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Dokumentenidentifikation DE102005025210A1 21.12.2006
Titel Elektronisches Gerät mit einem Widerstand
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rebbereh, Carsten, Dr., 91052 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 01.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005025210
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse H01C 3/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät mit wenigstens einem Widerstand (10, 20), der mit einer Elektronik (24) dieses Gerätes elektrisch leitend verbindbar ist. Erfindungsgemäß besteht dieser Widerstand (10, 20) aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall. Durch die Verwendung dieses Verbundwerkstoffes für den verlustbehafteten Widerstand (10, 20) kann der vorhandene Raum eines elektronischen Gerätes optimal genutzt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät mit wenigstens einem Widerstand.

Zu diesen elektronischen Geräten gehören Geräte der Leistungselektronik, beispielsweise ein Stromrichtergerät. in der 1 ist beispielhaft ein Ersatzschaltbild eines Stromrichtergerätes schematisch veranschaulicht. Dieses Stromrichtergerät weist eingangsseitig einen ungesteuerten Stromrichter 2 und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 4 auf. Diese beiden Stromrichter 2 und 4 sind gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 miteinander elektrisch leitend verbunden. Dieser Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 weist eine Kondensatoranordnung 8 auf, die wenigstens aus einem Elektrolydkondensatoren besteht. Für den Hochlauf des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 ist ein Vorladewiderstand 10 vorgesehen, der elektrisch zwischen einem Ausgang des ungesteuerten Stromrichters 2 und einem positiven Anschluss des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 angeordnet ist. Da dieser Vorladewiderstand 10 nur für den Hochlauf des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 benötigt wird, ist elektrisch parallel zu diesem Vorladewiderstand 10 ein Kurzschließer 12 geschaltet. An den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des lastseitigen Stromrichters 4 ist ein Motor 14 angeschlossen. Betriebsgedingt kann dieser Motor 14 Energie erzeugen. Diese generatorische Energie wird in die Kondensatoranordnung 8 des Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 gespeist. Da netzseitig der Stromrichter ungesteuert ist, ist ein Stromfluss vom Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 in ein speisendes Netz dieses Stromrichtergerätes nicht möglich. Die Kondensatoranordnung 8 des Gleichspannungs-Zwischenkreises 6 kann nicht beliebig viel Energie aufnehmen, da dann die Zwischenkreisspannung bis zur Zerstörung der Kondensatoren ansteigen würde. Deshalb weist ein derartiges Stromrichtergerät eine Schalteinrichtung 16 auf, die einen abschaltbaren Halbleiterschalter 18 und einen Bremswiderstand 20 aufweist.

Bei den im Handel erhältlichen Stromrichtergeräten wird als Bremswiderstand 20 vorwiegend ein Drahtwiderstand verwendet. Muss dieser Bremswiderstand 20 nur eine relativ geringe Leistung abführen, ist dieser Bremswiderstand 20 im Stromrichtergerät untergebracht. Ist mehr Leistung abzuführen, so wird dieser Bremswiderstand 20 außerhalb des Stromrichtergerätes aufgestellt und mit Klemmen des Schalteinrichtung 16 elektrisch leitend verbunden.

Wird der Bremswiderstand 20 im Stromrichtergerät angeordnet, besteht das Problem der Entwärmung und der Unterbringung im Gerät an sich. Ein externer Bremswiderstand 20 beansprucht einen großen Bauraum, wodurch beim Kunden erhebliche Kosten entstehen.

In gleicher Weise bestehen die erläuterten Probleme beim Einbau des Vorladewiderstandes 10, der zum Hochlaufen des Gleichspannungs-Zwischenkreises 6 unverzichtbar ist. Als Vorladewiderstand 10 kommen in handelsüblichen Stromrichtergeräten Drahtwiderstände oder Dünnschicht-Widerstände zum Einsatz, der an einer geeigneten Stelle der Elektronik des elektronischen Gerätes angeordnet werden muss.

