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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Modul eines Inverters für einen elektrischen Verdichter einer Klimaanlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des elektronischen Moduls sowie ein Verfahren zu dessen Anbringung an einem Verdichtergehäuse.
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Bisher sind modulare Inverter für elektrische Kompressoren bekannt, bei denen die Leistungsschalter auf einem metallischen Träger oder einem Substrat (IMS) montiert sind. Dieser Träger oder das Substrat sind integraler Bestandteil des modularen Inverters. Wird der modulare Inverter auf dem mechanischen Teil des Kompressors montiert, wird der metallische Träger oder das Substrat mit dem metallischen Gehäuse des Kompressors in engen thermischen Kontakt gebracht. Die Leistungsschalter werden also über den Träger über das Gehäuse zum kalten Sauggas hin erwärmt.
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Des Weiteren sind auch nichtmodulare Inverter bekannt. Bei diesen Konzepten werden die Leistungsschalter direkt auf dem Kompressorgehäuse montiert. Da zur Montage, zum Beispiel mittels Schrauben oder Klammern, freier Zugriff zu den Leistungsschaltern erforderlich ist, werden die Leistungsschalter, zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT), zunächst montiert, erst dann wird die Leitungsplatine des Inverters aufgelegt und die Leistungsschalter werden mit der Leitungsplatine verlötet.
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Die oben beschriebenen Konzepte weisen jeweils Nachteile auf. Bei modularen Invertern, bei denen die Leistungsschalter auf einem metallischen Träger oder einem Substrat montiert sind, kann nur eine indirekte Erwärmung der Leistungsschalter über zwei thermische Kontaktstellen realisiert werden.
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Der Wärmefluss geht vom Leistungsschalter über den Träger oder das Substrat über das Kompressorgehäuse ins kalte Sauggas. Der Träger oder das Substrat sind zusätzliche Bauteile. Bei der Montage eines solchen Inverters wird meistens eine zusätzliche Dichtung erforderlich und zwischen Substrat und Kompressorgehäuse beziehungsweise dem Träger und dem Kompressorgehäuse wird ein zweite, gut wärmeleitende Zwischenschicht aus einem Material zur Verbesserung des Wärmeübergangs notwendig. Auch zwischen Leistungsschalter und Träger oder Substrat ist bereits eine elektrisch isolierende, gut wärmeleitende Zwischenschicht erforderlich. Die axiale Bauhöhe eines solchen Inverters ist um die Dicke des Trägers oder des Substrats vergrößert. Das Konzept des nichtmodularen Inverters vermeidet den Nachteil des indirekten Wärmeübergangs und der Notwendigkeit für zwei Zwischeneinlagen von wärmeleitendem Material. Ebenso kann meist eine Dichtung eingespart werden. Allerdings muss der Inverter in der Kompressorfertigung, das heißt an der Kompressorlinie, zusammengebaut werden. Dies birgt die Gefahr von Lötfehlern aufgrund fehlender Reinraumbedingungen. Weiterhin können Verschmutzungen auf der Platine zu elektrischen Fehlern führen. Außerdem lassen sich nicht sowohl der mechanische Kompressorteil als auch der Iverter separat vorab auf ihre Funktion testen, was in höheren Kosten aufgrund von spät bemerktem Ausschuss resultiert. Die Reparaturmöglichkeit ist ebenso eingeschränkt, da ein nichtmodularer Inverter kaum demontiert werden kann.
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Aus der
DE 11 2014 002 168 T5 ist ein elektrischer Kompressor mit integriertem Wechselrichter bekannt, bei dem die Platine einer Wechselrichtervorrichtung unterteilt ist in: eine Hauptplatine mit einer Form und Größe, dass sie innerhalb eines Wechselrichter-Gehäuseabschnitts untergebracht sein kann; und eine Subplatine, die elektrisch mit der Hauptplatine verbunden ist. Die Hauptplatine ist an mindestens den vier Ecken an Vorsprungabschnitten befestigt und installiert und wird auch von elektrischen Komponenten, die an der Platine montiert sind, befestigt und gestützt. Die Subplatine hat eine aufweitende Form von der Vorderendseite zur Hinterendseite und ist an drei vorderen/hinteren Punkten in einem Freiraum unter der Hauptplatine an der Rückseite eines unteren Abschnitts, der von der Vorderseite des Wechselrichter-Gehäuseabschnitts zur Rückseite nach unten geneigt ist, an Vorsprungabschnitten befestigt und installiert.
