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Title:
METHOD FOR PRODUCING A PRINTED CIRCUIT BOARD POWER CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/068963
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a printed circuit board power converter, comprising the steps of: raising a printed circuit board (1) with openings (2) and an integrated conductor track (3) so that they are aligned perpendicularly to a mounting direction; aligning a bus bar (11) so that it is positioned between the openings (2) of the printed circuit board (1), and introducing U-shaped metal sheets (4) into the openings (2) of the printed circuit board (1).

Inventors:
MAIER MARTIN (DE)
WEISS UWE (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/072796
Publication Date:
April 19, 2018
Filing Date:
September 12, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F38/30; H01F27/245; H01F27/26; H01F27/28
Domestic Patent References:
WO2017054972A12017-04-06
Foreign References:
JP2000021661A2000-01-21
JPH08172021A1996-07-02
JP2008002876A2008-01-10
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers mit den Schritten:

- Aufrichten einer Leiterplatte (1) mit Öffnungen (2) und einer integrierten Leiterbahn (3) , so dass sie senkrecht zu einer Montagerichtung ausgerichtet ist;

Ausrichten einer Stromschiene (11), so dass sie zwischen den Öffnungen (2) der Leiterplatte (1) positioniert ist; - Einführen von U-förmigen Blechen (4) in die Öffnungen

(2) der Leiterplatte (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmigen Bleche (4) mit zwei sich gegenüberliegenden Schenkeln (5, 6) und einem die Schenkel (5, 6) verbindenden

Übergangsbereich (7) wechselseitig über die Schenkel (5,6) in die Öffnung (2) der Leiterplatte (1) eingeführt werden, so dass die Übergangsbereiche (7) der U-förmigen Bleche (4) al¬ ternierend mal rechts und mal links von der Leiterplatte (1) positioniert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmigen Bleche (4) zueinander, zur Leiterplatte (1) und zur Stromschiene (11) durch Kappen (8) fixiert wer- den.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmigen Bleche (4) in den Öffnungen (2) der Leiterplatte (1) zwei Blechpakete (9) ausbilden, die von zwei Kap- pen (8) in ihrer Lage fixiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kappen (8) ein Kunststoffmaterial mit einem kleinen Längenausdehnungskoeffizienten verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kappen (8) verwendet werden, die an den Innenwänden Schaberippen aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kappen (8) verwendet werden, die Schnapp¬ haken aufweisen, die im Blechpaket (9) verrasten.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kappen (8) verwendet werden, die an sich gegenüberliegenden Seitenwänden (14,16) Ausnehmungen (17) für die Positionierung der Stromschiene (11) aufweisen.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers .

Bekannt sind Stromwandler vom Typ „Ringkernwandler". Ein Sekundärkreis eines solchen Stromwandlers umfasst typischer Weise eine Ringwicklung, die auch Sekundärwicklung genannt wird. Der Primärkreis des Stromwandlers ist ein Draht, der durch den Ringkern (Eisenkreis) hindurchgeführt wird. Auf Grund gesetzlicher Erfordernisse sind bei der Ausgestaltung des Stromwandlers vorbestimmte Luft- und Kriechstrecken ein- zuhalten, etwa zwischen dem primär- und dem sekundärseitigen Anschluss oder zwischen dem primärseitigen Anschluss und der Ringwicklung. Die Ringwicklung besteht üblicher Weise aus Lackdraht, der für die gesetzlichen Vorgaben als nicht isoliert gilt. Der den Primärkreis bildende Draht hingegen ist üblicher Weise ausreichend isoliert. Es sind bestimmte Min ¬ destabstände zwischen den abisolierten, freien Enden des Primärkreisdrahts zur Ringwicklung einzuhalten.

Neben diesen Ringkernwandlern gibt es auch Wandler, die aus wechselseitig geschichteten Blechen mit einem Spulenkörper bestehen. Der Spulenkörper hat den Vorteil, dass man ihn einfach und schnell wickeln kann. Für den Spulenkörper hat man jedoch wieder einmalige Werkzeugkosten. Insgesamt gesehen sind aber die Genauigkeit und der Dynamikumfang bei diesem Wandler schlechter als beim Ringkernwandler.

Die oben ausgeführten Beispiele für einen Stromwandler weisen mehrere Nachteile auf. So ist es mit einem erheblichen Auf ¬ wand verbunden, die sekundären Windungen aufzubringen. Zudem müssen Anschlusslitzen angeschlagen werden, die wiederum mit der Leiterplatte kontaktiert werden müssen. Außerdem wird bei einer Trennung der Stromwandlerbaugruppe von der Leiterplatte mehr Bauraum benötigt. Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung da ¬ rin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers anzugeben, welches auf einfache Art und Weise die oben genannten Nachteile ausräumt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers mit den Schrit ¬ ten gelöst:

Aufrichten einer Leiterplatte mit Öffnungen und einer integrierten Leiterbahn, so dass sie senkrecht zu einer Montagerichtung ausgerichtet ist;

Ausrichten einer Stromschiene, so dass sie zwischen den Öffnungen der Leiterplatte positioniert ist;

Einführen von U-förmigen Blechen in die Öffnungen der Leiterplatte .

