DE102019126532B3

DE102019126532B3 - Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters und Verfahren zum Montieren der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019126532B3
Application number: DE102019126532.0A
Authority: DE
Inventors: Tim Münch; Bernadette Goebbels; Martin Westerhoff
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: WO2021066371A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (3) zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor. Die Vorrichtung (3) ist mit einem Gehäuse (2) mit einer Kühlfläche (16) und einer Anordnung (5) zur Stromversorgung ausgebildet. Die Anordnung (5) weist mindestens ein Schaltelement (11, 11a) sowie ein Trägerelement (13) mit einer Umfangswandung (13c) auf und ist mit der Umfangswandung (13c) im Bereich der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) am Gehäuse (2) anliegend angeordnet. Die Umfangswandung (13c) des Trägerelements (13) ist eine Durchgangsöffnung (13a) umschließend ausgebildet. Dabei ist das mindestens eine Schaltelement (11, 11 a) innerhalb der Durchgangsöffnung (13a) sowie im Bereich der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) am Gehäuse (2) anliegend angeordnet. Die Anordnung (5) zur Stromversorgung weist zudem mindestens ein am Trägerelement (13) angeordnetes Federelement (20) zum Anpressen des mindestens einen Schaltelements (11, 11a) an die Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) auf.Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Montieren der Vorrichtung (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben eines Verdichters zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, speziell eines Kältemittels. Die Vorrichtung ist mit einem Gehäuse mit einer Kühlfläche und einer Anordnung zur Stromversorgung ausgebildet. Die Anordnung weist mindestens ein Schaltelement sowie ein Trägerelement mit einer Umfangswandung auf und liegt mit der Umfangswandung im Bereich der Kühlfläche des Gehäuses am Gehäuse an. Der Verdichter kann im Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Montieren der Vorrichtung zum Antreiben des Verdichters eines dampfförmigen Fluids.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Riemenscheibe oder elektrisch angetrieben.
Ein elektrisch angetriebener Verdichter weist neben dem Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Verdichtungsmechanismus einen elektronischen Wechselrichter zum Antreiben des Elektromotors auf. Der Wechselrichter dient zum Umwandeln von Gleichstrom einer Fahrzeugbatterie in Wechselstrom, welcher dem Elektromotor durch elektrische Verbindungen zugeführt wird und ist über elektrische Anschlüsse mit dem Elektromotor verbunden.
Der Wechselrichter weist eine Leiterplatte mit daran angeordneten Schaltelementen, wie Leistungstransistoren, auf, welche in der Gesamtheit eine Schaltvorrichtung des Verdichters bilden. Die Leistungstransistoren eines Wechselrichters, auch als Leistungsschalter bezeichnet, erzeugen aufgrund von Schaltverlusten und Leitverlusten Wärme, welche von den Transistoren abzuführen ist, um eine maximale Temperatur der Leistungstransistoren zu begrenzen. Die Verlustwärme, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichters, ist idealerweise an das Kältemittel zu übertragen. Dabei sind die Leistungstransistoren vorteilhafterweise an einer Außenseite des Gehäuses des Verdichters, das Gehäuse wärmeleitend kontaktierend, anzuordnen. Die Leistungstransistoren sollten im Bereich der geringsten Temperatur des Gehäuses mit dem Gehäuse verbunden sein, welcher sich regelmäßig im Bereich der Ansaugöffnung des Kältemittels in den Verdichter befindet.
Der Bereich der geringsten Temperatur des Gehäuses wird im Folgenden auch als Kühlfläche des Gehäuses, speziell des Motorgehäuses, bezeichnet. Die Leistungstransistoren können dabei direkt an der Kühlfläche, die Kühlfläche wärmeleitend kontaktierend, fixiert sein. Jeder Leistungstransistor ist mit der Kühlfläche des Gehäuses thermisch zu kontaktieren.
Ein guter thermischer Kontakt kann beispielsweise über angepasste Oberflächenrauigkeiten hergestellt werden. Dabei sind insbesondere Lufteinschlüsse zwischen dem jeweiligen Leistungstransistor und der Kühlfläche des Gehäuses zu vermeiden, welche die Wärmeübertragung zwischen den Komponenten vermindern.
Herkömmlich werden thermische Schnittstellenmaterialien, wie Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolien, verwendet, um einen guten thermischen Kontakt zu gewährleisten und dabei auch die erwähnten Lufteinschlüsse zu vermeiden. Zudem kann ein bestimmter Permanentdruck auf die Leistungstransistoren ausgeübt werden, welche folglich an die Kühlfläche des Gehäuses gedrückt werden, um damit jeweils den Wärmewiderstand zwischen der Kühlfläche und dem Leistungstransistor zu verringern. Neben dem thermischen Kontakt dient der Druck auf die Transistoren auch einer vibrationsfesten Anordnung der Transistoren beziehungsweise des Wechselrichters am Gehäuse.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die in Richtung der Kühlfläche des Gehäuses wirkende Druckkraft durch eine direkte Schraubverbindung beziehungsweise durch ein Verklemmen, beispielsweise mittels Federelementen, aufzubringen. Bei der Montage der Leistungstransistoren an der Kühlfläche des Gehäuses, unter möglicher Anordnung thermischer Schnittstellenmaterialien zwischen den Leistungstransistoren und der Kühlfläche, werden die Transistoren mit dem Gehäuse, insbesondere der Kühlfläche des Gehäuses, verschraubt oder verklemmt. Nach dem Fixieren der Leistungstransistoren wird beispielsweise eine Leiterplatte aufgesteckt. Dabei können die Anschlüsse der Transistoren die Leiterplatte durchkontaktierend angeordnet und mit der Leiterplatte verlötet werden.
Herkömmlich werden die Leistungstransistoren einzeln an der Kühlfläche des Gehäuses angeschraubt. Das Verschrauben der einzelnen Leistungstransistoren mit der Kühlfläche des Gehäuses erfordert einen sehr hohen Montageaufwand, auch da neben jeder Schraube, eine Unterlegscheibe zur Kraftverteilung sowie ein Isolationsring eingesetzt werden. Mit den in den bekannten Wechselrichtern angeordneten sechs Leistungstransistoren ergibt sich eine sehr hohe Anzahl von Einzelkomponenten. Zudem werden die Leistungstransistoren nach dem Verschrauben durch Löten mit der Leiterplatte verbunden, sodass der Zugang zu den Schrauben verdeckt ist. Die Schrauben sind unterhalb der Leiterplatte angeordnet.
Dabei kann jede Schraube durch eine Hülse, insbesondere eine Metallhülse, hindurchgeführt angeordnet sein, um ein Verschrauben der Leistungstransistoren oberhalb der Leiterplatte zu ermöglichen. Die Schrauben sind durch die Leiterplatte hindurchgesteckt derart angeordnet, dass die Schraubenköpfe auch nach dem Montieren der Leiterplatte zugänglich sind. Allerdings verursachen die Metallhülsen zusätzliche Kosten und einen höheren Montageaufwand, insbesondere wenn die Hülsen freistehend angeordnet sind anstatt durch ein zusätzliches Halteelement fixiert zu werden.
Des Weiteren ist es bekannt, einen Kunststoffrahmen zum Andrücken der Leistungstransistoren an die Kühlfläche des Gehäuses zu nutzen. Dabei sind die Hülsen mit den Stirnseiten einerseits mit einer Schraube, insbesondere dem Schraubenkopf, und andererseits mit dem Kunststoffträger kontaktiert angeordnet. Damit wird die Anpresskraft von den Schrauben an die Hülsen und über den Kunststoffrahmen auf die Leistungstransistoren übertragen, welche gegen die Kühlfläche des Gehäuses gedrückt werden. Allerdings führt der Kraftverlauf innerhalb des Kunststoffrahmens abhängig von der Zeit und der Temperatur zum Fließen des Kunststoffs, sodass die auf die Leistungstransistoren wirkende Kraft geringer wird und möglicherweise der minimal notwendige Anpressdruck der Leistungstransistoren an die Kühlfläche des Gehäuses nicht gewährleistet ist. Lediglich mit dem Einsatz kostenintensiver Spezialkunststoffe kann diesem Effekt entgegengewirkt werden.