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In der
US 2003 0200761 A1 ist eine integrierte Sammelschienenplatte und ein äußerer Rahmenabschnitt beschrieben, die in einer Doppeldeckstruktur angeordnet sind und zahlreiche Sammelschienen aufweisen, welche mit einem Harzformplattenabschnitt geformt sind. Die Sammelschienenplatte ist als eine Verdrahtung zum Verbinden von Leistungsschaltelementen und einem Glättungskondensator, die an einer äußeren Oberfläche einer zylindrischen Wand eines Motorgehäuses befestigt sind, mit einer als Steuerschaltung dienende Leiterplatte vorgesehen.
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Die
WO 2012 073423 A1 betrifft einen motorgetriebenen Kompressor, der einen Gehäusekörper umfasst, welcher eine Kompressionseinheit und einen die Kompressionseinheit antreibenden Elektromotor aufnimmt. Der Kompressor umfasst darüber hinaus eine Wechselrichtervorrichtung, die Gleichstromleistung in Mehrphasenwechselstromleistung umwandelt, um sie dem Elektromotor zuzuführen und eine Anzahl von Umdrehungen des Elektromotors zu steuern. Des Weiteren umfasst der Kompressor eine Wechselrichteraufnahmekammer, die mit einer Öffnung an dem Gehäusekörper vorgesehen ist, wobei die Wechselrichteraufnahmekammer die Wechselrichtervorrichtung aufnimmt, sowie eine Abdeckung, die die Öffnung blockiert und entfernbar an dem Gehäusekörper angebracht ist. Die Wechselrichtervorrichtung enthält ein Antriebsaggregat, das Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom umwandelt, um ihn an den Elektromotor anzulegen, eine Steuereinheit, die die an den Elektromotor anzulegende Wechselstromleistung steuert, und eine Filtereinheit, die einen Kondensator und/oder eine Spule enthält und das Rauschen der Wechselrichtervorrichtung unterdrückt, sowie mindestens eine Leistungseinheit.
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Die Steuereinheit und die Filtereinheit sind entfernbar an dem Gehäusekörper in der Wechselrichteraufnahmekammer befestigt, während die Leistungseinheit und/oder die Steuereinheit und/oder die Filtereinheit entfernbar an der Abdeckung befestigt ist/sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht insbesondere darin, die Vorteile von herkömmlichen modularen Invertern mit den Vorteilen von herkömmlichen nichtmodularen Invertern zu verbinden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen modularen Inverter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung stellt ein elektronisches Modul eines Inverters für einen elektrischen Verdichter einer Klimaanlage bereit. Dieses Modul umfasst eine Leiterkarte, einen oder mehrere Leistungshalbleiter, Stromschienen, mindestens einen Zwischenkreiskondensator, eine Filterspule zur Einhaltung der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV-Filterspule) sowie eine Stützstruktur. Die Stützstruktur weist einen äußeren Stützstrukturteil auf, welcher die Leiterkarte trägt und die notwendigen Befestigungseinrichtungen aufweist, um das elektronische Modul unter Nutzung von Befestigungselementen fest an ein Verdichtergehäuse entlang von Kontaktflächen der Stützstruktur, die in einer Basisebene liegen, anzubringen. Zusätzlich weist die Stützstruktur einen vom äußeren Stützstrukturteil umrahmten inneren Stützstrukturteil auf, welcher elastisch ausgebildet und/oder elastisch mit dem äußeren Stützstrukturteil verbunden ist, den einen oder die mehreren Leistungshalbleiter trägt und Befestigungseinrichtungen aufweist, die eine Befestigung des inneren Stützstrukturteils unter Nutzung von Befestigungselementen unabhängig von der Befestigung des äußeren Stützstrukturteils und der Leiterkarte am Verdichtergehäuse erlauben. Dabei werden die Kontaktflächen für die Befestigung des inneren Stützstrukturteils am Verdichtergehäuse wenigstens teilweise durch die Leistungshalbleiter gebildet, wobei die Kontaktflächen im unbefestigten Zustand aus der Basisebene herausragen. Die Kontaktflächen sind jedoch durch die elastische Ausbildung des inneren Stützstrukturteils und/oder von dessen Verbindung mit dem äußeren Stützstrukturteil in Richtung der Normalen, bezogen auf die Basisebene, verschiebbar, so dass eine Federwirkung erzielt und der erforderliche Kontaktdruck unmittelbar zwischen den Leistungshalbleitern und dem Verdichtergehäuse bereitgestellt werden kann.
