Bauteile auf, die am Kühlkörper anliegen sollten zur Kühlung.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann das Abdeckteil Versteifungsrippen oder ähnlich ausgebildete angeformte Abschnitte aufweisen, wie sie allgemein für Kunststoffteile bekannt sind. Diese können besonders vorteilhaft an dem vorgenannten haubenartigen Abschnitt vorgesehen sein, um diesen zu stabilisieren. Derartige Versteifungsrippen odgl. können auch in dem Bereich vorgesehen sein, in dem die Steckerträgerplatte am Abdeckteil anliegt oder damit verbunden ist, um auch daran angreifende Kräfte gut auffangen zu können.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das elektrische Steuergerät ein Frequenzumrichter, ein Servoumrichter, eine Steuerung oder ein Rückspeiser. Sämtliche vorgenannten Geräte weisen neben Leistungselektronik-Bauteilen als erste Bauteile, die erhöhten Kühlbedarf haben, noch weitere wärmeerzeugende Bauteile auf. Des Weiteren ist auch dort ein Aufbau mit möglichen Optionen zum steckenden Verbinden zusätzlicher Bauteilträger vorteilhaft.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das elektrische Steuergerät ein Gehäuse auf, vorteilhaft im Wesentlichen rechteckig bzw. quaderförmig. Dieses Gehäuse kann weitgehend geschlossen sein bis auf Lufteinlässe und Luftauslässe für den vorgenannten Lüfter sowie Öffnungen, hinter denen sich die genannten Steckverbinder oder Steckanschlüsse befinden können. Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Kühlkörper zumindest teilweise freiliegt für eine bessere Kühlung. Er kann auch zusammen mit einem Kunststoffgehäuse das genannte Gehäuse als Außenhülle bilden.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung ist der haubenartige Abschnitt bzw. sein Inneres mit Öffnungen mit einem Kühlluftkanal zum Lüfter hin verbunden, so dass hier eine gewisse Menge an Kühlluft eintreten kann zur Kühlung des zweiten wärmeerzeugenden Bauteils, das von dem Abdeckteil abgedeckt wird. Des Weiteren kann durch eine entsprechende Öffnung auch Kühlluft in eine vorgenannte gebogene Kühlluftführung im Abdeckteil bzw. des Zusatzteils eingebracht werden. Durch eine weitere Öffnung kann Kühlluft auch direkt zu dem ersten wärmeerzeugenden Bauteil geführt werden, so dass dieses noch zusätzlich zu der Verbindung mit dem Kühlkörper gekühlt werden kann.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
- 1 eine Schrägansicht von vorne auf einen Umrichter als erfindungsgemäßes Steuergerät,
- 2 den Umrichter aus 1 ohne Gehäuse,
- 3 eine Schrägansicht auf das linke Ende des Umrichters entsprechend 2,
- 4 eine etwas nach oben gedrehte perspektivische Ansicht ähnlich 2,
- 5 eine Ansicht ähnlich 3 von rechts auf den Umrichter entsprechend 2,
- 6 eine vergrößere Darstellung aus 5 mit etwas verdrehtem Winkel,
- 7 eine Darstellung ähnlich 4 ohne die Bauteile unterhalb des Abdeckteils,
- 8 die Darstellung der 7 ohne Leiterplatten,
- 9 die Anordnung aus 8 von rechts ohne Haltearme,
- 10 die Anordnung der 9 von links,
- 11 die Anordnung von 10 ohne Steckerträgerplatte,
- 12 die Darstellung entsprechend 8 ohne Haltearme und ohne Steckerträgerplatte,
- 13 ein Hauptteil des Abdeckteils entsprechend 12 mit geschnittenem haubenartigem Abschnitt und
- 14 eine Ansicht des Abdeckteils aus 12 von schräg unten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Umrichter 11 als elektrisches Steuergerät dargestellt. Der Umrichter 11 weist ein Gehäuse 13 auf, vorteilhaft aus Kunststoff, das auf einen Kühlkörper 15 aus Aluminium aufgesetzt ist. Vom Kühlkörper 15 steht nach links ein Haltefuß 19a ab und nach rechts ein Haltefuß 19b ab zur Befestigung des Umrichters 11. Rechts ist am Kühlkörper 15 ein Lüfter 20 angeordnet, der Luft von außen einsaugt und in den Kühlkörper 15 einbläst. Details zum Kühlkörper werden hier nicht weiter beschrieben, sie sind für den Fachmann aber leicht vorstellbar und realisierbar.