Der Anpressdruck steht in direktem Zusammenhang mit der vom Leistungstransistor an die Kühlfläche des Gehäuses übertragbaren Wärmeleistung. Ein sich zu stark verringernder Anpressdruck kann zum Überhitzen eines oder mehrerer Leistungstransistoren und damit zum Ausfallen der Elektronik sowie folglich des Verdichters führen.
In der US 2017 0167480 A1 ist ein elektrisch angetriebener KältemittelVerdichter mit einem Hauptgehäuse mit einer Ansaugkammer für das Kältemittel und einem Wechselrichtergehäuse mit einer inneren Auflagefläche, welche angrenzend an die Ansaugkammer ausgebildet ist, offenbart. Dabei ist ein Wechselrichterelement mit einer Fläche an der inneren Auflagefläche angeordnet, um Wärme an das Hauptgehäuse zu übertragen. Der Verdichter weist zudem eine Wärmeableitungsabdeckung auf, welche einerseits in Richtung des Hauptgehäuses angeordnet und andererseits einer Oberfläche des Wechselrichterelements zugewandt ist und das Wechselrichterelement umschließt. Das Wechselrichterelement ist innerhalb eines Aufnahmeraums der Wärmeableitungsabdeckung angeordnet.
Aus der JP 2015-090071 A geht ein elektrisch angetriebener Kältemittelverdichter mit einer Ansteuerschaltung hervor. Die in einem mit vom Verdichter angesaugten Kältemittel durchströmten Volumen angeordnete Ansteuerschaltung weist einen Kühlkörper zur Wärmeübertragung von einem Leistungselement an das Kältemittel auf. Die Ansteuerschaltung ist von einem Speicherelement umgeben.
In der DE 197 23 664 A1 wird eine Steuereinheit für einen Elektromotor mit einer Basis in Form einer flachen Schale aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff beschrieben, in welche eine mit gedruckten Schaltungen versehene und wenigstens einen freitragend daran angebrachten Leistungstransistor tragende Platine eingesetzt ist.
In der DE 197 56 186 C1 ist eine elektromotorisch angetriebene Pumpe, insbesondere für die Servolenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem zumindest in einem Teilbereich aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildeten Pumpengehäuse gezeigt. Das zu fördernde Medium durchströmt den Teilbereich des Pumpengehäuses, in oder an welchem der Elektromotor und eine Ansteuerelektronik angeordnet sind. Dabei sind ein oder mehrere Leistungshalbleiter der Ansteuerelektronik zur Kühlung mit dem Teilbereich aus gut wärmeleitendem Material des Pumpengehäuses kontaktiert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung und Verbesserung eines Wechselrichters für eine Vorrichtung zum Antreiben eines elektrisch angetriebenen Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors, welche sich auch auf einfache Weise und damit zeitsparend montieren lässt. Dabei soll mit einer optimalen Wärmeübertragung eine maximale Wärme von den Leistungstransistoren abführbar, insbesondere an das im Verdichter zu verdichtende Fluid übertragbar sein. Die Vorrichtung soll dabei konstruktiv einfach realisierbar und einfach herstellbar sein, auch um Kosten bei der Herstellung zu minimieren. Die Anordnung soll einen sicheren Betrieb der Vorrichtung bei einer maximalen Lebensdauer ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor, gelöst. Die Vorrichtung ist mit einem Gehäuse mit einer Kühlfläche und einer Anordnung zur Stromversorgung ausgebildet. Die Anordnung weist mindestens ein Schaltelement sowie ein Trägerelement mit einer Umfangswandung auf. Die vorzugsweise als ein Drei-Phasen-Wechselrichter ausgebildete Anordnung zur Stromversorgung liegt mit der Umfangswandung im Bereich der Kühlfläche des Gehäuses am Gehäuse an.
Nach der Konzeption der Erfindung ist die Umfangswandung des vorteilhaft aus einem Metall ausgebildeten Trägerelements eine Durchgangsöffnung umschließend ausgebildet. Dabei ist das mindestens eine Schaltelement innerhalb der Durchgangsöffnung des Trägerelements sowie im Bereich der Kühlfläche des Gehäuses am Gehäuse anliegend angeordnet. Die Anordnung zur Stromversorgung weist mindestens ein am Trägerelement angeordnetes Federelement zum Anpressen des mindestens einen Schaltelements an die Kühlfläche des Gehäuses auf. Das Schaltelement ist vorzugsweise als ein Leistungstransistor ausgebildet.
Das Trägerelement und das Gehäuse können alternativ entweder als getrennte Komponenten oder einstückig und damit als eine einteilige Komponente ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Trägerelement Halterungen zum Befestigen und Halten des mindestens einen Federelements auf. Dabei sind die Halterungen vorteilhaft als Stege ausgebildet, welche sich ausgehend von der Umfangswandung in die Durchgangsöffnung hinein, insbesondere jeweils orthogonal zur Umfangswandung ausgerichtet, erstrecken.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement in der Form eines Scheibenrings, insbesondere vollumfänglich beziehungsweise umlaufend geschlossen, ausgebildet. Unter einem Scheibenring beziehungsweise einer Ringscheibe ist dabei eine zumindest in der Ausgangsform zylindrische, ebene Komponente zu verstehen, deren Ausdehnungen in der Ebene um ein Vielfaches höher ist als die Ausdehnung senkrecht zur besagten Ebene, insbesondere die Dicke oder Höhe des Zylinders. Die zumindest in der Ausgangsform ebene Komponente weist eine Ausnehmung in Form einer die Ebene durchbrechenden Öffnung auf, welche umfänglich umschlossen ist und insbesondere vollumfänglich umschlossen sein kann. Der derart ausgebildete Rand ist im Verhältnis zur mittigen Ausnehmung wesentlich schmaler. Der Scheibenring und die Ausnehmung können dabei jeweils frei gestaltete Außenformen aufweisen und sind keinesfalls auf eine bestimmte Form, wie einen Kreiszylinder, insbesondere Hohlkreiszylinder, beschränkt. Dabei wäre beispielsweise auch eine rechteckige Form möglich, in welcher jeweils drei Schaltelemente benachbart in einer ersten Richtung und in zwei Reihen benachbart in einer zweiten Richtung zueinander angeordnet sind. Die Form des Federelements ist folglich der Anordnung der Schaltelemente angepasst.
Der Scheibenring kann im Weiteren aus der Ebene heraus verformt sein und mit zusätzlichen Ausnehmungen beziehungsweise Anformungen versehen sein.
Das Federelement weist vorzugsweise mindestens zwei Abschnitte jeweils mit einer Lasche und mindestens einen Abschnitt mit mindestens einem Streifenelement auf. Dabei sind die mit der Lasche ausgebildeten Abschnitte jeweils benachbart zu einem Abschnitt mit dem Streifenelement angeordnet.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jede Lasche des Federelements an einem freien Ende mit einer Durchgangsöffnung zum Fixieren des Federelements am Trägerelement ausgebildet sowie an einem zum freien Ende distal ausgebildeten Ende mit dem Scheibenring des Federelements verbunden ist.