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Der zusätzliche, innere Stützstrukturteil ist mit dem äußeren Stützstrukturteil elastisch verbunden. Die elastische Verbindung erlaubt vorteilhafterweise eine Bewegung in Richtung der Normalen, bezogen auf die Ebene der Leiterkarte (PCB). Auch der innere Stützstrukturteil weist vorzugsweise eine Vielzahl von Hohlräumen für die Aufnahme der Leistungshalbleiter sowie für das Ermöglichen einer Verschraubung des inneren Stützstrukturteils direkt an das Verdichtergehäuse geeignete Befestigungseinrichtungen auf. Das heißt, entweder die Leiterkarte besitzt geeignete Öffnungen, die eine Aufnahme für Schrauben des inneren Stützstrukturteils bereitstellen, oder der innere Stützstrukturteil weist Vorsprünge auf, die durch korrespondierende Öffnungen in der Leiterkarte hindurch ragen, wobei letztere Variante erlaubt, den inneren Stützstrukturteil von oberhalb der Leiterkarte an dieser festzuschrauben.
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Da der innere Stützstrukturteil zum äußeren Stützstrukturteil und zur Leiterkarte relativ beweglich ist, ist es möglich, den inneren Stützstrukturteil fast in die gleiche Position wie die Position bei der Endmontage zu bringen. Das Löten der Anschlussbeinchen der Leistungshalbleiter kann dann genau in dieser Position erfolgen, was durch ein geeignetes Montagehilfsmittel (Montagelehre) abgesichert werden kann.
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Nach der Endmontage des modularen Inverters an das Verdichtergehäuse können die Schrauben des äußeren Stützstrukturteils sowie die Schrauben des inneren Stützstrukturteils angezogen werden. Da das Löten bei den gleichen Bedingungen in der Montagelehre erfolgt, wird keine Spannung an den Lötverbindungen erzeugt.
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Um einen gleichmäßigen Kontaktdruck an allen Leistungshalbleitern zu erzeugen, ist der innere Stützstrukturteil vorteilhafterweise derart gestaltet, dass er eine relativ geringe Steifigkeit aufweist, so dass der innere Stützstrukturteil als Feder wirkt. Daher kann der innere Stützstrukturteil die Dicken-Toleranzen der Leistungshalbleitergehäuse kompensieren. Vorzugsweise ist der innere Stützstrukturteil aus Kunststoffmaterial gefertigt.
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Die Erfindung bietet gegenüber bisher bekannten Inverteranordnungen eine deutlich verbesserte Entwärmung der Leistungshalbleiter. Zudem ist eine Invertermontage unter Reinraumbedingungen, abseits der Kompressorlinie, möglich. Das Invertermodul kann für sich vorab auf seine Funktion getestet werden. Ebenso kann auch die axiale Bauhöhe der Inverteranordnung im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert werden.
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Die Erfindung führt insbesondere im Vergleich mit dem herkömmlichen modularen Konzept auch zu einer Einsparung hinsichtlich der Komplexität und Teileanzahl.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der mindestens eine Zwischenkreiskondensator und die EMV-Filterspule in den äußeren Stützstrukturteil eingebaut. Vorzugsweise ist die Ebene der Leiterkarte parallel zur Basisebene ausgerichtet. Die Bauteile, das heißt der oder die Leistungshalbleiter, Stromschienen, der mindestens eine Zwischenkreiskondensator und die EMV-Filterspule sind an die Leiterkarte selektiv gelötet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Befestigungseinrichtungen des äußeren Stützstrukturteils, die notwendig sind, um das elektronische Modul unter Nutzung von Befestigungselementen fest an ein Verdichtergehäuse anzubringen, metallische Hülsen. Die Leiterkarte liegt vorteilhafterweise auf den metallischen Hülsen des äußeren Stützstrukturteils auf. Der äußere Stützstrukturteil kann zudem Elemente zur Ausbildung einer Rast- oder Klemmverbindung mit dem Rand der Leiterkarte aufweisen. Die Befestigungseinrichtungen des inneren Stützstrukturteils, die eine Befestigung des inneren Stützstrukturteils unter Nutzung von Befestigungselementen unabhängig von der Befestigung des äußeren Stützstrukturteils und der Leiterkarte am Verdichtergehäuse erlauben, sind vorzugsweise metallische Hülsen, die die Leiterkarte durchragen.