Die Erfindung beinhaltet eine Leiterplatte, auf und in der die Sekundärwindungen als Leiterbahn ausgeführt sind. In der Leiterplatte sind Öffnungen vorgesehen, um einen Eisenkreis aufnehmen zu können. Die Primärwindungen können als separate Leitungen oder als Leiterbahn auf und in den Leiterplattenschichten realisiert werden.

Der erfindungsgemäße Leiterplattenstromwandler weist einen Eisenkreis auf. Dieser Eisenkreis verfügt über einen gesta ¬ pelten Aufbau mit U-förmigen Blechen aus einem ferromagneti- schen Material wie zum Beispiel Siliziumeisen oder Nickelei- sen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers umfasst als ersten Schritt, dass die Leiterplatte senkrecht aufgestellt wird. Dadurch können die einzelnen Bleche nicht wieder aus der Öffnung fallen. In einem zweiten Schritt wird die Stromschiene als Primärstrom ¬ kreis für die jeweiligen Phasen LI, L2 oder L3 senkrecht an die Leiterplatte herangeführt, so dass sie zwischen den je ¬ weiligen Öffnungen der Leiterplattenspule zum Liegen kommt. In einem weiteren Schritt können die U-förmigen Bleche nacheinander wechselseitig, also einmal von links und einmal von rechts oder umgekehrt in die dafür vorgesehenen Öffnungen der Leiterplatte geführt werden. Dadurch entsteht für jede Phase LI, L2 oder L3 nach einigen Stapelrunden ein Blechpaket.

Um die zahlreichen U-förmigen Bleche zueinander, zur Leiterplatte und zur Stromschiene zu fixieren, werden vorzugsweise Kappen, beispielsweise aus Kunststoff verwendet, von denen jeweils eine Kappe auf beiden Seiten auf das Blechpaket ge ¬ steckt wird. Dabei ist das Innenmaß der jeweiligen Kappe so zu dimensionieren, dass das Blechpaket definiert zusammenge ¬ drückt wird und trotzdem noch montierbar ist. Als Montagehil- fe dient hierbei eine rundlaufende 45°-Phase. Da die Bleche im montierten Zustand auf Grund ihrer Spannung nach außen drücken, hält die Kappe ohne weitere Fixierung. Für einen verbesserten Halt können an den Innenwänden der Kappe zusätzlich so genannte Schaberippen angebracht werden.

Des Weiteren können für einen verbesserten Halt zum Beispiel bei erschwerten Umwelteinflüssen wie erhöhte Schwing-/Schock- Anforderungen an den zwei gegenüberliegenden Innenwänden der Kappe zusätzlich Schnapphaken angebracht werden, die dann im Blechpaket verrasten. Zudem sollte eine der beiden Kappen an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Durchbrüche aufweisen, die die Stromschiene umschließen. Es sollte ein Kappenmaterial verwendet werden mit einem möglichst kleinen Längenausdehnungskoeffizienten, damit ein möglichst großer Temperaturbe- reich abgedeckt werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die U- förmigen Bleche mit zwei sich gegenüberliegenden Schenkeln und einem die Schenkel verbindenden Übergangsbereich wechselseitig über die Schenkel in die Öffnung der Leiterplatte ein ¬ geführt werden, so dass die Übergangsbereiche der U-förmigen Bleche alternierend mal rechts und mal links von der Leiter ¬ platte positioniert sind.

In einer weiteren speziellen Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die U-förmigen Bleche zueinander, zur Leiterplatte und zur Stromschiene durch Kappen fixiert werden.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die U-förmigen Bleche in den Öffnungen der Leiterplatte zwei Blechpakete ausbilden, die von zwei Kappen in ihrer Lage fixiert werden.

In einer weiteren speziellen Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass für die Kappen ein Kunststoffmaterial mit einem kleinen Längenausdehnungsko ¬ effizienten verwendet wird.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass Kappen verwendet wer- den, die an den Innenwänden Schaberippen aufweisen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass Kappen verwendet werden, die Schnapphaken aufweisen, die im Blechpa- ket verrasten.

In einer weiteren speziellen Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass Kappen verwendet werden, die an sich gegenüberliegenden Seitenwänden Durchbrü- che für die Positionierung der Stromschiene aufweisen.