Die Laschen können dabei jeweils aus einer Ebene des Scheibenrings hervorragend ausgebildet und im Bereich der Durchgangsöffnungen in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet angeordnet sein, welche parallel und beabstandet zur Ebene des Scheibenrings aufgespannt ist, sodass die Querschnitte der Durchgangsöffnungen folglich in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet sind. Die Laschen sind an dem mit der Durchgangsöffnung versehenen freien Ende vorzugsweise in einem bestimmten Winkel, beispielsweise im Bereich von 60° bis 90°, speziell im Wesentlichen einem rechten Winkel, insbesondere nach außen, umgebogen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragt das mindestens eine Streifenelement an einem freien Ende aus einer Ebene des Scheibenrings hervor und ist an einem zum freien Ende distal ausgebildeten Ende mit dem Scheibenring des Federelements verbunden. Dabei sind die Laschen bevorzugt jeweils zu einer ersten Seite aus einer Ebene des Scheibenrings und das mindestens eine Streifenelement an einem freien Ende zu einer zweiten Seite aus der Ebene des Scheibenrings hervorragend ausgerichtet. Das freie Ende des mindestens einen Streifenelements und die Laschen mit den Durchgangsöffnungen ragen folglich in entgegengesetzter Richtung, insbesondere jeweils orthogonal, aus der Ebene des Scheibenrings hervor. Das Streifenelement kann in einem bestimmten Winkel, beispielsweise im Bereich von 60° bis 90°, umgebogen sein.
Die Laschen sind jeweils vorzugsweise an einem Außenumfang des Scheibenrings angeordnet, während das mindestens eine Streifenelement am Außenumfang oder an einem Innenumfang des Scheibenrings angeordnet ist. Innerhalb des mindestens einen Abschnitts des Federelements mit Streifenelement kann mindestens ein erstes Streifenelement und/oder mindestens ein zweites Streifenelement ausgebildet sein.
Bei einer Ausbildung der Anordnung zur Stromversorgung mit mindestens zwei Schaltelementen kann benachbart angeordneten zwei Schaltelementen jeweils ein zweites Streifenelement des Federelements zugeordnet sein. Die Schaltelemente können dabei paarweise angeordnet sein, wobei innerhalb des mindestens einen Abschnitts des Federelements mit Streifenelement vorteilhaft mindestens zwei zweite Streifenelemente ausgebildet sind. Zwischen den zwei Schaltelementen ist vorzugsweise zudem ein erstes Streifenelement angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Federelement sternförmig mit drei äußeren, konvexen und abgerundeten Ecken sowie drei inneren, konkaven und abgerundeten Ecken ausgebildet, welche innerhalb einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Dabei ist insbesondere zwischen jeder konvexen Ecke und einer dazu benachbart angeordneten konkaven Ecke ein Abschnitt mit einer Lasche oder ein Abschnitt mit dem mindestens einen Streifenelement derart angeordnet, dass die Abschnitte mit einer Lasche und die Abschnitte mit mindestens einem Streifenelement den Scheibenring des Federelements umlaufend alternierend angeordnet sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das mindestens eine Federelement aus einem elastisch verformbaren Material, insbesondere einem Metall, ausgebildet ist.
Die Anordnung zur Stromversorgung weist zudem bevorzugt ein Abdeckelement auf, welches in Verbindung mit dem Trägerelement und der Kühlfläche des Gehäuses ein Volumen umschließt. Dabei sind insbesondere das mindestens eine Federelement und das mindestens eine Schaltelement innerhalb des vom Trägerelement, dem Abdeckelement sowie dem Gehäuse umschlossenen Volumens angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Anordnung zur Stromversorgung mindestens eine am Trägerelement angeordnete und fixierte Leiterplatte auf. Dabei ist die mindestens eine Leiterplatte vorzugsweise innerhalb des vom Trägerelement mit dem Abdeckelement und dem Gehäuse umschlossenen Volumens sowie speziell an den Halterungen zum Befestigen des mindestens einen Federelements angeordnet.
Das mindestens eine Schaltelement ist bevorzugt an der Leiterplatte angeordnet und mit der Leiterplatte verbunden, insbesondere mit der Leiterplatte verlötet. Dabei ist das Federelement vorteilhaft zwischen der Leiterplatte und dem mindestens einen Schaltelement angeordnet.
Das Federelement ist vorzugsweise mittels Befestigungselementen, insbesondere über mindestens eine Schraubverbindung, auch gemeinsam mit der Leiterplatte, am Trägerelement fixiert. Dabei können die Befestigungselemente durch die im Federelement ausgebildeten Durchgangsöffnungen sowie in der Leiterplatte ausgebildete Öffnungen hindurchgeführt und in die Halterungen des Trägerelements eingeführt angeordnet sein, wobei die im Federelement vorgesehenen Durchgangsöffnungen in Form und Anordnung mit den in der Leiterplatte ausgebildeten Öffnungen korrespondieren. Das Federelement ist vorzugsweise zwischen dem Trägerelement und der Leiterplatte angeordnet. Das Federelement ist vorteilhaft gegen die Halterungen des Trägerelements abgestützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement an einer Seite eines Schaltelements anliegend angeordnet, welche der zur Kühlfläche ausgerichteten Seite des Schaltelements gegenüberliegt, sodass das Schaltelement vom Federelement in Richtung der Kühlfläche des Gehäuses gedrückt angeordnet ist. Das Federelement liegt folglich an einer zur Leiterplatte hin ausgerichteten Seite des Schaltelements am Schaltelement an.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Umfangswandung des Trägerelements im Wesentlichen orthogonal zur Kühlfläche des Gehäuses ausgerichtet und liegt mit einer ersten Stirnseite im Bereich der Kühlfläche oder an einem Flansch am Gehäuse an, wobei der Flansch auf einer anderen Ebene als die Kühlfläche angeordnet ist. Das Abdeckelement der Anordnung zur Stromversorgung ist vorteilhaft an einer zur ersten Stirnseite distal ausgerichteten zweiten Stirnseite der Umfangswandung des Trägerelements, die Anordnung verschließend, anordenbar. Dabei kann sowohl zwischen der ersten Stirnseite der Umfangswandung des Trägerelements und dem Gehäuse als auch zwischen der zweiten Stirnseite der Umfangswandung des Trägerelements und dem Abdeckelement jeweils ein Dichtelement angeordnet sein. Bei der alternativen Ausbildung des Trägerelements und des Gehäuses als eine einteilige beziehungsweise einstückige Komponente entfällt das zwischen der ersten Stirnseite der Umfangswandung des Trägerelements und dem Gehäuse anzuordnende Dichtelement.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Montieren der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors, gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Anordnen eines Federelements derart auf einer Leiterplatte, dass im Federelement ausgebildete Durchgangsöffnungen mit entsprechenden Öffnungen der Leiterplatte korrespondieren,
- Verbinden mindestens eines Schaltelements mit der Leiterplatte, wobei das Federelement zwischen der Leiterplatte und dem Schaltelement einen Druck auf das Schaltelement in einer von der Leiterplatte wegweisenden Richtung ausübend angeordnet wird, sowie
- Anordnen und Befestigen der Leiterplatte mit dem mindestens einen Schaltelement und dem Federelement am Trägerelement, sodass das in eine Durchgangsöffnung des Trägerelements angeordnete mindestens eine Schaltelement an einer Kühlfläche des Gehäuses anliegt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Anordnung zur Stromversorgung als modulare Komponente am Trägerelement vormontiert. Anschließend wird die Anordnung mit dem Trägerelement am Gehäuse der Vorrichtung derart angeordnet sowie befestigt, dass das in der Durchgangsöffnung des Trägerelements angeordnete mindestens eine Schaltelement an der Kühlfläche des Gehäuses anliegt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Anschlüsse des Schaltelements durch die Leiterplatte durchkontaktierend angeordnet und anschließend mit der Leiterplatte verbunden, insbesondere verlötet, werden. Dabei ermöglicht insbesondere die Modularität, die Leiterplatte mit den Schaltelementen ohne Vorhandensein des Gehäuses zu verlöten.
