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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten Bauelements, insbesondere einer Drosselspule oder Entstördrossel, vorzugsweise einer Elektronik eines Elektromotors (Motorelektronik). Sie betrifft weiter einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Kühlerlüftermotor, mit einer solchen Befestigungsanordnung.
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Elektromotoren der genannten Art werden in vielfältigen Antriebssystemen eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, insbesondere im Antrieb für einen Kühlerlüfter (Kühlerlüfterantrieb oder-motor), jedoch beispielsweise auch in Fensterhebern, Sitzverstellungen, Schiebedächern oder Gebläsen. Speziell bei Verwendung in Kraftfahrzeugen ist es notwendig, den Elektromotor zu entstören, insbesondere um einen ungestörten Radioempfang (insbesondere im UKW-Bereich) sowie einen ungestörten Betrieb von integrierten Steuerschaltungen oder dergleichen zu ermöglichen. Die Begrenzung derartiger Funkstörungen auf ein zulässiges Maß ist in Normen festgelegt.
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In Antrieben für Stellelemente eines Kraftfahrzeugs eingesetzte und mit Gleichstrom betriebene Elektromotoren können elektronisch kommutiert und dabei bürstenlos oder bürstenbahaftet sein, und dazu einen mechanischen Kommutator aufweisen, dessen Kommutatorlamellen mit den Ankerwicklungen des Rotors (Rotorwicklung) verbunden sind und mit Bürsten (Kohlebürsten Bürstenkohlen) eines Bürstensystems einen Schleifkontakt herstellen. Infolge einer Rotation der Motorwelle wird beim bürstenlosen Elektromotor üblicherweise dessen Statorwicklung und beim bürstenlosen Elektromotor dessen Rotor- oder Ankerwicklung phasenrichtig bestromt.
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Beim elektromotorischen Betrieb entstehen vom Elektromotor erzeugte und in die Umgebung abgestrahlte elektromagnetische Wellen im hochfrequenten Bereich. Dies führt zu Störungen (Funkstörungen) technischer Geräte in der Umgebung des Elektromotors, was der Forderung nach der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) widerspricht, nämlich solche elektromagnetischen Störungen zu unterbinden. Um die EMV eines solchen Elektromotors herzustellen, ist es üblich, die Elektronik des Elektromotors (Motorelektronik) bzw. das Bürstensystem mit Bauelementen zur Entstörung (Entstörelementen) auszurüsten.
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Als Bauelemente zur Entstörung dienen üblicherweise alternativ zu oder in Kombination mit Kondensatoren zur Bedämpfung hochfrequenter Störschwingungen in der Regel auch Entstördrosseln (Drosselspulen), die einen hohen Widerstand für hochfrequente Signale darstellen und diese zur Vermeidung einer Abstrahlung über Zuleitungen dämpfen, während der Motorstrom praktisch verlustfrei die Drosselspule durchfließt. Eine derartige Entstördrossel für einen Elektromotor weist üblicherweise einen Spulenkern (Eisenkern) auf, der mit einem isolierten elektrischen Leiter bewickelt ist. Die Wickel- oder Spulenenden des Leiters dienen als Anschlüsse (Anschlusspins) zur Kontaktierung der Entstördrossel, beispielsweise auf einer Leiterplatte oder Platine (printed ciruit board), PCB) einer Motorelektronik.
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Bei einem bürstenbehafteten Elektromotor mit einem beispielsweise zwei Bürsten aufweisenden Bürstensystem ist üblicherweise jeder Bürste eine solche Drosselspulen zugeordnet, von denen jede einerseits gegen den Motoranschluss (Plus-Pol oder Minus-Pol) geschaltet und andererseits mit der jeweiligen Bürste verbunden ist. Im über den Kommutator des Elektromotors geschlossenen Stromkreis fließt der Motorstrom bezogen auf die technische Stromrichtung ausgehend vom Plus-Pol der Motorspannung über eine erste Drosselspule (Entstördrossel) sowie über die beiden den Kommutator beschleifenden Bürsten und anschließend über die zweite Drosselspule (Entstördrossel) zum Minus-Pol der Motorspannung. Ein derartiger Elektromotor mit einem Bürstensystem und speziell angeordneten Entstördrosseln ist beispielsweise aus der
DE 195 22 329 A1 und aus der
DE 93 16 543 U1 bekannt.