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Zwischen dem inneren Stützstrukturteil und den Leistungshalbleitern besteht vorzugsweise Linienkontakt .
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Montage des oben beschriebenen elektronischen Moduls, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- a) Einfügen und/oder Einkleben einer EMV-Filterspule und mindestens eines Zwischenkreiskondensators in eine dafür ausgebildete Aufnahme auf dem äußeren Stützstrukturteil,
- b) eine provisorische Befestigung der Leiterkarte an dem äußeren Stützstrukturteil über eine Rast- oder Klemmverbindung,
- c) Einsetzen von Leistungshalbleitern und Stromschienen in dafür vorgesehene Aufnahmen innerhalb des inneren Stützstrukturteils,
- d) selektives Löten des Leistungshalbleiters, der Stromschienen, der EMV-Filterspule sowie des mindestens einen Zwischenkreiskondensators an die Leiterkarte.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Selektivlöten durchgeführt, während der äußere Stützstrukturteil und der innere Stützstrukturteil gegen die Basisebene gedrückt werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anbringung des oben beschriebenen elektronischen Moduls an ein Verdichtergehäuse, umfassend die Verfahrensschritte:
- a) Montage von elektrischen Anschlüssen an das Verdichtergehäuse,
- b) Drücken des zusammengebauten elektronischen Moduls auf das Verdichtergehäuse,
- c) Einführen von Befestigungselementen in Öffnungen in der Leiterkarte und in mit diesen deckungsgleiche Öffnungen der Befestigungseinrichtungen des äußeren Stützstrukturteils und Befestigung des elektronischen Moduls mittels der Befestigungselemente am Verdichtergehäuse,
- d) Einführen von Befestigungselementen durch Öffnungen der Befestigungseinrichtungen des inneren Stützstrukturteils und Befestigung des inneren Stützstrukturteils mittels dieser Befestigungselemente am Verdichtergehäuse.
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Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Aufbringens einer Dichtung und einer Abdeckung über das elektronische Modul umfassen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1A: eine schematische Darstellung eines elektronischen Moduls mit Leiterkarte und Stützstruktur in einer perspektivischen Ansicht von oben,
- 1 B: eine Draufsicht auf die Leiterkarte,
- 1C: eine Ansicht mit Blick auf die Stützstruktur von unten und auf eine Gruppe von Leistungshalbleitern,
- 2A: eine detaillierte Ansicht der Stützstruktur mit einem äußeren Stützstrukturteil und einem inneren Stützstrukturteil, Draufsicht,
- 2B: eine Seitenansicht des äußeren Stützstrukturteils und des inneren Stützstrukturteils entlang einer Längsseite,
- 3A: eine Schnittdarstellung des elektronischen Moduls mit Leiterkarte, Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate und Befestigungsmitteln entlang der Längsseite des äußeren Stützstrukturteils,
- 3B: eine Schnittdarstellung des elektronischen Moduls mit Leiterkarte, Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate und Befestigungsmitteln im Bereich des inneren Stützstrukturteils,
- 4A: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts eines Verfahrens zur Montage des elektronischen Moduls,
- 4B: eine schematische Darstellung eines zweiten Schritts des Verfahrens zur Montage des elektronischen Moduls,
- 4C: eine schematische Darstellung eines dritten Schritts des Verfahrens zur Montage des elektronischen Moduls,
- 4D: eine schematische Darstellung des montierten elektronischen Moduls nach dem dritten Verfahrensschritt,
- 4E: eine schematische Darstellung eines vierten Schritts des Verfahrens zur Montage des elektronischen Moduls, des Selektivlötens,
- 5A: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts der Montage des elektronischen Moduls an ein Verdichtergehäuse,
- 5B: eine schematische Darstellung eines zweiten Schritts der Montage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse,
- 5C: eine schematische Darstellung eines dritten Schritts der Montage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse,
- 5D: eine schematische Darstellung eines vierten Schritts der Montage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse,
- 5E: eine schematische Darstellung eines fünften Schritts der Montage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse,
- 5F: eine schematische Darstellung eines sechsten Schritts der Montage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse,
- 5G: eine schematische Darstellung des an das Verdichtergehäuse montierten elektronischen Moduls.