Zum Verbinden der Anschlüsse des Schaltelements mit der Leiterplatte wird, insbesondere bei der Anordnung zur Stromversorgung als modulare Komponente, das Schaltelement vorzugsweise mittels einer Montagevorrichtung in einer Richtung zur Leiterplatte hin verlaufenden Bewegungsrichtung und entgegen einer durch das Federelement aufgebrachten Wirkrichtung einer Druckkraft in eine Montageposition verbracht. Dabei wird das Federelement vorteilhaft elastisch verformt. Nach dem Verbinden der Anschlüsse des Schaltelements mit der Leiterplatte wird die Montagevorrichtung entfernt.
Mit zusätzlichen, am Federelement ausgebildeten Streifenelementen werden die Schaltelemente während der Montage in einer bestimmten Position gehalten.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Schaltelement mit der zum Gehäuse ausgerichteten Oberfläche aufgrund der durch das Federelement erzeugten Druckkraft flächig an die Kühlfläche des Gehäuses gepresst.
Im montierten Zustand der Vorrichtung liegt das Federelement sich elastisch verformend am Schaltelement an. Infolge des mit dem durch die elastische Verformung des Federelements auf das Schaltelement aufgebrachten Drucks wird das Schaltelement gegen die Kühlfläche des Gehäuses gedrückt und derart ein optimaler Wärmeübergang vom Schaltelement an die Kühlfläche gewährleistet. Dabei ist zwischen dem Schaltelement und der Kühlfläche des Gehäuses vorzugsweise mindestens ein thermisches Schnittstellenmaterial, wie eine Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitfolie, angeordnet.
Die Anordnung zur Stromversorgung kann beispielsweise mittels eines Abdeckelements vor, während oder nach dem Anordnen und Befestigen der Anordnung am Gehäuse der Vorrichtung verschlossen werden.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere eines Elektromotors, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.
Mit der modularen Anordnung, speziell eines Wechselrichters für einen Elektromotor eines Kältemittel-Verdichters, in Verbindung mit dem Nutzen der Federkraft des metallischen Federelements wird vor allem die thermische Beeinflussung, insbesondere der Schaltelemente beziehungsweise Leistungstransistoren, gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen deutlich reduziert.
Infolge des direkten thermischen Kontakts der Leistungstransistoren mit der Kühlfläche des Gehäuses wird im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen eines Wechselrichters ein thermischer Widerstand verringert, was eine höhere Kühlleistung der Leistungstransistoren bewirkt. Mit dem Anordnen des mindestens einen thermischen Schnittstellenmaterials zwischen dem Leistungstransistor und der Kühlfläche des Gehäuses werden zudem der thermische Kontakt und damit der Vorgang der Wärmeübertragung verbessert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids und das Verfahren zum Montieren der Vorrichtung weisen zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

- eine optimale und zuverlässige Wärmeübertragung, insbesondere an das im Verdichter zu verdichtende Fluid, mit maximaler von den Leistungstransistoren abführbarer Wärmemenge,
- eine einfache Konstruktion der Anordnung auch infolge minimaler Anzahl von Einzelkomponenten, dadurch mit minimalem Montageaufwand und minimalen Herstellungskosten einfach herstellbar,
- eine einfache und zeitsparende Montage,
- die einfache Konstruktion des Federelements als Stanz-Biege-Element reduziert die Möglichkeiten des Auftretens komplexer Fehler und erhöht die Qualität der Vorrichtung,
- das Federelement bringt die benötigte Kraft zum Anpressen der Leistungstransistoren an die Kühlfläche des Gehäuses über die gesamte Lebensdauer bei unterschiedlichen Temperaturen und damit unabhängig von der Temperatur, aber auch von der Feuchtigkeit und Vibrationen, bei guter Reproduzierbarkeit auf, dadurch
- zuverlässige und lebenslange thermische Verbindung der Leistungstransistoren mit dem Gehäuse.

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:

1: einen elektrisch angetriebenen Verdichter mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Elektromotor, zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus und einer Anordnung eines Wechselrichters in einer Schnittdarstellung,
2a: eine vormontierte Leiterplatte mit in die Leiterplatte eingesteckten und mit der Leiterplatte verlöteten Leistungstransistoren sowie einem zwischengelagertem Federelement in perspektivischer Ansicht,
2b und 2c: das Federelement mit Durchgangsöffnungen zum Befestigen an einem Trägerelement sowie Streifenelementen zum Anlegen an den Leistungstransistoren jeweils in perspektivischer Ansicht, 2d: ein Trägerelement der Anordnung des Wechselrichters mit einer Durchgangsöffnung und Stegen zum Fixieren des Federelements in einer perspektivischen Ansicht,
2e: die Anordnung des modularen Wechselrichters mit dem Trägerelement und der vormontierten Leiterplatte aus 2a in perspektivischer Ansicht sowie
2f: die Anordnung des modularen Wechselrichters im montierten Zustand am Gehäuse des Verdichters in einer seitlichen Schnittdarstellung.

Aus 1 geht ein elektrisch angetriebener Verdichter 1 mit einem in einem Gehäuse 2 angeordneten Elektromotor 3 als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus 4 und einer Anordnung 5 eines Wechselrichters in einer Schnittdarstellung hervor. Der Elektromotor 3 wird über eine Schaltvorrichtung 6 der Anordnung 5 mit elektrischer Energie versorgt.
Der Elektromotor 3 weist einen Stator 7 mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Statorkern und auf dem Statorkern aufgewickelte Spulen sowie einen innerhalb des Stators 7 angeordneten Rotor 8 auf. Der Rotor 8 wird in eine Rotationsbewegung versetzt, wenn den Spulen des Stators 7 über eine Verbindungsanordnung 9 elektrische Energie zugeführt wird. Die Verbindungsanordnung 9 ist an einer Stirnseite des Stators 7 ausgebildet und weist eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen auf.
Der Rotor 8 ist koaxial innerhalb des Stators 7 und um eine Rotationsachse drehbar angeordnet. Eine Antriebswelle 10 kann integral mit dem Rotor 8 oder als ein separates Element ausgebildet sein.
Der Elektromotor 3 sowie der als Scrollverdichter mit einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale ausgebildete Verdichtungsmechanismus 4 sind innerhalb eines vom Gehäuse 2 umschlossenen Volumens angeordnet. Dabei ist das Gehäuse 2 aus einem ersten Gehäuseelement zur Aufnahme des Elektromotors 3 und einem zweiten Gehäuseelement zur Aufnahme des Verdichtungsmechanismus 4 sowie vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Aluminium, ausgebildet.
Die orbitierende Spirale des Verdichtungsmechanismus 4, in welchem das dampfförmige Fluid, speziell ein Kältemittel, verdichtet wird, wird über die mit dem Rotor 8 des Elektromotors 3 verbundene Antriebswelle 10 angetrieben. Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Verdichtungsmechanismus beispielsweise auch mit einer Taumelscheibe ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 6 zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 3 weist eine mit verschiedenen Schaltelementen 11 ausgebildete Leiterplatte 12 auf. Auf der Leiterplatte 12 sind unterschiedliche Ansteuerschaltungen und Komponenten elektrisch verbunden montiert, welche mit elektrischer Energie aus einer externen Stromquelle versorgt werden.