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Bei einem büstenlosen (elektronisch kommutierten) Elektromotor erfolgt die Ansteuerung häufig unter Verwendung der sogenannten Pulsweitenmodulation (PWM), bei der elektrische Rechteckimpule (Sprungsignale) mit vorgegebenem oder vorgebbarem Puls-Pausen-Verhältnis (duty cycle) im kHz- bis MHz-Bereich erzeugt werden, die beispielsweise eine sinusförmige Ansteuercharakteristik des Elektromotors möglichst genau nachbilden. Da im Bereich der Wicklungen und der Zuleitungen des Elektromotors die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen praktisch unvermeidbar ist, die beispielsweise auf die Elektronik oder auf andere Aggregate und Verbraucher in der Nähe des Elektromotors wirken, ist eine zuverlässig Entstörung einer solchen elektrischen Maschinen erforderlich.
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Bei einem beispielsweise aus der
DE 11 2009 002 657 T5 bekannten elektrischen Verdichter mit einem Elektronikgehäuse ist die darin angeordnete (Motor-)Elektronik mit einer Spulenkomponente zur Beseitigung von elektromagnetischen Störgrößen verbunden, wobei die Spulenkomponente an einer Leiterplatte der Motorelektronik befestigt ist.
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Während bei der sogenannten Durchsteckmethode (through-hole technologie, THT) die Anschlüsse (Anschlussdrähte, Anschlusspins) von elektrischen oder elektronischen Bauelementen durch Bestückungslöcher einer Leiterplatte geführt und auf deren Rückseite verlötet werden, entfällt dies bei oberflächenmontierten Bauelementen (surface mounted device, SMD). Dadurch ist nicht nur eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte (Platine) möglich, sondern es werden auch die elektrischen Eigenschaften erstellter Schaltungen, insbesondere speziell bei höheren Frequenzen, positiv beeinflusst.
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Derartige SMD-Bauteile werden in der Regel im sogenannten SMT-Prozess (surface-mounting technology) mittels Bestückungsautomaten und Lötstationen auf der Leiterplatte montiert, insbesondere elektrisch kontaktiert und mechanisch befestigt (bestückt). Die Anschlussflächen der SMD-Bauteile auf der Leiterplatte (printed circuit board, PCB) können hierbei vor dem Bestücken mit Lot oder Lotpaste nach dem Schablonendruck-Verfahren bedruckt werden. Nach dem Bestücken werden die SMD-Bauteile mit Wärme gelötet, wobei für die Montage (Bestückung) auf der Oberseite der Leiterplatte oder Platine typischerweise das Wiederaufschmelz- oder Weichlötverfahren (Reflow-Verfahren) angewendet wird.
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Auch bei Elektromotoren von Stellantrieben eines Kraftfahrzeugs erfolgt die Bestückung der Leiterplatte der Motorelektronik, die in einem Motor- oder Elektronikgehäuse aufgenommen ist, häufig durch einen solchen SMT-Prozess. Allerdings ist insbesondere bei rund ausgeführten Anschlüssen (Anschlussdrähten) der Bauelemente deren Positionsausrichtung auf dem jeweiligen Lötpad (Lötkissen, Lötfläche) der Leiterplatte problematisch, was wiederum zu weiteren Montageproblemen der Motorelektronik im Gehäuse oder an einem Kühlkörper führen kann.
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Beim SMT-Prozess, insbesondere während des Reflow-Lötens, werden Komponenten oder Bauelemente wie die als Entstörelemente eingesetzten Drosselspulen oder Elektrolytkondensatoren häufig gekühlt. Dabei erfolgt die Kühlung in nachteiliger Weise lediglich auf einer Seite (Montageseite) der Leiterplatte, auf welcher das jeweilige Bauelement montiert wird. Auch besteht der Nachteil, dass das zu montierende Bauelement während des SMT-Prozesses, insbesondere beim Reflow-Löten, auf der Leiterplatte verschoben oder verkippt wird, was zu einer fehlerhaften Anordnung und/oder Befestigung und somit zu einer unzureichenden Montage des Bauelementes auf der Leiterplatte führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Befestigungsanordnung eines (elektrischen oder elektronischen) Bauelementes, insbesondere einer Entstördrossel oder Drosselspule, auf einer Leiterplatte, vorzugsweise einer Motorelektronik eines Elektromotors, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Varianten bzw. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche (Unteransprüche).
