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Kühlkörper mit einem Gehäuse für eine wärmeabgebende elektronische Schaltung Download PDF

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Kühlkörper mit einem Gehäuse (18) für eine wärmeabgebende elektronische Schaltung (11), insbesondere für eine Gebläsesteuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, welches Gehäuse (18) Seitenwandungen aus Kunststoff aufweist, die durch Umspritzen des oberen Abschnitts des Kühlkörpers (12) fest mit diesem verbunden sind, und welcher Kühlkörper (12) zumindest abschnittsweise den Boden (14) des Gehäuses (18) bildet und im wärmeleitenden Kontakt zu wenigstens einem Teil (16) der Schaltung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) zumindest teilweise entlang dem Umfang über zumindest einen Teil der Höhe der Seitenwandung doppelwandig (19, 20) unter Bildung einer inneren Wanne ausgebildet ist, die in der zusammengebauten Lage die elektronische Schaltung (11) aufnimmt und mit einer Weichvergußmasse (21) verfüllt ist, daß die äußere Seitenwandung (19) die innere Seitenwandung (20) in der Höhe überragt, und daß in der zusammengebauten Lage das Gehäuse über der inneren Wanne mit einem Hartvergußmasse (22) verfüllt ist, die sich in den durch die doppelte Seitenwandung...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem Gehäuse für eine wärmeabgebende elektronische Schaltung, insbesondere für eine Gebläsesteuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, welches Gehäuse Seitenwandungen aus Kunststoff aufweist, die durch Umspritzen des oberen Abschnitts des Kühlkörpers fest mit diesem verbunden sind, und welcher Kühlkörper zumindest abschnittsweise den Boden des Gehäuses bildet und im wärmeleitenden Kontakt zu wenigstens einem Teil der Schaltung steht.
  • Derartige Leistungsaugruppen mit einem Kühlkörper und einem Gehäuse ist beispielsweise aus der DE 91 06 035 U1 oder der EP 0 682 467 A2 bekannt. Das Gehäuse ist als wannenförmige Aufnahme in einem Grundkörper aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise Leichtmetall, ausgebildet. Der Grundkörper bildet gleichzeitig den Kühlkörper. Die Aufnahme ist in den Grundkörper einstückig angeformt, so daß der Gestaltungsvielfalt in einem einfachen Umform- oder Urformprozeß Grenzen gesetzt sind. Auch weist ein derartiger Kühlkörper, auch wenn er aus Leichtmetall besteht, häufig ein hohes Geweicht auf. Ähnliche Aufbauten von Leistungsbaugruppen zeigen die Entgegenhaltungen DE 39 16 899 A1 und DE 39 06 973 A1 . Den hierdurch vorbekannten Leistungsbaugruppen ist gemeinsam, daß die Gehäuse teilweise als Kühlkörper ausgebildet sind oder als solche dienen.
  • Aus der DE 34 15 554 C2 und der DE 89 14 493 U1 ist es bekannt, ein wärmeabgebendes Leistungsbauteil mit dem Kühlkörper zu verbinden. Aus DE 40 38 788 A1 und DE 38 33 146 C2 ist es bekannt, zum Schutz der elektronischen Schaltung ein wannenförmiges Gehäuse vorzusehen, in das eine Vergußmasse eingefüllt wird. Diese Vergußmassen dienen dem Schutz der elektronischen Schaltung. Die Wärme wird hier über das Gehäuse abgeführt. Bei einer aus der DE 195 01 895 A1 bekannten Anordnung einer Leistungsbaugruppe wird eine wärmeleitende Vergußmasse eingefüllt. Grundsätzlich kann man zwischen Hart- und Weichvergußmassen unterscheiden. Aus der US 5,155,660 A ist es bekannt, in das wannenförmige Gehäuse zunächst eine Weichvergußmasse einzufüllen, die von einer Hartvergußmasse überdeckt wird. Durch diesen zweischichtigen Aufbau soll die elektronische Schaltung besser geschützt werden. Allerdings schwimmt die obere Hartvergußmasse auf der unteren Weichvergußmasse. Ein aufgebrachter Druck wirkt daher über die Weichvergußmasse auf die elektronische Schaltung.