Die Leiterplatte 12 mit den Schaltelementen 11 ist innerhalb eines Trägerelements 13 der Anordnung 5 des Wechselrichters angeordnet und in dem Trägerelement 13 fixiert. Die Anordnung 5 ist durch ein Abdeckelement 14 verschlossen.
In 2a ist eine vormontierte Leiterplatte 12 mit in die Leiterplatte 12 eingesteckten und mit der Leiterplatte 12 verlöteten Leistungstransistoren 11a sowie einem zwischengelagerten Federelement 20 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die sechs Leistungstransistoren 11a des vorzugsweise für drei Phasen ausgebildeten Wechselrichters, auch als Drei-Phasen-Wechselrichter bezeichnet, sind jeweils paarweise an der Leiterplatte 12 angeordnet. Alternativ können die Leistungstransistoren 11a auch in einer von der paarweisen Anordnung abweichenden Anordnung ausgerichtet sein.
Das umlaufend geschlossen ausgebildete Federelement 20 ist jeweils zwischen der Leiterplatte 12 und den Leistungstransistoren 11a angeordnet. Die Wirkrichtung der vom Federelement 20 erzeugten Druckkraft ist im Wesentlichen orthogonal zur Ebene der Oberfläche der Leiterplatte 12 ausgerichtet, an welcher die Leistungstransistoren 11a angeordnet sind. Die Druckkraft wirkt dabei jeweils in einer von der Leiterplatte 12 zum Leistungstransistor 11a verlaufenden Richtung.
Das Federelement 20 wird mittels nicht dargestellter Befestigungselemente gemeinsam mit der Leiterplatte 12 am ebenfalls nicht dargestellten Trägerelement 13 fixiert. Bei der Montage der Anordnung 5 des Wechselrichters werden die Befestigungselemente durch im Federelement 20 ausgebildete Durchgangsöffnungen 21 hindurchgeführt.
Je nach der Reihenfolge der Montageschritte kann die Leiterplatte 12 bei Montage der Anordnung 5 schon mit dem Federelement 20 und dem Trägerelement 13 verbunden, insbesondere verschraubt, sein. Die im Federelement 20 vorgesehenen Durchgangsöffnungen 21 korrespondieren in Form und Anordnung mit in der Leiterplatte 12 ausgebildeten Öffnungen.
Zum Erleichtern der Montage der Leistungstransistoren 11a weist das Federelement erste Streifenelemente 22a sowie nicht sichtbare zweite Streifenelemente auf. Dabei dienen die ersten Streifenelemente 22a dem Fixieren der Leistungstransistoren 11a während des Vorgangs der Montage der Anordnung 5. Die zweiten Streifenelemente sind jeweils zwischen den paarweise und unmittelbar benachbart angeordneten Leistungstransistoren 11a angeordnet, insbesondere um einen Mindestabstand zwischen den Leistungstransistoren 11a sicherzustellen.
Aus den 2b und 2c geht jeweils das Federelement 20 mit den Durchgangsöffnungen 21 zum Befestigen am nicht dargestellten Trägerelement 13 sowie den ersten Streifenelementen 22a und den zweiten Streifenelementen 22b zum Anlegen an den nicht dargestellten Leistungstransistoren 11 a jeweils in perspektivischer Ansicht hervor.
Das Federelement 20 ist als ein Stanz-Biege-Element aus einem federnden Blech, insbesondere einem Metallblech, ausgebildet, welches bei der Herstellung ausgestanzt beziehungsweise ausgeschnitten und anschließend umgebogen wird. Dabei weist das Federelement 20 vorzugsweise die Form eines vollumfänglich geschlossenen Rings, insbesondere eines scheibenförmigen Rings beziehungsweise eines Scheibenrings, auf. Der Scheibenring ist sternförmig mit drei äußeren Ecken ausgebildet, welche innerhalb einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet sind. Sowohl die äußeren konvexen Ecken, auch als Spitzen bezeichnet, als auch die drei inneren konkaven Ecken sind jeweils abgerundet, insbesondere um eine hohe Festigkeit des Federelements 20 zu gewährleisten.
Zwischen jeder konvexen Ecke und einer dazu benachbart angeordneten konkaven Ecke sind Abschnitte des Scheibenrings mit entweder einer Lasche oder Streifenelementen 22a, 22b vorgesehen, welche jeweils als erste Streifenelemente 22a an einem Außenrand des Scheibenrings und als zweite Streifenelemente 22b an einem Innenrand des Scheibenrings hervorstehen. Damit sind den Außenrand des Scheibenrings des Federelements 20 umlaufend einander nachfolgend jeweils eine Lasche, eine konvexe oder konkave Ecke und zwei erste Streifenelemente 22a angeordnet, sodass zu jedem Abschnitt mit einer Lasche ein Abschnitt mit paarweise ausgebildeten ersten Streifenelementen 22a zugeordnet ist. Die Abschnitte verbindend ist jeweils eine Ecke des sternförmigen Scheibenrings ausgebildet.
Dabei weist jede Lasche an einem freien Ende eine Durchgangsöffnung 21 zum Fixieren des Federelements 20 auf. Am zum freien Ende distal ausgebildeten Ende ist die Lasche mit dem Scheibenring des Federelements 20 verbunden. Die Laschen beziehungsweise mit der Lasche ausgebildete Abschnitte des Scheibenrings werden beim Umbiegen des Federelements 20 derart verformt, dass die Querschnitte der Durchgangsöffnungen 21 in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet sind, welche parallel und beabstandet zur Ebene des Scheibenrings aufgespannt ist. Die Laschen sind an dem mit der Durchgangsöffnung 21 versehenen freien Ende vorzugsweise in einem rechten Winkel nach außen gebogen.
Die jeweils paarweise ausgebildeten ersten Streifenelemente 22a und das zweite Streifenelement 22b eines Abschnitts des Scheibenrings beziehungsweise einer Seite des sternförmigen Scheibenrings sind jeweils an einem freien Ende senkrecht zur Ebene des Scheibenrings umgebogen. Am zum freien Ende distal ausgebildeten Ende sind die Streifenelemente 22a, 22b mit dem Scheibenring des Federelements 20 verbunden. Die Streifenelemente 22a, 22b werden folglich beim Umbiegen des Federelements 20 derart verformt, dass die freien Enden der Streifenelemente 22a, 22b in Bezug auf die Laschen mit den Durchgangsöffnungen 21 in entgegengesetzten Richtungen orthogonal aus der Ebene des Scheibenrings hervorragen.
Im montierten Zustand der Anordnung 5 liegt das Federelement 20, gemäß 2a, einerseits im Bereich der freien Enden der Laschen mit den Durchgangsöffnungen 21 direkt an der Leiterplatte 12 an. Andererseits sind die freien Enden der ersten Streifenelemente 22a jeweils an einer Seite eines Leistungstransistors 11a angeordnet, während die zweiten Streifenelemente 22b jeweils zwischen benachbart angeordneten Leistungstransistoren 11a, jeweils an einer Seite des Leistungstransistors 11a, am Leistungstransistor 11 a anliegend, angeordnet sind. Jeder Leistungstransistor 11a wird vom Federelement 20 in die von der Leiterplatte 12 wegweisenden Richtung gedrückt. Die Streifenelemente 22a, 22b liegen jeweils an einer Schmalseite des Leistungstransistors 11a am Leistungstransistor 11a an. Dabei ist jedem Leistungstransistor 11a ein erstes Streifenelement 22a des Federelements 20 zugeordnet, während den zwei benachbart angeordneten Leistungstransistoren 11 a ein gemeinsames zweites Streifenelement 22b zugeordnet ist. Das zweite Streifenelement 22b ist dabei zwischen den zwei benachbarten Leistungstransistoren 11a angeordnet.