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Die Befestigungsanordnung eines leiterplattenmontierten Bauelements weist ein elektrisches oder elektronisches Bauelement oder Bauteil und eine Leiterplatte mit einer Montageseite und mit einer dieser gegenüberliegenden Plattenrückseite auf. Das Bauelement weist einen Grundkörper und mindestens einen Anschluss, vorzugsweise zwei Anschlüsse, auf. Die Leiterplatte weist eine Lötfläche (solder pad) auf, an welcher der Anschluss des Bauelements elektrisch kontaktiert oder kontaktierbar, vorzugsweise mittels des Reflow-Verfahrens verlötet, ist.
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In die Leiterplatte ist eine Ausnehmung eingebracht ist, in welcher der Grundkörper des Bauelementes einsitzt, wobei dessen jeweiliger Anschluss aus der Ausnehmung zur Kontaktierung mit der und/oder zur Anlage an der im Bereich eines Randabschnitts, insbesondere an einer Schmalseite, der Ausnehmung angeordneten Lötfläche herausgeführt ist. Die Ausnehmung kann fensterartig, insbesondere umfangsseitig geschlossen sein. Auch kann die Ausnehmung umfangsseitig nur teilweise geschlossen und, beispielsweise an einer Seite, insbesondere an einer Längsseite, offen sein. Besonders zweckmäßig überragt das montierte Bauelement die Leiterplatte an der Montageseite und an der Plattenrückseite normal zur Leiterplattenebene.
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Das Bauelement ist geeigneter Weise eine Drosselspule, deren Spulenwicklung den Grundkörper und deren Spulenenden den jeweiligen Anschluss des Bauelements bilden. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauelement eine Drosselspule mit einem Spulenkern (Eisenkern) sein, der mit der Spulenwicklung den Grundkörper bildet. Auch kann das Bauelement ein Elektrolytkondensator mit zwei Anschlüssen sein. Im Falle einer Drosselspule als Bauelement sind deren bzw. dessen Anschlüsse auf gegenüberliegenden Randseiten der Ausnehmung aus dieser heraus und dort an eine jeweilige Lötfläche der Leiterplatte geführt. Im Falle eines Kondensators als Bauelement sind dessen beiden Anschlüsse auf der gleichen Seite der fensterartigen Ausnehmung aus dieser heraus und dort jeweils an eine randseitige Lötfläche der Leiterplatte geführt.
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Der Anschluss des Bauelements kann einen runden, insbesondere kreisrunden Anschlussquerschnitt aufweisen. Insbesondere ist der Anschluss unter Bildung mindestens einer Flachseite abgeflacht. Mit dieser Flachseite liegt der Anschluss des Bauelementes an der Lötfläche an oder auf dieser auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Anschluss des Bauelements endseitig einen, vorzugsweise rechtwinklig, abgebogenen Anschlussabschnitt auf. Bei dieser Ausführung ist in der Leiterplatte eine dem jeweiligen Anschluss zugeordnete Bestückungsöffnung vorgesehen, in welche der abgebogene Anschlussabschnitt eingesteckt oder einsteckbar ist. Der Anschluss kann an der Montageseite der Leiterplatte verlötet sein, wozu der Anschluss abschnittsweise auf der montageseitigen Lötfläche aufliegt bzw. an dieser anliegt. Auch kann der Anschluss an der Plattenrückseite verlötet sein, wozu dort im Bereich der Bestückungsöffnung die bzw. eine entsprechende Lötfläche zum Verlöten des durchgesteckten abgebogenen Anschlussabschnitts vorgesehen ist. Auch können beidseitig der Leiterplatte derartige Lötflächen zum Verlöten des Anschlusses vorgesehen sein.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass aufgrund der Anordnung des Bauelement in der Ausnehmung der Leiterplatte das Bauelement währen des Lötprozesse, insbesondere während des Reflow-Verfahrens, von beiden Leiterplattenseiten her gekühlt werden kann. Zudem ist das Bauelement in der leiterplattenseitigen Ausnehmung bereits sicher positioniert, so dass ein Verschieben oder Verkippen des Bauelementes während des SMT-Verfahrens vermieden oder ein entsprechendes Risiko zumindest verringert ist. Dies kann vorteilhaft dadurch verbessert werden, indem der jeweilige Anschluss abgebogen und in eine korrespondierende Bestückungsöffnung der Leiterplatte gesteckt ist. Die Befestigungsanordnung ist besonders für einen Elektromotor, insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs geeignet und vorgesehen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführung einer Befestigungsanordnung einer Drosselspule mit Spulenkern als elektrisches bzw. elektronisches Bauelement (Bauteil) auf einer Leiterplatte mit einer randseitig offenen Ausnehmung zur Aufnahme des Bauelements,
- 2 die Befestigungsanordnung gemäß 1 in teilweise geschnittener Seitenansicht,