Aus der Pressemitteilung "Elektrobauteile aus einem Guss – Polymer-Experten bei Siemens entwickelten leitfähigen Kunststoffcompound zur Verarbeitung in Spritzgießmaschinen", mit der Informationsnummer CT 200409.001d, vom 6. September 2004, ist ein Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall bekannt, der sich wie Plastik verarbeiten lässt, aber die elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften von Metall besitzt. Dieser Verbundwerkstoff besteht zu etwa 10% bis 20% aus Kunststoff und zu etwa 50% aus Kupfer. Der Rest macht ein Lot aus, das bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt. Der Vorteil dieses Kunststoff-Metall-Hybrids besteht darin, dass es sich im erhitzten Zustand mit herkömmlichen Spritzgießmaschinen aus der Kunststoffindustrie verarbeiten lässt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein elektronisches Gerät anzugeben, dass die genannte Nachteile nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Widerstand des elektronischen Gerätes aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall besteht. Durch die Verwendung dieses Verbundwerkstoffes für den Widerstand kann der vorhandene Raum des elektronischen Gerätes optimal genutzt werden. Dadurch erhält man eine kompakte Aufbautechnik. Außerdem ist das Gewicht eines Widerstandes aus Verbundwerkstoff erheblich geringer, so dass sich der Aufwand für die Montage dieses Widerstandes wesentlich verringert.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes ist der Widerstand aus Verbundwerkstoff in einem Teil des Gerätes integriert. Dadurch ist die Entwärmung des Widerstandes sehr leicht realisierbar und sehr gut. Außerdem wird der Aufbau des elektronischen Gerätes kompakter.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes ist der Widerstand aus Verbundwerkstoff in einem nicht leitenden Gehäuse untergebracht. Dadurch lässt sich auch eine hohe Schutzart erreichen, wenn der Widerstand extern verwenden wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes weist wenigstens eine Oberfläche des Widerstandes Rippen auf. Dadurch wird die Wärmeabfuhr vom Widerstand wesentlich verbessert.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes schematisch veranschaulicht sind.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines im Handel erhältlichen Stromrichtergerätes, in der

2 ist eine erste Ausführungsform eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung dargestellt, wobei die

3 eine zweite Ausführungsform eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung zeigt, in der

4 ist eine erste Ausführungsform eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung schematisch dargestellt und die

5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes nach der Erfindung schematisch.

Das elektronische Gerät gemäß 2 weist ein Gehäuse 22 auf, bei dem wegen der Übersichtlichkeit die Frontseite nicht dargestellt ist. Im Innern dieses Gehäuses 22 ist eine Elektronik 24, insbesondere eine Stromrichterelektronik, angeordnet. Die Elektronik 24 umfasst eine Leiterplatte 26, auf deren Bestückungsseite elektronische Bauteile 28 und die Elektrolydkondensatoren 30 einer Kondensatoranordnung 8 angeordnet sind. Die abschaltbaren Halbleiterschalter des lastseitigen Stromrichters 4 und die Dioden des netzseitigen Stromrichters 2 des Stromrichtergerätes gemäß 1 sind auf einen nicht näher dargestellten Kühlkörper montiert, der die Rückwand des Gehäuses 22 des elektronischen Gerätes bildet. Diese Halbleiterschalter, insbesondere Leistungshalbleiterschalter, sind mit der Elektronik 24 elektrisch leitend verbunden. Außerdem weist diese Elektronik 24 zwei Anschlüsse 32 und 34 auf, die mit einem Widerstand 36 aus einem aus Kunststoff und Metall bestehenden Verbundwerkstoff elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlüsse 32 und 34 können beispielsweise elektrisch leitende Schienenstücke aus Kupfer sein, die durch Öffnungen 38 und 40 der Seitenwand 42 des Gehäuses mit dem Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff elektrisch leitend verbunden sind.