  • Weiterhin können eventuell unmittelbar angeformte Aufnahmen zur Halterung der elektronischen Schaltung in der wannenförmigen Aufnahme häufig nicht mit der ausreichenden Genauigkeit gefertigt werden. Es ist daher teilweise erforderlich, entsprechende Nachbearbeitungen durchzuführen. Auch muß die elektronische Schaltung gesondert gelötet werden. Es sind dazu häufig gesonderte Lötmasken, beispielsweise aus Kunststoff, herzustellen, um die elektronischen Bauelemente in ihrer Lage zu fixieren. Dadurch wird der Produktionsaufwand erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eine möglichst guter Schutz der elektronischen Schaltung vor äußeren Einflüssen erreicht wird. Ferner soll eine große Gestaltungsvielfalt mit Blick auf das Gehäuse zur Aufnahme der Schaltung möglich sein.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gehäuse zumindest teilweise entlang dem Umfang über zumindest einen Teil der Höhe der Seitenwandung doppelwandig unter Bildung einer inneren Wanne ausgebildet ist, die in der zusammengebauten Lage die elektronische Schaltung aufnimmt und mit einer Weichvergußmasse verfüllt ist, daß die äußere Seitenwandung die innere Seitenwandung überragt, und daß in der zusammengebauten Lage das Gehäuse über der inneren Wanne mit einem Hartvergußmasse verfüllt ist, die sich in den durch die doppelte Seitenwandung gebildeten Spalt erstreckt und sich dort abstützt. In dieser inneren Wanne kann die elektronische Schaltung besonders gut geschützt gegen äußere Einflüsse montiert sein. Die Hartvergußmasse erstreckt sich bis in den durch die doppelte Wandung gebildeten Spalt ist dort verankert. Im einzelnen ist die Anordnung in der zusammengebauten Lage demnach so getroffen, daß in der inneren Wanne des doppelwandigen Gehäuses die elektronische Schaltung in einer Weichvergußmasse eingebettet ist. Die anschließend eingebrachte Hartvergußmasse deckt die Weichvergußmasse ab und wird gleichzeitig in dem Spalt zwischen den doppelten Wandungen fest verankert. Dadurch wird erreicht, daß ein Druck auf die Hartvergußmasse unmittelbar in das Gehäuse eingeleitet wird, ohne auf die Weichvergußmasse zu wirken. Eine Beschädigung der elektronischen Schaltung ist somit nahezu ausgeschlossen.
  • Die Herstellung eines Gehäuses aus Kunststoff mittels Umspritzen des Kühlkörpers bietet eine große Gestaltungsvielfalt, ohne das mechanische Nachbearbeitungen erforderlich werden. Im einzelnen ist vorgesehen, daß die Oberseite des metallischen Kühlkörpers nach wie vor zumindest teilweise frei bleibt, so daß der wärmeleitende Kontakt zu der elektronischen Schaltung ohne weiteres hergestellt werden kann.
  • Es kann grundsätzlich ausreichend sein, wenn das Gehäuse als Rahmen ausgebildet ist, so daß die elektronische Schaltung lediglich auf dem Kühlkörper fixiert ist. Es ist jedoch zweckmäßig, wenn das Gehäuse wannenförmig und entlang dem Umfang vollständig geschlossen und oben offen ausgebildet ist. Dadurch wird ein guter Schutz der elektronischen Schaltung vor äußeren Einflüssen bewirkt.
  • Die Herstellung des Gehäuses durch Umspritzen des Kühlkörpers mit einem Kunststoff bietet eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß das Gehäuse Halterungen für die elektronische Schaltung aufweist, welche unmittelbar beim Umspritzen des Kühlkörpers hergestellt werden. Auch kann vorgesehen werden, daß das Gehäuse mit angeformten Rastelementen oder Hinterschneidungen versehen ist, um den Kühlkörper über das Gehäuse in der eingebauten Lage, beispielsweise in einem Lüftungskanal, zu halten. Ferner ist es möglich, daß das Gehäuse gleichzeitig wenigstens eine Lötmaske für den Lötvorgang der elektronischen Schaltung in einem Lötofen aufweist.