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Der Umrichter 11 weist nach links Anschlussklemmen 23a und nach rechts Anschlussklemmen 23b auf. Des Weiteren weist er nach links ein Anschlussblech 24a und nach rechts ein Anschlussblech 24b auf, insbesondere als Masseanschluss und auch um möglicherweise Anschlusskabel mechanisch gegen Abknicken zu sichern. An der rechten Seite und an der Oberseite sind mehrere Steckanschlüsse 25 in unterschiedlicher Ausgestaltung als vorgenannte Anschlussmittel vorgesehen. Wie teilweise aus den Darstellungen zu ersehen ist, insbesondere aus der 4, sind die Steckanschlüsse 25a ganz links für Netzwerkstecker vorgesehen. Die Steckanschlüsse 25b sind Sub-D-Stecker und die Steckanschlüsse 25c ganz rechts sind sonstige Anschlüsse. Die Leistungsanschlüsse des Umrichters 11 sind vor allem mittels der Anschlussklemmen 23a und 23b realisiert.
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Die 2 zeigt den Umrichter 11 ohne das Gehäuse und zeigt vor allem im hinteren Bereich, teilweise verbunden mit den Steckanschlüssen 25, drei Leiterplatten 28a, 28b und 28c parallel und hintereinander. Diese tragen unterschiedliche Bauteile, so trägt eine vorderste Leiterplatte 28a beispielsweise einen FPGA 29 samt aufgesetztem Kühlkörper, der nur zu einem kleinen Teil zu erkennen ist. Die vorderste Leiterplatte 28a ist auch relativ kurz, während die dahinterliegende, parallel verlaufende Leiterplatte 28b erheblich länger ist und bis nach ganz links verläuft, wie vor allem die 5 zeigt. In dieser 5 ist auch der FPGA 29 besser zu erkennen. Aus einem Vergleich der 2, 4 und 5 ist zu erkennen, dass ein vorderer Steckanschluss 25a zur Leiterplatte 28a gehört und ein hinterer Steckanschluss 25b zur Leiterplatte 28b. In der 5 ist nämlich dieser vordere Steckanschluss 25a der besseren Darstellung halber weggelassen. Ab der 4 sind teilweise Leiterplatten 28 und teilweise auch Gegenstecker 51 entfernt. Das dient der besseren Ansicht des dahinter liegenden FPGA 29 als eingangs genanntes drittes wärmeerzeugendes Bauteil.
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Die hinterste Leiterplatte 28c verläuft, wie vor allem die 5 gut zeigt, weiter nach unten als die anderen beiden Leiterplatten 28a und 28b. Dies bedeutet, dass sie auch elektrisch anders angeschlossen ist als diese, nämlich nicht auf eine nachfolgend noch näher erläuterte Steckerträgerplatte aufgesteckt ist. Diese Steckerträgerplatte 50 weist Gegenstecker 51 als Gegensteckverbinder auf, und zwar in der 5 ganz vorne einen Gegenstecker 51', dann dahinter einen längeren Gegenstecker 51a und dann nochmals parallel dazu dahinter einen Gegenstecker 51b, siehe hierzu auch die 8 bis 10 mit der deutlicheren Darstellung. An den Leiterplatten 28a und 28b sind unten Steckverbinder vorgesehen, insbesondere in einer einfachen Ausgestaltung als verzinnte, streifenförmige Flächen als Steckkontakte, die direkt in die Gegenstecker 51 gesteckt werden können.
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Die Steckerträgerplatte 50 ist elektrisch auf nicht dargestellte Art und Weise mit einer Hauptplatine 30 verbunden, die auf dem Kühlkörper 15 angeordnet ist und an diesem befestigt ist. Auch die hinterste Leiterplatte 28c ist direkt mit dieser Hauptplatine 30 über nicht dargestellte Steckanschlüsse verbunden. Dies ist aber leicht vorstellbar und leicht realisierbar.