Dieser Verbundwerkstoff ist wegen seines niedrig schmelzenden Lots während der Verarbeitung trotz großem Füllstoffanteil flüssig. Er lässt sich daher über feine Düsen in eine Form einspritzen. Dazu weist die Seitenwand 42 eine Tasche auf, die mit einem elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden Material ausgelegt ist. Ebenfalls sind die Öffnungen 38 und 40 der Seitenwand 42 mit einem elektrisch isolierenden Material derart ausgelegt, dass die Anschlüsse 32 und 34 und der Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff vom Gehäuse isoliert sind. Bevor die Tasche der Seitenwand 42 mit flüssigem Verbundwerkstoff gefüllt wird, wird zunächst die Elektronik 24 in das Gehäuse 22 eingebaut, wobei die elektrischen Anschlüsse 32 und 34 durch die Öffnungen 38 und 40 in die Tasche der Seitenwand 42 ragen. Somit ist die Integration des Widerstandes 32 aus Verbundwerkstoff in einen Teil des Gehäuses 22 auf einfacher Art und Weise realisiert.

Durch die Verwendung von leitfähigem Kunststoff zur Realisierung eines Bremswiderstandes 20 und/oder Vorladewiderstandes 10 kann der vorhandene Raum im Gerät optimal genutzt werden. Dadurch erhält man einen sehr kompakten Aufbau des elektronischen Gerätes. Durch die Integration des Widerstandes 36 in die Seitenwand 42 des Gehäuses 22 des elektronischen Gerätes ist die Entwärmung sehr gut. In Abhängigkeit der geometrischen Abmessungen des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff kann ein gewünschter Widerstandswert eingestellt werden.

In der 3 ist eine zweite Ausführungsform des elektronischen Gerätes nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff als einzelnes Bauelement im Gehäuse 22 des elektronischen Gerätes angeordnet. Dabei entspricht die geometrische Form dieses Widerstandes 36 einem verfügbaren Freiraum des Gehäuses 22. Dadurch kann ein verfügbarer Freiraum des Gehäuses 22 für die Unterbringung des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff optimal genutzt werden. Dadurch kann das elektronische Gerät sehr kompakt aufgebaut werden. Da das Gewicht dieses Widerstandes 36 aus leitfähigem Kunststoff erheblich geringer ist als das eines massiven Hochlastwiderstandes, werden keine besonderen Anforderungen an die mechanische Befestigung dieses Widerstandes 36 gestellt.

Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Widerstandes 36, um den Widerstandswert dieses Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff zu vergrößern. Dazu wird der Verbundwerkstoff in einem mäanderförmig verlaufenden Hohlraum 44 in einem Kunststoffträger 46 eingebettet. In diesem mäanderförmigen Hohlraum 44 ragen beidseitig jeweils elektrische Anschlüsse 32 und 34. Der Kunststoffträger 46 bildet hier ein Gehäuse für den Verbundwerkstoff.

Um die Wärmeabfuhr vom Widersand 36 aus Verbundwerkstoff zu verbessern, weist wenigstens eine Oberfläche dieses Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff Rippen 48 auf. Ein Ausschnitt eines derartigen Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff ist in der 5 dargestellt. Außerdem kann dieser Widerstand 36 aus Verbundwerkstoff zum Schutze eines Anwenders mit einer zusätzlichen Schicht 50 aus einem elektrisch isolierenden aber thermisch gut leitendem Material überzogen sein. Diese Möglichkeit ist in der 5 durch eine unterbrochene Linie dargestellt.

Die Verwendung von leitfähigem Kunststoff zur Realisierung eines Widerstandes eines elektronischen Gerätes, insbesondere eines Brems- und/oder Vorladewiderstandes eines Stromrichtergerätes, führt zu einer maximalen Flexibilität bei der Umsetzung. Sie erlaubt eine optimale Nutzung von vorhandenen Räumen in einem elektronischen Gerät, wodurch ein kompakter Aufbau erreicht wird. Außerdem ist das Gewicht des Widerstandes 36 aus Verbundwerkstoff erheblich geringer als das eines Hochlastwiderstandes.


Anspruch[de]
Elektronisches Gerät mit wenigstens einem Widerstand (10, 20), der mit einer Elektronik (24) dieses Gerätes elektrisch leitend verbindbar ist, wobei dieser Widerstand (10, 20) aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall besteht. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (36) aus Verbundwerkstoff in einem Teil (42) des Gerätes integriert ist. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (36) aus Verbundwerkstoff in einem nicht leitenden Gehäuse untergebracht ist. Elektronisches Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche des Widerstandes (36) aus Verbundwerkstoff Rippen (48) aufweist.






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