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Die 1A, 1 B und 1C zeigen schematisch den prinzipiellen Aufbau von einem elektronischen Modul 1 eines Inverters für einen elektrischen Verdichter, welches eine Stützstruktur 2, eine Leiterkarte 3 (PCB), Leistungshalbleiter 4, wie Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), sowie eine EMV-Filterspule und Zwischenkreiskondensatoren (in den 1A bis C nicht sichtbar) umfasst. Gegebenenfalls enthält ein solches elektronisches Modul auch ein Wärmeleitpad (Gap Pad). Alle Bauteile sind selektiv gelötet. Die Leiterkarte 3 wird über eine Mehrzahl von Haken 5 als Befestigungsmittel, die jeweils eine Rast- oder Klemmverbindung mit dem Rand 6 der Leiterkarte 3 eingehen, provisorisch an der Stützstruktur 2 befestigt.
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Die 1A das elektronische Modul 1 mit Leiterkarte 3 und Stützstruktur 2 in einer perspektivischen Ansicht von oben, das heißt mit Blick auf die Leiterkarte 3. Die Leiterkarte 3 weist mehrere Öffnungen 7a, 7b auf, wobei sich zwei Gruppen von Öffnungen 7a, 7b hinsichtlich ihrer Position auf der Leiterkarte prinzipiell voneinander unterscheiden. Die erste Gruppe umfasst insgesamt sechs Öffnungen 7a, die im Vergleich zu einer zweiten Gruppe von insgesamt vier Öffnungen 7b jeweils näher am Rand 6 der Leiterkarte 3 und eines äußeren Randes 8 der Stützstruktur 2 platziert ist.
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Wie 1A und 1B zeigen, weisen die Öffnungen 7a der ersten Gruppe zudem einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Öffnungen 7b der zweiten Gruppe auf. Das ist dadurch begründet, dass in die Öffnungen 7a der ersten Gruppe für die Einführung von Befestigungselementen 9a in Form von Schrauben 9a vorgesehen sind, wobei diese Öffnungen 7a nicht größer sein dürfen als der Schraubenkopf, der als Anschlag und/oder Anpressfläche gegen die gelochte Leiterkarte 3 dient. Die zweite Gruppe von Öffnungen 7b wird dagegen von Hülsen 10 durchragt, die als Befestigungseinrichtungen, nämlich zur Führung und Abstützung von Befestigungselementen, vorgesehen sind. Die Befestigungselemente liegen gemäß der 1A in Form von Schrauben 9b vor, deren Schraubenkopf jeweils kleiner als die Öffnungen 7b ist und als Anschlag und/oder Anpressfläche nicht gegen die Leiterkarte 3, sondern gegen die jeweilige obere Stirnseite der Hülse 10 gepresst wird.
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Die 1C zeigt eine Ansicht mit Blick auf die Stützstruktur 2 von unten, wobei die eingebauten Leistungshalbleiter 4 sichtbar sind. Deckungsgleich mit der ersten Gruppe der Öffnungen 7a sind sechs weitere Hülsen 11 angeordnet, die ebenfalls Befestigungseinrichtungen darstellen, die zur Führung der Schrauben und gleichzeitig zum Abstützen der Leiterkarte vorgesehen sind. Die vier weiter innen platzierten Hülsen 10 sind in dem Bereich der Stützstruktur 2 positioniert, in dem die Leistungshalbleiter 4 und Stromschienen 12 eingebaut sind.
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Die 2A zeigt den Aufbau der Stützstruktur 2 für das elektronische Modul, wobei die Stützstruktur 2 als Kunststoffträger ausgebildet ist. Die Stützstruktur 2 umfasst dabei einen ersten, äußeren Stützstrukturteil 2a und einen vom äußeren Stützstrukturteil umrahmten zweiten, inneren Stützstrukturteil 2b. Der äußere Stützstrukturteil 2a und der innere Stützstrukturteil 2b sind dabei durch einen den inneren Stützstrukturteil 2b umrandenden Schlitz 13 voneinander getrennt. Die Verbindung des inneren Stützstrukturteils 2b mit dem äußeren Stützstrukturteil 2a erfolgt an mehreren Stellen durch elastische Elemente in Form von Laschen 14. In der gezeigten Ausführungsform sind die Laschen 14 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks an dem inneren Stützstrukturteil 2b einerseits und dem äußeren Stützstrukturteil 2a andererseits befestigt. Der äußere Stützstrukturteil 2a fungiert als Träger für die Leiterkarte 3, die EMV-Filterspule und den Zwischenkreiskondensator. Der innere Stützstrukturteil 2b ist als Träger für die IGBTs und Stromschienen vorgesehen.