- 3 in einer Draufsicht die Befestigungsanordnung mit einer umfangsseitig (randseitig) geschlossenen leiterplattenseitigen Ausnehmung, in welcher das Bauelement mit dessen Grundkörper einsitzt,
- 4 in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführung einer Befestigungsanordnung einer Drosselspule mit Spulenkern als elektrisches bzw. elektronisches Bauelement (Bauteil) auf einer Leiterplatte mit einer umfangsseitig (randseitig) geschlossenen Ausnehmung zur Aufnahme des Bauelements mit leiterplattenseitig durchgesteckten Anschlüssen, und
- 5 die Befestigungsanordnung gemäß 4 in teilweise geschnittener Seitenansicht.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen in einer Draufsicht bzw. in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht bzw. in einer Schnittdarstellung eine Ausführung einer Befestigungsanordnung 1 einer Drosselspule mit Spulenkern als elektrisches (elektronisches) Bauelement oder Bauteil 2 auf einer Leiterplatte 3. Die Leiterplatte 3 weist eine Plattenober- oder Montageseite 3a und gegenüberliegend eine Plattenrückseite 3b (2) auf. Das Bauelement 2 weist einen Grundkörper 4 auf, der hier vom mit einer Spule oder Spulenwicklung 5 umwickelten Spulenkern (Eisenkern) 6 gebildet ist. Die Befestigungsanordnung 1 ist besonders für einen Elektromotor, insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs, geeignet, wobei das Bauelement 2 eine Entstördrossel ist.
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Die Leiterplatte 3 weist eine im Ausführungsbeispiel rechteckförmige Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Bauelements 2 auf, in welcher Ausnehmung 7 das Bauelement 2 mit dessen Grundkörper 4 einliegt. Bei dieser Variante ist die leiterplattenseitige Ausnehmung 7 - bezogen auf die Pfeildarstellung der Leiterplatteneben xy - an zwei in y-Richtung verlaufenden Schmalseiten und an einer hinteren, in x-Richtung verlaufenden Längsseite geschlossen, während die vordere, in x-Richtung verlaufende Längsseite der Ausnehmung 7 im Bereich eines Plattenrandes der Leiterplatte 3 offen ist. Die leiterplattenseitige Ausnehmung 7 ist hier also umfangsseitig nur teilweise geschlossen. Jedoch kann die Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Bauelementes 2 in Umfangsrichtung von der Leiterplatte 3 bzw. vom Leiterplattenmaterial vollständig umschlossen sein.
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Einander gegenüberliegende Anschlüsse 8 des Bauelementes 2 sind aus der leiterplattenseitigen Ausnehmung 7, hier an den beiden in y-Richtung verlaufenden Schmalseiten, herausgeführt. An diesen einander gegenüberliegenden Randseiten der Ausnehmung 7 weist die Leiterplatte 3 jeweils eine Lötfläche (solder pad) 9 zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen Anschlusses 8 des Bauelementes 2 und zu dessen mechanischer Befestigung auf der Leiterplatte 3 mittels eines Lotes auf. Die Anschlüsse 8 des Bauelementes 2 sind unter Bildung gegenüberliegender Flachseiten 8a, 8b abgeflacht, wobei der jeweilige Anschluss 8 im Ausführungsbespiel mit der mit 8b bezeichneten Flachseite an der korrespondierenden Lötfläche 9 anliegt. Der Lötprozess erfolgt vorzugsweise mittels des Reflow-Verfahrens.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, überragt das Bauelement 2 mit dessen Grundkörper 4 die Leiterplatte 3 auf deren Montageseite 3a und auf deren Plattenrückseite 3b. Somit kann das Bauelement 2 während des Löt- oder Reflow-Prozesses von beiden Seiten gekühlt werden. Zudem ist der Aufbau bzw. die Gesamtdicke der Befestigungsanordnung 1 geringer, zumindest um die Dicke der Leiterplatte 3, als bei einer Montage des Bauelementes 2 auf der Montageseite 3a der Leiterplatte 3 ohne leiterplattenseitige Ausnehmung 7. Auch ist das Risiko eines Verschwenkens, Verkippens oder Verschiebens des Bauelementes 2 während des Montage- oder Befestigungsprozesses reduziert, da das Bauelement 2 durch dessen Anordnung in der Ausnehmung bereits zuverlässig an bzw. auf der Leiterplatte 3 positioniert ist.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß den 3 bis 5 weist der Anschluss 8 des Bauelements 2 endseitig einen rechtwinklig abgebogenen Anschlussabschnitt 10 auf. In der Leiterplatte 3 ist eine dem jeweiligen Anschluss 8 zugeordnete Bestückungsöffnung 11 vorgesehen. In diese ist der abgebogene Anschlussabschnitt 10 eingesteckt. Dadurch ist ein Verschwenken, Verkippen oder Verschieben des Bauelementes 2 während des Montage- oder Befestigungsprozesses zuverlässig verhindert. Daher kann das Bauelement 2 auch mit einem runden, insbesondere kreisrunden, Anschlussquerschnitt sicher auf der Leiterplatte 3 montiert werden. Zudem ist das Bauelement 2 zuverlässig in dessen Soll-Lage auch während des Löt- oder Reflow-Prozesses positioniert.