Der erfindungsgemäße Leiterplattenstromwandler weist einen Eisenkreis auf, der aus U-förmigen Blechen aufgebaut ist. Der Eisenkreis ist in Öffnungen einer Leiterplatte platziert. Die Öffnungen in der Leiterplatte sind vorzugsweise sich gegen ¬ überliegend angeordnet. Die Schenkelelemente des Eisenkreises sind in den Öffnungen der Leiterplatte positioniert. Jeweils um ein Schenkelelement des Eisenkreises ist eine Sekundär ¬ kreis bildende Wicklung des Stromwandlers mit einer Mehrzahl an Windungen in der Leiterplatte ausgebildet.

Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nach- folgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen: Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine aufgerichtete Leiterplatte mit Öffnungen und einer integrierten Lei ¬ terbahn während des Einführens von U-förmigen Blechen in die Öffnungen der Leiterplatte; Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung einen erfindungsgemäß hergestellten Leiterplattenstromwandler mit separaten Kappen;

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung der erfindungs- gemäß hergestellte Leiterplattenstromwandler mit fixierten Kappen über den Blechpaketen aus U-förmigen Blechen;

In Fig. 1 ist eine zur Montagerichtung senkrecht aufgerichte ¬ te Leiterplatte 1 mit Öffnungen 2 dargestellt und mit einer integrierten Leiterbahn 3, vorzugsweise einer Kupferleiterbahn, während des Einführens von U-förmigen Blechen 4 in die Öffnungen 2 der Leiterplatte 1. Die Öffnungen 2 sind vorzugs ¬ weise rechteckig ausgeformt und liegen sich positionsgleich gegenüber. Zwischen den Öffnungen 2 befindet sich ein Teilbe- reich der Leiterplatte 1, auf welchem zum Teil die integrierte Leiterbahn 3 ausgebildet ist. Die U-förmigen Bleche weisen zwei Schenkel 5, 6 auf und einen die beiden Schenkel 5, 6 verbindenden Übergangsbereich 7. Die U-förmigen Bleche 4 sind vorzugsweise wechselseitig über die Schenkel 5, 6 in die Öff ¬ nungen 2 der Leiterplatte 1 eingeführt, so dass die Über ¬ gangsbereiche 7 der U-förmigen Bleche 4 alternierend mal rechts und mal links von der Leiterplatte 1 positioniert sind.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Leiterplat- tenstromwandler mit separaten Kappen 8 dargestellt. Die Stapelung der U-förmigen Bleche 4 führt zur Ausbildung eines Blechpakets 9, welches sowohl oberhalb als auch unterhalb der Leiterplatte 1 angeordnet ist. Die Blechpakete 9 liegen mit dem Übergangsbereich nicht plan auf der Leiterplatte 1 auf, sondern sind mit dem Übergangsbereich 7 von der Leiterplatte 1 beabstandet, so dass sich eine Ausnehmung 10 bildet, durch welche eine Stromschiene 11 geführt werden kann. Die Kappe 8 ist vorzugsweise als offener Quader ausgebildet mit einer Abdeckseite 12 und vier Seitenwänden 13, 14, 15, 16. Vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden 14, 16 sind positionsgleich angeordnete Ausnehmungen 17 ausgebil- det, die eine Aufnahme der Stromschiene 11 ermöglichen.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Leiterplat- tenstromwandler mit fixierten Kappen 8 über den Blechpaketen 9 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leiter- plattenstromwandlers zeichnet sich durch definierte und klei ¬ ne Luftspalte zwischen den einzelnen Blechen aus, wodurch ein höherer magnetischer Wirkungsgrad erreicht wird. Die mecha- nisch definierte und reproduzierbare Fixierung der Bleche zu ¬ einander führt dazu, dass die magnetischen Eigenschaften auch bei äußeren mechanischen Einflüssen und über die Lebensdauer gleich bleiben. Es erfolgt eine Fixierung der Bleche zur Leiterplatte sowie eine Fixierung der Bleche und Leiterplatte zur Stromschiene. Außer den beiden Kappen sind keine weiteren Montagehilfen notwendig. Durch die Integration des Eisenkreises in die Leiterplatte ergibt sich ein deutlich kompakterer Aufbau für den erfindungsgemäßen Leierplattenstromwandler mit einem geringeren Bedarf an Bauraum.

Bezugs zeichenliste

1 Leiterplatte

2 Öffnung

3 Leiterbahn

4 U-förmiges Blech

5 Schenkel

6 Schenkel

7 Übergangsbereich

8 Kappe

9 Blechpaket

10 Ausnehmung

11 Stromschiene

12 Abdeckseite

13 Seitenwand

14 Seitenwand

15 Seitenwand

16 Seitenwand

17 Ausnehmung