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Der äußere Stützstrukturteil 2a weist, wie bereits erwähnt, eine Mehrzahl metallischer Hülsen 11 auf, durch die die Befestigungselemente, vorzugsweise Schrauben, zur Befestigung des äußeren Stützstrukturteils 2a und der Leiterkarte 3 am Verdichtergehäuse eingeführt werden können.
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Der innere Stützstrukturteil 2b weist, wie bereits erwähnt, ebenfalls metallische Hülsen 10 auf, die im Gegensatz zu den Hülsen 11 des äußeren Stützstrukturteils 2a dafür vorgesehen sind, die Leiterkarte zu durchdringen, und durch die Befestigungselemente, zum Beispiel Schrauben, zur Befestigung des inneren Stützstrukturteils 2b am Verdichtergehäuse eingeführt werden können. Dadurch, dass die metallischen Hülsen 10 des inneren Stützstrukturteils 2b die Leiterkarte durchdringen, kann der innere Stützstrukturteil 2b unabhängig von der Leiterkarte und auch unabhängig vom äußeren Stützstrukturteil 2a an das Verdichtergehäuse befestigt beziehungsweise geschraubt werden. Durch die Haken 5, siehe auch 1A, kann die Leiterkarte 3 während eines selektiven Lötens und bis zur Endmontage des elektronischen Moduls an das Verdichtergehäuse provisorisch befestigt werden.
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Im Grundzustand der Stützstruktur 2, das heißt vor der Anbringung an einem Gehäuse, ragt der innere Stützstrukturteil 2b aus dem äußeren Stützstrukturteil 2a heraus, wie die 2B zeigt. Genauer gesagt, ragt der innere Stützstrukturteil 2b aus einer Basisebene 15 der Stützstruktur 2 heraus, wobei die Basisebene 15 einer Ebene entspricht, entlang der die Stützstruktur 2 an ein Verdichtergehäuse angebracht wird. Die Position des inneren Stützstrukturteils 2b, verbunden mit der elastischen Anbringung des inneren Stützstrukturteils 2b am äußeren Stützstrukturteil 2a, führt dazu, dass eine geringe Kraft erforderlich ist, die in Richtung der Normalen, bezogen auf die Basisebene 15, aufgewendet werden muss, um das Stützstrukturteil 2 an dem Verdichtergehäuse anzubringen. Der innere Stützstrukturteil 2b als zusätzlicher Stützstrukturteil stellt durch seine aus der Basisebene 15 und dem äußeren Stützstrukturteil 2a herausragende Position einerseits und seine elastische Anbringung am äußeren Stützstrukturteil 2a andererseits somit den Kontaktdruck bereit, der unmittelbar zwischen den Leistungshalbleitern, welche innerhalb des inneren Stützstrukturteils 2b angeordnet sind, und dem Verdichtergehäuse erforderlich ist.
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Die 3A zeigt das elektronische Modul 1, das an einem Verdichtergehäuse befestigt ist, welches in Form der Basisebene 15 schematisch nur dargestellt ist. Schrauben 9a als Befestigungselemente des äußeren Stützstrukturteils 2a verbinden schließlich den äußeren Stützstrukturteil 2a und die Leiterkarte 3 mit dem Verdichtergehäuse. Die Schrauben 9a werden dabei durch metallische Hülsen 11 des äußeren Stützstrukturteils 2a eingeführt, auf deren oberer Stirnseite, wie anhand der Schnittdarstellung einer metallischen Hülse 11 gezeigt, die Leiterkarte 3 aufliegt. Die metallischen Hülsen 11 liegen mit ihrer jeweils gegenüberliegenden Stirnseite an der Basisebene 15 an.
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Metallische Hülsen 10 des inneren Stützstrukturteils 2b durchdringen die Leiterkarte 3, so dass der innere Stützstrukturteil 2b unabhängig vom äußeren Stützstrukturteil 2a an das Verdichtergehäuse geschraubt werden kann.
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Die 3B enthält eine Schnittdarstellung des elektronischen Moduls 1 im Bereich des inneren Stützstrukturteils 2b mit Leiterkarte 3, Leistungshalbleitern 4 in Form von Bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (IGTBs), mit Befestigungselementen in Form von Schrauben 9b, sowie Befestigungseinrichtungen in Form von metallischen Hülsen 10 zum Führungen und Abstützen dieser Befestigungslemente. In der Schnittdarstellung ist zu sehen, wie die metallischen Hülsen 10 als Führungs- und Abstützelemente des inneren Stützstrukturteils 2b die Leiterkarte 3 durchragen.