Im montierten Zustand des Verdichters 1 liegen die Leistungstransistoren 11a mit einer von der Leiterplatte 12 abweisend ausgerichteten Seite an der Kühlfläche des Gehäuses des Verdichters 1 an. Damit drückt das Federelement 20 die Leistungstransistoren 11a gegen die Kühlfläche des Gehäuses.
Das Federelement 20 ist derart ausgebildet, dass die erzeugte Federkraft, welche der Anpresskraft der Leistungstransistoren 11a gegen die Kühlfläche des Gehäuses entspricht, im Verlaufe der Zeit und unter den herrschenden Umgebungsbedingungen innerhalb des vom nicht dargestellten Trägerelement 13 umschlossenen Volumens einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Die erforderliche Kraft wird mit einer begrenzten Durchbiegung bereitgestellt. Dabei weist das Federelement 20 eine sehr geringe Abnahme der Federkraft abhängig von der Zeit auf, sodass das Federelement 20 in der gesamten Lebensdauer eine ausreichende Zuverlässigkeit unabhängig von der Temperatur, der Feuchtigkeit und der Vibration innerhalb der Umgebung aufweist.
Das Federelement kann beispielsweise abhängig von der Struktur und dem Aufbau der Leiterplatte 12, des Gehäuses und des Trägerelements auch andere Formen und Ausgestaltungen aufweisen.
In 2d ist das Trägerelement 13 der Anordnung 5 des Wechselrichters mit einer Durchgangsöffnung 13a und Stegen 13b zum Fixieren des Federelements 20 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, während in 2e die Anordnung 5 des modularen Wechselrichters mit dem Trägerelement 13 und der vormontierten Leiterplatte 12 aus 2a in perspektivischer Ansicht gezeigt ist. Aus 2f geht die Anordnung 5 des modularen Wechselrichters aus 2e im montierten Zustand am Gehäuse 2 des Verdichters in einer seitlichen Schnittdarstellung hervor.
Das als ein Aufnahmeelement und Gehäuseelement vorgesehene Trägerelement 13 ist im montierten Zustand des Verdichters mit der Durchgangsöffnung 13a in Richtung der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 des Verdichters 1 beziehungsweise des Elektromotors 3 des Verdichters 1 ausgerichtet angeordnet. Das vorzugsweise aus einem Metall ausgebildete Trägerelement 13 liegt dabei mit einer vollumfänglich um die Durchgangsöffnung 13a verlaufenden Umfangswandung 13c am Gehäuse 2 an. Die Umfangswandung 13c ist im Wesentlichen orthogonal zu einer die Durchgangsöffnung 13a ausbildenden Ebene ausgerichtet und ist mit einer ersten Stirnseite am Gehäuse 2 anliegend angeordnet. An einer zur ersten Stirnseite distal ausgerichteten zweiten Stirnseite der Umfangswandung 13c ist die Anordnung 5 mit dem in 1 gezeigten Abdeckelement 14 verschließbar, welches im montierten Zustand der Anordnung 5 an der zweiten Stirnseite der Umfangswandung 13c am Trägerelement 13 anliegt.
Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform sind das Gehäuse 2 und das Trägerelement 13 als einteilige Komponente ausgebildet.
Die innerhalb des vom Trägerelement 13 mit dem Abdeckelement 14 umschlossenen Volumens angeordnete Leiterplatte 12 ist mittels erster Befestigungselemente 26 und zweiter Befestigungselemente 27 mit dem Trägerelement 13 fest verbunden. Dabei sind die ersten Befestigungselemente 26 in im Trägerelement 13 ausgebildete erste Aufnahmeöffnungen 23 und die zweiten Befestigungselemente 27 in im Trägerelement 13 ausgebildete zweite Aufnahmeöffnungen 24 eingeführt.
Die ersten Aufnahmeöffnungen 23 sind jeweils innerhalb eines Steges 13b, insbesondere an einem in die Durchgangsöffnung 13a hineinragenden freien Ende des Steges 13b, angeordnet. Die Stege 13b sind jeweils am zum freien Ende distal ausgebildeten Ende mit der Umfangswandung 13c des Trägerelements 13 verbunden.
Die Verbindungen aus jeweils erstem Befestigungselement 26 und erster Aufnahmeöffnung 23 dienen auch zum Fixieren des Federelements 20 am Trägerelement 13. Dabei ist das Federelement 20 zwischen der Leiterplatte 12 und dem Trägerelement 13 angeordnet. Das Federelement 20 wird gegen die Stege 13c und damit gegen das Trägerelement 13 abgestützt, sodass keine vom Federelement 20 erzeugte Federkraft an die Leiterplatte 12 übertragen wird.
Die ersten Befestigungselemente 26 sind mit den ersten Aufnahmeöffnungen 23 bevorzugt als Schraubverbindungen ausgebildet. Ebenso können die zweiten Befestigungselemente 27 mit den zweiten Aufnahmeöffnungen 24 als Schraubverbindungen ausgebildet sein.
Insbesondere in den 2e und 2f ist jeweils das mit der Leiterplatte 12 vormontierte Trägerelement 13 mit den in die Leiterplatte 12 eingesteckten und mit der Leiterplatte 12 verlöteten Leistungstransistoren 11a der Anordnung 5 dargestellt. Die Leistungstransistoren 11a sind innerhalb der Durchgangsöffnung 13a des Trägerelement 13 angeordnet, wobei die mit 90° gebogenen Anschlüsse der Leistungstransistoren 11a durch die Leiterplatte 12 hindurch gesteckt beziehungsweise durchkontaktierend angeordnet und verlötet sind. Das Federelement 20 ist zwischen der Leiterplatte 12 und den Leistungstransistoren 11a, einen Druck auf die Leistungstransistoren 11a ausübend, angeordnet.
Die von der Leiterplatte 12 abweisend ausgerichteten, vorzugsweise metallischen Oberflächen der Leistungstransistoren 11a, auch als Wärmeübertragungsflächen, insbesondere Flächen zur Wärmeabfuhr, bezeichnet, sind in Richtung der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 des Verdichters 1 weisend ausgerichtet. Die durch das Federelement 20 erzeugte Druckkraft wirkt in senkrechter Richtung zur Ebene der Durchgangsöffnung 13a beziehungsweise der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2.
Das Gehäuse 2 wird im Bereich der Kühlfläche 16 rückseitig, das heißt an der der Kühlfläche 16 gegenüberliegenden Seite, mit einem Kältemittel angeströmt. Dabei strömt das Kältemittel innerhalb des vom Gehäuse 2 umschlossenen Volumens 28, sodass die Verlustwärme der Leistungstransistoren 11a direkt an das Kältemittel übertragen wird.
Während der Montage des Verdichters 1, insbesondere der Anordnung 5 des Wechselrichters, wird das Federelement 20 derart auf der Leiterplatte 12 positioniert, dass die Durchgangsöffnungen 21 mit den entsprechenden Öffnungen der Leiterplatte 12 korrespondieren.
Anschließend werden die Leistungstransistoren 11a, beispielsweise Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, englisch „insuiated-gate bipolar transistor“, kurz als IGBT bezeichnet, mit durch die Leiterplatte 12 durchgeführten Anschlüssen mechanisch mit der Leiterplatte 12 verbunden. Zum Verbinden, insbesondere Verlöten, der Anschlüsse der Leistungstransistoren 11a mit der Leiterplatte 12 werden die Leistungstransistoren 11a mit Hilfe einer Montagevorrichtung in einer in Richtung der Leiterplatte 12 verlaufenden Bewegungsrichtung und damit entgegen der durch das Federelement 20 aufgebrachten Wirkrichtung der Druckkraft in eine Montageposition verbracht. Dabei ist das Federelement 20 elastisch verformt. Zudem ist das Federelement 20, insbesondere zum Führen der Leistungstransistoren 11a an bestimmten Stellen, beispielsweise den Streifenelementen 22a, 22b umgebogen.