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Angeordnet ist die Steckerträgerplatte 50 auf einem Abdeckteil 32, das aus Kunststoff besteht und in den 8 bis 14 besser erkennbar dargestellt ist, insbesondere in den 11 bis 14 ganz alleine. Das Abdeckteil 32 als bedeutsames Teil der Erfindung ist ein relativ kompliziert geformtes Kunststoffteil mit einem unteren Bereich, der einen ebenen Abschluss bildet, so dass er plan auf der Hauptplatine 30 aufsitzt. Des Weiteren ist das Abdeckteil 32 mit einem haubenartigen Abschnitt 33 versehen, der einen zentralen Bereich einnimmt und der aus der 12 von schräg oben und der 14 von schräg unten gut zu ersehen ist. Dieser haubenartige Abschnitt 33 überdeckt eine EMV-Drossel des Umrichters 11 als zweites wärmeerzeugendes Bauteil, die auf der Hauptplatine 30 angeordnet ist, hier der Übersichtlichkeit halber aber nicht dargestellt ist. Das Abdeckteil 32 schützt nach hinten die Leiterplatten 28 gegen Wärmeabstrahlung dieser EMV-Drossel, insbesondere darauf angeordnete wärmeempfindliche Steuerbauteile. Des Weiteren sind auf der Hauptplatine 30 in der 2 vor dem Abdeckteil 32 Elektrolyt-Kondensatoren angeordnet, die ebenfalls durch dieses geschützt werden. Durch eine Öffnung in der Hauptplatine 30, die hier nicht dargestellt ist, kann Luft in den haubenartigen Abschnitt 33 zur Kühlung dieser EMV-Drossel eintreten. Ein Austreten erfolgt nach links, wo eine Art Luftauslass nach unten offen ist im Abdeckteil, wie die 14 zeigt.
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In ähnlicher Form sind auf nicht dargestellte Art und Weise an dem Kühlkörper 15 erste wärmeerzeugende Bauteile in Form der für den Umrichter typischen IGBT vorgesehen, und zwar hauptsächlich an einer Seite gegenüberliegend der in 1 sichtbaren Vorderseite. Sie werden hauptsächlich durch den Kühlkörper 15 und die Kühlluft vom Lüfter 20 gekühlt. Deren Anordnung ist für den Fachmann leicht vorstellbar und leicht realisierbar.
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Wie aus dem Vergleich der 12 und 13 zu ersehen ist, ist das Abdeckteil 32 zweiteilig ausgebildet. Es besteht einerseits aus einem wesentlichen Hauptteil 34, der in 13 alleine dargestellt ist. Wie daraus zu erkennen ist, bildet der Hauptteil 34 einen wesentlichen Teil des haubenartigen Abschnitts 33, der sozusagen entlang einer Ebene abgetrennt ist, wie man auch aus der Unteransicht des gesamten Abdeckteils 32 aus 14 ersehen kann. Des Weiteren weist der Hauptteil 34 eine Aufnahme 35 für die Steckerträgerplatte 50 auf mit einer Auflagefläche 36 mit Haltevorsprüngen 37 an mehreren Stellen und einem bewegbaren Rastvorsprung 38. Wie aus einem Vergleich der 10 und 11 leicht zu ersehen ist, wird die Steckerträgerplatte 50 von rechts auf die Auflagefläche 36 aufgesetzt und dann zur linken Seite hin geschoben, also zum haubenartigen Abschnitt 33. Dabei greift sie unter die Haltevorsprünge 37, und der Rastvorsprung 38 übergreift ihr nach rechts weisendes Ende, siehe hierzu auch die 9. Durch das großflächige Aufliegen der Steckerträgerplatte 50 auf der Auflagefläche 36 und somit durch die Abstützung auf dem Abdeckteil 32, welches großflächig und stabil auf der Hauptplatine 30 und somit auch auf dem Kühlkörper 15 ruht, können Kräfte gut aufgefangen werden. Vor allem Druckkräfte beim Einstecken einer der Leiterplatten 28 an die Gegenstecker 51 der Steckerträgerplatte 50 können gut aufgefangen werden.
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Aus den 11 bis 14 ist gut zu erkennen, wie der Zusatzteil 41 sozusagen von vorne an den Hauptteil 34 angesetzt ist und sie so das komplette Abdeckteil 32 bilden, wobei er insbesondere auch den haubenartigen Abschnitt 33 verschließt. Hauptteil 34 und Zusatzteil 41 können dabei miteinander verbunden sein, beispielsweise über eine Reibschweißverbindung, Klemmverbindungen, Steckverbindungen odgl.. Da jedoch die hauptsächliche mechanische Tragefunktion des Abdeckteils 32 vom Hauptteil 34 ausgeführt wird, kann ein einfaches Montieren nebeneinander auf der Hauptplatine 30 unter Umständen auch schon ausreichen. Wie vor allem die 13 und 14 zeigen, ist die komplexe Form des Hauptteils 34 unter anderem auch gut dazu geeignet, eine hohe Eigenstabilität aufzuweisen.