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Die Schrauben 9b des inneren Stützstrukturteils 2b, die durch die metallischen Hülsen 10 eingeführt werden, erzeugen allein die Kontaktkraft zwischen den Leistungshalbleitern 4, das heißt den IGBTs, und dem metallischen Verdichtergehäuse, dargestellt durch die Basisebene 15. Dabei besteht Linienkontakt zwischen dem inneren Stützstrukturteil 2b und den Leistungshalbleitern 4, den IGBTs, wobei der innere Stützstrukturteil 2b, aus Kunststoff bestehend, als Kunststofffeder wirkt.
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Die Figuren 4A bis 4E stellen den Ablauf der Montage des elektronischen Moduls 1 vor dessen später gezeigter Anbringung an einem Verdichtergehäuse schematisch dar.
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Dabei zeigt die 4A einen ersten Schritt, das Einfügen beziehungsweise Einkleben einer EMV-Filterspule 16 und eines Zwischenkreiskondensators 17 in eine dafür ausgebildete Aufnahme 18 auf einer Oberseite des äußeren Stützstrukturteils 2a.
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Die 4B zeigt den zweiten Schritt des Verfahrens der Montage, nämlich eine provisorische Befestigung der Leiterkarte 3 im äußeren Stützstrukturteil 2a durch Einklicken in die Haken 5, die am oberen Rand 8 des äußeren Stützstrukturteils 2a angeordnet sind.
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In einem dritten Schritt des Verfahrens der Montage, der in 4C dargestellt ist, werden Leistungshalbleiter 4, zum Beispiel IGBTs, und Stromschienen 12 in dafür vorgesehene taschenartige Aufnahmen 19 innerhalb eines inneren Stützstrukturteils 2b eingesetzt, wobei sich die taschenartigen Aufnahmen 19, bezogen auf die Oberseite des äußeren Stützstrukturteils 2a, auf der Rückseite befinden.
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Die 4D zeigt eine schematische Darstellung des montierten elektronischen Moduls nach dem dritten Verfahrensschritt. Zu beachten ist, dass der innere Stützstrukturteil mit den Leistungshalbleitern 4, in diesem Falle den IGBTs, und den Stromschienen 12, aus der Basisebene des äußeren Stützstrukturteils 2a herausragt.
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Im vierten Schritt werden Leistungshalbleiter 4, Stromschienen, die EMV-Filterspule sowie der Zwischenkreiskondensator selektiv an die Leiterkarte 3 gelötet. Das Selektivlöten wird durchgeführt, während der äußere Stützstrukturteil 2a und der innere Stützstrukturteil 2b gegen die Basisebene 15 gedrückt werden. Eine solche Verfahrensweise stellt sicher, dass an den Lötpunkten keine Spannung erzeugt wird, wenn das elektronische Modul 1 an ein Verdichtergehäuse, zum Beispiel eines Verdichters, montiert wird. Das gelötete elektronische Modul 1 ist in der 4E schematisch dargestellt.
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Die Figuren 5A bis 5G zeigen schematisch ein Verfahren zur Montage des oben beschriebenen elektronischen Moduls an einem Verdichtergehäuse 20.
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Dabei wird in 5A der erste Schritt, die Montage von elektrischen Anschlüssen 21 an das Verdichtergehäuse 20 gezeigt.
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Im zweiten Schritt, siehe 5B, wird dann das zusammengebaute elektronische Modul 1 auf das Verdichtergehäuse 20 gedrückt.
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In einem dritten Schritt, gezeigt in 5C, werden Befestigungselemente, im gezeigten Beispiel insgesamt sechs Schrauben 9a, von oben in Öffnungen in der Leiterkarte 3, die deckungsgleich mit den Öffnungen der bereits genannten metallischen Hülsen 11 des äußeren Stützstrukturteils 2a sind, auf denen die Leiterkarte 3 aufliegt, wodurch ein Durchgang durch die Leiterkarte 3 und der äußere Stützstrukturteil 2a zum Verdichtergehäuse 20 bereitgestellt wird, eingeführt, und das elektronische Modul 1 wird mittels der Schrauben 9a am Verdichtergehäuse 20 befestigt.