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Der Anschluss 8 kann an der Montageseite 3a der Leiterplatte 3 verlötet sein, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Erkennbar ist hier die Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Bauelementes 2 in Umfangsrichtung, d. h. an den Schmalseiten und an den Längsseiten geschlossen. Jedoch kann auch bei dieser Ausführung die Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Bauelementes 2 in Umfangsrichtung nur teilweise von der Leiterplatte 3 bzw. vom Leiterplattenmaterial umschlossen sein.
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Bevorzugt ist der Anschluss 8 an der Plattenrückseite 3b verlötet, wie in 4 und insbesondere in 5 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist. Hierzu ist benachbart zur Ausnehmung 7, im Ausführungsbeispiel an den in y-Richtung verlaufenden Schmalseiten, jeweils eine der Bestückungsöffnungen 11 vorgesehen, die vom Anschlussabschnitt 11 des jeweiligen Anschlusses 8 durchsteckt ist. Die entsprechende Lötfläche 9 zum Verlöten des durchgesteckten abgebogenen Anschlussabschnitts 11 umgibt die Bestückungsöffnung 11 zumindest teilweise.
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Aufgrund der Anordnung des Bauelementes 2 in der Ausnehmung 7 der Leiterplatte 3 kann das Bauelement 2 währen des Lötprozesse, insbesondere während des Reflow-Verfahrens, auf oder von der Montageseite 8a und von der Plattenrückseite 8b gekühlt werden kann. Dabei ist das Bauelement 2 in der leiterplattenseitigen Ausnehmung 2 während des SMT-Verfahrens sicher positioniert.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung 1 eines leiterplattenmontierten Bauelements 2, insbesondere einer Drosselspule, aufweisend ein Bauelement 2 mit mindestens einem Anschluss 8 und eine Leiterplatte 3 mit mindestens einer Lötfläche 9, an oder mit welcher der Anschluss 8 des Bauelements 2 verlötet oder verschweißt ist oder werden kann, wobei in der Leiterplatte 3 eine Ausnehmung 7 vorgesehen ist, in welcher das Bauelement 2, insbesondere lediglich mit dessen Grundkörper 4, einsitzt.
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Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
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So kann das Bauelement 2 auch beispielsweise ein Elektrolytkondensator mit zwei Anschlüssen 8 sein. In diesem Falle sind dessen beiden Anschlüsse 8 auf der gleichen Seite der Ausnehmung 7 aus dieser heraus und dort jeweils an eine, vorzugsweise randseitige, Lötfläche 9 der Leiterplatte 3 geführt.
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Zudem kann die beschriebene Lösung bei verschiedenen Ausführungen von Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben, Steuerungen, Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsanordnung
- 2
- Bauelement/Bauteil
- 3
- Leiterplatte
- 3a
- Plattenober-/Montageseite
- 3b
- Plattenrückseite
- 4
- Grundkörper
- 5
- Spule/Spulenwicklung
- 6
- Eisen-/Spulenkern
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Anschluss
- 8a, 8b
- Flachseite
- 9
- Lötfläche
- 10
- Anschlussabschnitt
- 11
- Bestückungsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19522329 A1 [0006]
- DE 9316543 U1 [0006]
- DE 112009002657 T5 [0008]