Nach dem Verbinden der Leistungstransistoren 11a mit der Leiterplatte 12 und dem Entfernen der Montagevorrichtung sind die Leistungstransistoren 11a in die von der Leiterplatte 12 abweisende Richtung gegen die Leiterplatte 12 vorgespannt.
Anschließend wird die Leiterplatte 12 mit den daran angeordneten und über das Federelement 20 vorgespannten Leistungstransistoren 11a mit den ersten Befestigungselementen 26 und den zweiten Befestigungselementen 27 am Trägerelement 13 fixiert. Mit den ersten Befestigungselementen 26 wird die vom Federelement 20 auf die Leistungstransistoren 11a wirkende Federkraft direkt an die als Stege 13b ausgebildeten Halteelemente des Trägerelements 13 übertragen, sodass die Leiterplatte 12 keiner Biegekraft ausgesetzt ist.
Nach einer alternativen Vorgehensweise der Montage werden die Leistungstransistoren 11a, beispielsweise mittels einer Montagehilfe, wie einer Schablone oder einem Montageroboter, in vorbestimmten Positionen auf einer Montageplatte angeordnet, bevor das Federelement 20 auf die Leistungstransistoren 11a platziert wird.
Im nächsten Montageschritt wird die Leiterplatte 12 auf das Federelement 20 aufgelegt, während gleichzeitig die Anschlüsse der Leistungstransistoren 11a durch die Leiterplatte 12 hindurchgesteckt werden. Danach wird die Leiterplatte 12 mit dem zwischengelagert angeordneten Federelement 20 über Befestigungselemente mit dem Trägerelement 13 verbunden. Abschließend werden die Leistungstransistoren 11a mit der Leiterplatte 12 verlötet.
Bei dem abschließenden Schritt der Montage der Anordnung 5 am Gehäuse 2 des Verdichters 1 werden nicht dargestellte dritte Befestigungselemente durch das Abdeckelement 14, durch jeweils ein zwischen dem Abdeckelement 14 und dem Trägerelement 13 sowie ein zwischen dem Trägerelement 13 und dem Gehäuse 2 angeordnetes Dichtelement und in im Gehäuse 2 vorgesehene Aufnahmeöffnungen eingesteckt, vorzugsweise eingeschraubt. Die dritten Befestigungselemente werden durch dritte Aufnahmeöffnungen 25 des Trägerelements 13 hindurchgeführt.
Damit wird die Anordnung 5 mit dem Abdeckelement 14 am Gehäuse 2 fixiert. Dabei liegen die Leistungstransistoren 11a mit den von der Leiterplatte 12 abweisend ausgerichteten Oberflächen an der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 an und werden aufgrund des durch das Federelement 20 erzeugten Druckkraft, insbesondere zur Wärmeabfuhr an die Kühlfläche 16 des Gehäuses 2, flächig gegen die Kühlfläche 16 gepresst. Nach abgeschlossener Montage der Anordnung 5 am Gehäuse 2 des Verdichters 1 sind die Leistungstransistoren 11a in der für die vorgesehenen Verwendung bestimmten Position verbracht. Die Verbindungen der Leistungstransistoren 11a mit der Leiterplatte 12, insbesondere die Lötstellen, und die Leiterplatte 12 sind frei von mechanischer Spannung.
Nach einem alternativen Verfahren wird das Trägerelement 13 vor der Montage der Leiterplatte 12 mit dem Federelement 20 und den mit der Leiterplatte 12 verlöteten Leistungstransistoren 11a am Gehäuse 2 befestigt. Daran anschließend wird die Leiterplatte 12 mit dem Federelement 20 und den mit der Leiterplatte 12 verlöteten Leistungstransistoren 11a am Trägerelement 13 fixiert. Bei einer einteiligen Ausbildung von Gehäuse 2 und Trägerelement 13 entfällt der Vorgang des Anordnens des Trägerelements 13 am Gehäuse 2.
Um zudem den thermischen Widerstand zwischen den Leistungstransistoren 11a und der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 zu minimieren, wird neben dem zwischen den Leistungstransistoren 11a und der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 aufgebrachten Druck auch ein thermisches Schnittstellenmaterial, zum Beispiel Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie, verwendet. Das Schnittstellenmaterial wird jeweils zwischen der Wärmeübertragungsfläche des Leistungstransistors 11a und der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 angeordnet, um einen guten thermischen Kontakt zu gewährleisten.
Das Federelement 20 weist eine definierte Steifigkeit auf. Bei der Montage der Anordnung 5 am Gehäuse 2 wird zwischen dem Federelement 20 und damit jedem Leistungstransistor 11a sowie der Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 eine im Wesentlichen in axialer Richtung der Vorrichtung 3 wirkende Kraft, insbesondere eine Federkraft, aufgebaut und so jeder Leistungstransistor 11 a aufgrund der elastischen Eigenschaften des Federelements 20 in Richtung des Gehäuses 2 gedrückt. Dabei wirkt mit dem Anliegen des Leistungstransistors 11a am Gehäuse 2 und der elastischen Verformung des Federelements 20 die Kraft auf den Leistungstransistor 11a ein. Damit wird nach dem Vorgang der Montage der Anordnung 5 am Gehäuse 2 mittels der elastischen Verformung des Federelements 20 jeweils eine Vorspannung erzeugt, welche die Leistungstransistoren 11a verspannt.
Die Federkraft des Federelements 20 ist derart ausgelegt, bei relativ geringer Durchbiegung eine ausreichende Kraft zu liefern, insbesondere dass die Leistungstransistoren 11a im unmontierten Zustand der Anordnung 5 am Verdichter 1 lediglich mit einem bestimmten Wert der Druckkraft beaufschlagt werden und im montierten Zustand der Anordnung 5 am Verdichter 1 jedoch eine ausreichende Druckkraft erzeugt wird, um die Leistungstransistoren 11a mit einer vorbestimmten, ausreichenden Druckkraft an die Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 zu pressen. Die Federkonstante des Federelements 20 ist folglich derart vorgegeben, einerseits im unmontierten Zustand des Verdichters 1 eine zu große Auslenkung der Leistungstransistoren 11a aus einer Endlage im unmontierten Zustand des Verdichters 1 zu vermeiden und andererseits im montierten Zustand des Verdichters 1 eine ausreichende Druckkraft auf die Leistungstransistoren 11a und damit die Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 zu gewährleisten.
Die Anordnung 5 stellt mit dem modularen Aufbau eine aus den aufgeführten Komponenten zusammenhängende Einheit dar, welche direkt mit dem Verdichter 1, insbesondere dem Gehäuse 2 des Verdichters 1, verbunden werden kann. Dabei ist das mit der Durchgangsöffnung 13a und den darin angeordneten Leistungstransistoren 11a zur Kühlfläche 16 des Gehäuses 2 ausgerichtete Trägerelement 13 mit dem am Trägerelement 13 bevorzugt angeschraubten Federelement 20 und den mit der Leiterplatte 12 verlöteten Leistungstransistoren 11 a vormontiert.