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An dem Zusatzteil 41 ist vorne ein gebogener Kühlluftkanal 42 angeformt. Er ist nach unten offen, und durch eine nicht dargestellte Öffnung in der Hauptplatine 30 kann Kühlluft vom Lüfter 20 bzw. aus dem Kühlkörper 15 eintreten. Sie wird nach oben und sozusagen durch den Kühlluftkanal 42 geführt und in Richtung auf die Leiterplatten 28 zu ausgeblasen. Dort soll diese Kühlluft ein weiteres vorgenanntes zweites Bauteil kühlen, insbesondere ein Steuerbauteil bzw. einen FPGA 29.
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Der Grund für die zweiteilige Ausbildung des Abdeckteils 32 mit Hauptteil 34 und Zusatzteil 41 ist aus den 11 bis 14 leicht zu ersehen. Ein derart komplex ausgebildetes Kunststoffteil könnte wohl kaum durch einen Kunststoffspritzvorgang in einem Stück hergestellt werden bzw. dieses wäre erheblich zu aufwändig. Insbesondere der gebogene Kühlluftkanal 42 könnte wohl kaum so angeformt werden.
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An dem Hauptteil 34 ist im hinteren Bereich des haubenartigen Abschnitts 33 noch ein weiterer Haltezapfen 39c vorgesehen an einem gemäß 12 nach oben ansteigenden Abschnitt. An diesem Haltezapfen 39c kann beispielsweise das Gehäuse 13 des Umrichters 11 von oben angeschraubt werden. Alternativ können auch zusätzlich noch Leiterplatten 28 daran befestigt sein, insbesondere unten an dem ansteigenden Abschnitt. Das Abdeckteil 32, insbesondere der Hauptteil 34, weist teilweise eine gitterartige Rippenstruktur 40 auf seiner Oberseite auf. Dadurch kann die Oberseite des haubenartigen Abschnitts 33 auf an sich bekannte Art und Weise stabiler ausgebildet werden. Hier können beispielsweise auch Leiterplatten 28 nach unten abgestützt sein.
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Ein elektrischer Anschluss der Steckerträgerplatte 50 ist hier nicht dargestellt, kann aber leicht nach unten zu der Hauptplatine 30 erfolgen. Dafür könnte eventuell auch über die hinterste Leiterplatte 28c eine elektrische Verbindung erfolgen, die mit einer davor angeordneten Leiterplatte 28b oder 28a elektrisch verbunden ist.
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Aus beispielsweise der 11 ist zu ersehen, wie für einen linken Haltearm 44a entsprechend 8 zwei Haltezapfen 39a vorgesehen sein können. Darauf ist der mehrfach abgewinkelt ausgebildete Haltearm 44a mit einer Basis 45a aufgelegt und gegen Lösen gesichert. Eine beispielsweise aus 5 und 8 ersichtliche Schraube fixiert die Basis 45a und somit den Haltearm 44a dann endgültig, wobei diese Schraube vorteilhaft durch eine entsprechende Öffnung hindurch direkt an den Kühlkörper 15 angreifen kann. Alternativ kann sie auch direkt an dem Abdeckteil 32 angreifen.
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In ähnlicher Art und Weise ist im rechten Bereich des Abdeckteils 32 ein Haltezapfen 39b vorgesehen für einen rechten Haltearm 44b, der dort mit einer Basis 45b aufliegt. Auch er kann zusätzlich noch verschraubt sein, und zwar wieder entweder am Kühlkörper 15 oder direkt am Abdeckteil 32.
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Die Haltearme 44a und 44b sind die zuvor beschriebenen Haltebauteile. Sie sind vorteilhaft aus Metall bzw. Blech ausgebildet und somit sehr stabil. Der linke Haltearm 44a ist mit einem linken freien Endbereich 46a mit dem linken Anschlussblech 24a verbunden, insbesondere verschraubt. Ebenso können daran auch die linken Steckanschlüsse 25a angeschraubt sein zu ihrer Stabilisierung.
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Der rechte Haltearm 44b trägt unter anderem die mittleren Steckanschlüsse 25b, siehe 4, 5 und 7. So können auch diese Druck in Steckrichtung sowie in Löserichtung besser aufnehmen, nämlich über die Haltearme, als wenn dies nur über die Leiterplatten 28 erfolgen müsste, an welchen sie elektrisch angeschlossen sind.
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Der rechte Haltearm 44b weist zusätzlich auch noch in seinem mittleren Bereich ein nach hinten abgebogenes Leitblech 47b auf. Dieses dient dazu, von vorne kommende Kühlluft an den dahinterliegenden FPGA 29 umzuleiten. Diese Kühlluft kommt aus dem Kühlluftkanal 42 des Zusatzteils 41, wie zuvor beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2089962 B1 [0002]
- EP 2090146 B1 [0002]