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Anschließend werden in einem weiteren, vierten Schritt, gezeigt in 5D, Befestigungselemente in Form von vier Schrauben 9b, von oben durch Öffnungen des inneren Stützstrukturteils 2b, vorzugsweise Öffnungen der bereits genannten, die Leiterkarte 3 durchdringenden Hülsen 10, die ebenfalls einen Durchgang zum Verdichtergehäuse 20 bereitstellen, in das Verdichtergehäuse 20 eingeführt und angezogen, womit der innere Stützstrukturteil 2b des elektronischen Moduls 1 mittels dieser Befestigungselemente am metallischen Verdichtergehäuse 20 befestigt beziehungsweise verschraubt wird.
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Danach erfolgt in einem fünften Schritt, der in 5E gezeigt ist, die Befestigung von Hochvolt-Busleitungen mittels Kabelschuhen 22 und zwei Schrauben 9c an die Leiterkarte 3. Über eine Klickverbindung kann der Logikteil der Leiterkarte mit einem Logik-Anschlussstecker verbunden werden.
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Der sechste Schritt, gezeigt in 5F, beinhaltet das Aufbringen einer Dichtung 23 für eine Abdeckung 24 des elektronischen Moduls 1, das Aufbringen der Abdeckung 24 sowie die Befestigung der Abdeckung 24. Die Dichtung 23, die im Wesentlichen der Form einer unteren Kante der Abdeckung 24 entspricht, wird derart auf das metallische Gehäuse gelegt, dass die Dichtung 23 das bereits befestigte äußere Stützstrukturteil 2a des elektrischen Moduls 1 umringt. Die Dichtung 23, die aus einem elastischen Material gefertigt ist, weist mehrere, über die gesamte Dichtung 23 verteilte Ösen 25 aus dem elastischen Material der Dichtung 23 auf, durch die jeweils ein Befestigungselement, im gezeigten Beispiel eine Schraube 9d, in das metallische Verdichtergehäuse 20 eingeführt werden kann. Die Abdeckung 24 wird ebenfalls auf das metallische Verdichtergehäuse 20, genauer gesagt, mit ihrer unteren Kante auf die Dichtung 23 aufgelegt, wobei die Abdeckung 24 mehrere durchgehende Bohrungen 26 aufweist, die in deckungsgleiche Position mit den Ösen 25 der Dichtung 23 gebracht werden. Durch die Bohrungen 26 und die deckungsgleichen Ösen 25 werden die Schrauben 9d als Befestigungselemente in das metallische Verdichtergehäuse 20 eingeführt und angezogen.
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Die 5G zeigt schließlich den vollständigen Zusammenbau des metallischen Verdichtergehäuses 20 und des an diesem befestigten, mit der Abdeckung 24 abgedeckten und mit der Dichtung 23 abgedichteten elektronischen Moduls.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektronisches Modul, Invertermodul
- 2
- Stützstruktur
- 2a
- erstes, äußeres Stützstrukturteil
- 2b
- zweites, inneres Stützstrukturteil
- 3
- Leiterkarte
- 4
- Leistungshalbleiter
- 5
- Haken
- 6
- Rand der Leiterkarte
- 7a
- Öffnungen in der Leiterkarte
- 7b
- Öffnungen in der Leiterkarte
- 8
- äußerer Rand der Stützstruktur
- 9a
- Befestigungselemente zur Befestigung des äußeren Stützstrukturteils, Schrauben
- 9b
- Befestigungselemente zur Befestigung des inneren Stützstrukturteils, Schrauben
- 9c
- Befestigungselemente zum Anschluss des Hochvoltbus mittels Kabelschuhen, Schrauben
- 9d
- Befestigungselemente zur Befestigung der Abdeckung, Schrauben
- 10
- metallische Hülse des inneren Stützstrukturteils
- 11
- metallische Hülse des äußeren Stützstrukturteils
- 12
- Stromschienen
- 13
- Schlitz
- 14
- Lasche
- 15
- Basisebene
- 16
- EMV-Filterspule
- 17
- Zwischenkreiskondensator
- 18
- Aufnahme für EMV-Filterspule und Zwischenkreiskondensator
- 19
- taschenartige Aufnahmen im inneren Stützstrukturteil
- 20
- Verdichtergehäuse
- 21
- elektrische Anschlüsse
- 22
- Kabelschuhe
- 23
- Dichtung
- 24
- Abdeckung
- 25
- Ösen
- 26
- Bohrung in der Abdeckung