Die Anordnung 5 ist mit dem modularen Aufbau vom Verdichter 1 abnehmbar und lässt sich ohne Einschränkungen der durch das Federelement 20 bedingten Kühlfunktion der Leistungstransistoren 11a wieder am Gehäuse 2 montieren.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Gehäuse
3: Vorrichtung, Elektromotor
4: Verdichtungsmechanismus
5: Anordnung
6: Schaltvorrichtung
7: Stator
8: Rotor
9: Verbindungsanordnung
10: Antriebswelle
11: Schaltelement
11a: Schaltelement, Leistungstransistor
12: Leiterplatte
13: Trägerelement
13a: Durchgangsöffnung Trägerelement 13
13b: Steg
13c: Umfangswandung Trägerelement 13
14: Abdeckelement
16: Kühlfläche Gehäuse 2
20: Federelement
21: Durchgangsöffnung Federelement 20
22a: erstes Streifenelement Federelement 20
22b: zweites Streifenelement Federelement 20
23: erste Aufnahmeöffnung Befestigungselement Federelement 20
24: zweite Aufnahmeöffnung Befestigungselement Leiterplatte 12
25: dritte Aufnahmeöffnung Befestigungselement Abdeckelement 14
26: erstes Befestigungselement Federelement 20 und Leiterplatte 12
27: zweites Befestigungselement Leiterplatte 12
28: Volumen Kältemittel

Claims

Vorrichtung (3) zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit einem Gehäuse (2) mit einer Kühlfläche (16) und einer Anordnung (5) zur Stromversorgung, wobei die Anordnung (5) mindestens ein Schaltelement (11, 11a) sowie ein Trägerelement (13) mit einer Umfangswandung (13c) aufweist und mit der Umfangswandung (13c) im Bereich der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) am Gehäuse (2) anliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswandung (13c) des Trägerelements (13) eine Durchgangsöffnung (13a) umschließend ausgebildet ist und das mindestens eine Schaltelement (11, 11a) innerhalb der Durchgangsöffnung (13a) sowie im Bereich der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) am Gehäuse (2) anliegend angeordnet ist, wobei die Anordnung (5) mindestens ein am Trägerelement (13) angeordnetes Federelement (20) zum Anpressen des mindestens einen Schaltelements (11, 11a) an die Kühlfläche (16) aufweist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (13) Halterungen zum Befestigen des mindestens einen Federelements (20) aufweist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen als Stege (13b) ausgebildet sind, welche sich ausgehend von der Umfangswandung (13c) in die Durchgangsöffnung (13a) hinein erstreckend ausgebildet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) in Form eines Scheibenrings ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) mindestens zwei Abschnitte jeweils mit einer Lasche und mindestens einen Abschnitt mit mindestens einem Streifenelement (22a, 22b) aufweist, wobei die Abschnitte mit der Lasche jeweils benachbart zu einem Abschnitt mit dem Streifenelement (22a, 22b) angeordnet sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lasche des Federelements (20) an einem freien Ende mit einer Durchgangsöffnung (21) zum Fixieren des Federelements (20) am Trägerelement (13) ausgebildet sowie an einem zum freien Ende distal ausgebildeten Ende mit dem Scheibenring des Federelements (20) verbunden ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen jeweils aus einer Ebene des Scheibenrings hervorragend ausgebildet und im Bereich der Durchgangsöffnungen (21) in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet angeordnet sind, welche parallel und beabstandet zur Ebene des Scheibenrings aufgespannt ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Streifenelement (22a, 22b) an einem freien Ende aus einer Ebene des Scheibenrings hervorragend ausgebildet ist und an einem zum freien Ende distal ausgebildeten Ende mit dem Scheibenring des Federelements (20) verbunden ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen jeweils zu einer ersten Seite aus einer Ebene des Scheibenrings und das mindestens eine Streifenelement (22a, 22b) an einem freien Ende zu einer zweiten Seite aus der Ebene des Scheibenrings hervorragend ausgebildet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des mindestens einen Abschnitts des Federelements (20) mit Streifenelement (22a, 22b) mindestens ein erstes Streifenelement (22a) und/oder mindestens ein zweites Streifenelement (22b) ausgebildet sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausbildung von mindestens zwei Schaltelementen (11, 11a) benachbart angeordneten zwei Schaltelementen (11, 11a) jeweils ein zweites Streifenelement (22b) des Federelements (20) zugeordnet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) sternförmig mit drei äußeren, konvexen und abgerundeten Ecken sowie drei inneren, konkaven und abgerundeten Ecken ausgebildet ist, welche innerhalb einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen jeder konvexen Ecke und einer dazu benachbart angeordneten konkaven Ecke ein Abschnitt mit einer Lasche oder ein Abschnitt mit dem mindestens einen Streifenelement (22a, 22b) derart angeordnet ist, dass die Abschnitte mit einer Lasche und die Abschnitte mit mindestens einem Streifenelement (22a, 22b) den Scheibenring des Federelements (20) umlaufend alternierend angeordnet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (20) aus einem elastisch verformbaren Material ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (5) mit mindestens einer am Trägerelement (13) angeordneten Leiterplatte (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterplatte (12) an den Halterungen zum Befestigen des mindestens einen Federelements (20) angeordnet ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltelement (11, 11a) an der Leiterplatte (12) angeordnet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (20) zwischen der Leiterplatte (12) und dem mindestens einen Schaltelement (11, 11a) angeordnet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) mittels Befestigungselementen gemeinsam mit der Leiterplatte (12) am Trägerelement (13) fixiert angeordnet ist, wobei die Befestigungselemente durch im Federelement (20) ausgebildete Durchgangsöffnungen (21) sowie in der Leiterplatte (12) ausgebildete Öffnungen hindurchgeführt und in die Halterungen des Trägerelements (13) eingeführt angeordnet sind.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (20) an einer Seite eines Schaltelements (11, 11a) anliegend angeordnet ist, welche der zur Kühlfläche (16) ausgerichteten Seite des Schaltelements (11, 11a) gegenüberliegend ausgebildet ist, sodass das Schaltelement (11, 11a) vom Federelement (20) in Richtung der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) gedrückt angeordnet ist.
Verfahren zum Montieren der Vorrichtung (3) zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 20, aufweisende folgende Schritte: - Anordnen eines Federelements (20) derart auf einer Leiterplatte (12), dass im Federelement (20) ausgebildete Durchgangsöffnungen (21) mit entsprechenden Öffnungen der Leiterplatte (12) korrespondieren, - Verbinden mindestens eines Schaltelements (11, 11a) mit der Leiterplatte (12), wobei das Federelement (20) zwischen der Leiterplatte (12) und dem Schaltelement (11, 11a) einen Druck auf das Schaltelement (11, 11a) in einer von der Leiterplatte (12) wegweisenden Richtung ausübend angeordnet wird, sowie - Anordnen und Befestigen der Leiterplatte (12) mit dem mindestens einen Schaltelement (11, 11a) und dem Federelement (20) am Trägerelement (13), sodass das in einer Durchgangsöffnung (13a) des Trägerelements (13) angeordnete mindestens eine Schaltelement (11, 11a) an einer Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung (5) zur Stromversorgung als modulare Komponente am Trägerelement (13) vormontiert wird und die Anordnung (5) mit dem Trägerelement (13) am Gehäuse (2) der Vorrichtung (3) angeordnet sowie befestigt wird, sodass das in der Durchgangsöffnung (13a) des Trägerelements (13) angeordnete mindestens eine Schaltelement (11, 11 a) an der Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11, 11a) mittels einer Montagevorrichtung in einer Richtung zur Leiterplatte (12) hin verlaufenden Bewegungsrichtung und entgegen einer durch das Federelement (20) aufgebrachten Wirkrichtung einer Druckkraft in eine Montageposition verbracht wird sowie die Montagevorrichtung nach dem Verbinden der Anschlüsse des Schaltelements (11, 11a) mit der Leiterplatte (12) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11, 11a) mit der zum Gehäuse (2) ausgerichteten Oberfläche aufgrund der durch das Federelement (20) erzeugten Druckkraft flächig an die Kühlfläche (16) des Gehäuses (2) gepresst wird.
Verwendung einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere ein Elektromotor, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 20 für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.