  • Es ist offensichtlich, daß aufgrund der Gestaltungsvielfalt der Herstellungsprozeß vereinfacht werden kann. Insbesondere kann auf mehrere Bauteile, insbesondere auf separate Lötmasken, die eine gesonderte Herstellung erfordern, verzichtet werden. Es ist somit möglich, die Schaltung lose in dem Gehäuse auf dem Kühlkörper zu konfektionieren und in einem Arbeitsgang der Verlötung zu unterziehen.
  • Es kann weiterhin vorgesehen werden, daß der Kunststoff des Gehäuses zumindest teilweise den der Schaltung zugekehrten Boden des Kühlkörpers abdeckt. Dadurch kann eine Isolationsschicht unmittelbar beim Herstellen des Gehäuses vorgesehen werden, so daß Kurzschlüsse, Kriechströme oder dergleichen vermieden werden können. Insbesondere ist es möglich, daß der Kunststoff lediglich die zur Wärmeübertragung erforderliche metallische Oberfläche des Kühlkörpers frei läßt.
  • Das Gehäuse selbst kann auch durch einen Deckel verschlossen sein. Dadurch wird erreicht, daß der gegen Druck relativ empfindliche Weichverguß gegen mechanische Einflüsse geschützt ist.
  • Es ist grundsätzlich zweckmäßig, wenn der Kunststoff hitzebeständig ist derart, daß dessen Erweichungs- oder Schmelztemperatur höher als die Löttemperatur ist....
  • Dadurch kann das gesamte Gehäuse mit der Schaltung in einem Lötofen fertig gelötet werden.
  • Der Kühlkörper kann grundsätzlich aus einem beliebigen wärmeleitenden Material bestehen. Es ist jedoch zweckmäßig, wenn der Kühlkörper ein Aluminiumdruckgußteil oder ein Aluminiumfließpressteil ist. Ein Aluminiumwerkstoff hat für diese Verwendungszwecke hervorragende Wärmeleiteigenschaften und weist zudem ein geringes Gewicht auf.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 im Schnitt einen Kühlkörper gemäß der Erfindung in der zusammengesetzten Lage und
  • 2 eine Draufsicht auf ein offenes Gehäuse gemäß 1.
  • Der in der Zeichnung dargestellte Kühlkörper 12 weist auf seinem oberen Abschnitt ein Gehäuse 18 für eine wärmeabgebene Schaltung 11 auf. Die Unterseite des Kühlkörpers ist mit einer Vielzahl von Kühldomen 13 beziehungsweise Kühlrippen versehen oder mit diesen wärmeleitend verbunden. Diese Kühldome 13 oder Kühlrippen ragen in der eingebauten Lage in einen Lüftungskanal, beispielsweise einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, hinein, um die Wärme der elektronischen Schaltung abzuführen.
  • Die elektronische Schaltung 11 ist auf der oberen, den Kühldomen 13 abgekehrten Seite 14 des Kühlkörpers 12 montiert. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß das wärmeabgebende Element, in der Regel ein Leistungstransistor 15, mit seiner Wärmeleitplatte 16 mit der metallischen Oberfläche 14 des Kühlkörpers 12 in einem wärmeleitenden Kontakt steht. Der wärmeleitende Kontakt kann durch eine entsprechende Wärmeleitpaste zwischen Kühlkörper 12 und Leistungstransistor 15 bewirkt werden.
  • Der Leistungstransistor 15 steht in Verbindung mit der restlichen elektronischen Schaltung, die auf einer Platine 17 montiert ist. Die Platine weist Anschlüsse 28 auf, mit der die elektronische Schaltung elektrisch an die Zentralsteuerung beispielsweise einer Klimaanlage angeschlossen werden kann. Insoweit ist der gezeigte Aufbau bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
  • In dem im wesentlichen wannenförmig ausgebildeten Gehäuse 18 ist die elektronische Schaltung 11 angeordnet. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Seitenwandungen 19 des Gehäuses 18 aus Kunststoff bestehen und durch Umspritzen des oberen Abschnitts des Kühlkörpers 12 fest mit diesem verbunden sind. Durch diesen Herstellungsprozeß ist es möglich, eine passgenaue und vielfältige Gestalt des Gehäuses bereit zu stellen.
  • Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenwandungen über einen Teilabschnitt der Höhe doppelwandig ausgebildet. Die innere Wandung 20 bildet eine innere Wanne, in der die elektronische Schaltung 11 aufgenommen ist. Die Höhe der inneren Wandung 20 ist so bemessen, daß die elektronischen Bauelemente der elektronischen Schaltung 11 überragt werden. Die äußere Seitenwandung 19 des Gehäuses 18 überragen die inneren Wandungen 20.
  • Durch diesen doppelwandigen Aufbau ist es möglich, die elektronische Schaltung besonders wirksam gegen äußere Einflüsse zu schützen. In der zusammengesetzten Lage ist vorgesehen, daß die innere Wanne nach Einsetzen der Schaltung 11 mit einer sogenannten Weichvergußmasse 21, beispielsweise aus Silikon, verfüllt ist. Die durch die äußeren Wandungen 19 gebildete äußere Wanne des Gehäuses 18 ist mit einer Hartvergußmasse 22 verfüllt. Diese Hartvergußmasse 22 erstreckt sich in den Spalt 23 zwischen der äußeren und inneren Wandung 19, 20. Nach dem Aushärten der Hartvergußmasse 23 sind demnach Stützen vorhanden, die aus dem in dem Spalt 23 befindlichen Material gebildet werden. Ein auf die Oberseite 24 der Hatvergußmasse aufgebrachter Druck wird somit unmittelbar in die Gehäusewandung bzw. den Kühlkörper 12 geleitet, ohne auf die Weichvergußmasse 21 und die elektronische Schaltung 11 einzuwirken. Beschädigungen der elektronischen Schaltung 11 können somit vermieden werden. Insbesondere wird hierdurch nicht zuletzt aufgrund der Elastizität der Gehäusewandungen 19 ein Lösen der Hartvergußmasse 22 und eine Spaltbildung zwischen der Hartvergußmasse und den äußeren Wandungen 19 vermieden. Ein Eindringen von Feuchtigkeit kann somit zuverlässig verhindert werden. Auch wenn ein Spalt entstehen würde, bleibt die elektronische Schaltung 11 durch die in der Hartvergußmasse eingebettete Weichvergußmasse 21 vollständig geschützt.
  • Es ist offensichtlich, daß ein Kühlkörper mit einem derart ausgebildeten Gehäuse eine Vielzahl von Vorteilen bietet. Insbesondere ist es, wie oben erläutert, möglich einen absolut dichten Aufbau für die elektronische Schaltung zu erreichen. Weiterhin können im Umspritzprozeß eine Vielzahl von exakten Halterungen, Masken, Fixierungen und dergleichen mit angeformt werden, um die elektronische Schaltung in der optimalen Lage zu halten. Insbesondere ist es auch möglich, Rastelemente vorzusehen, mit der beispielsweise die Platine 17 in dem Gehäuse klemmend gehalten werden kann. Entsprechendes gilt für den Leistungstransistor 15, so daß die Platine 17 und der Leistungstransistor 15 gegebenenfalls lediglich eingeklippt zu werden brauchen. Weiterhin ist es möglich, daß das Gehäuse angeformte Lötmasken enthält und so ausgebildet ist, daß die elektronischen Bauelemente vor deren Verlötung durch das Gehäuse selbst fixiert werden. Zusätzliche Lötmasken sind nicht erforderlich. Das gesamte Bauelement bestehend aus Kühlkörper und elektronischer Schaltung kann dann zunächst konfektioniert und in einem Arbeitsgang gelötet werden.
  • Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind zudem äußere Rastelemente 25 vorgesehen, über die das Gehäuse fest in der eingebauten Lage, beispielsweise in einem Lüftungskanal, gehalten werden kann. Die Rastelemente 25 sind ebenfalls unmittelbar angeformt. Durch die Elastizität des Kunststoffes für das Gehäuse ist der Einsatz derartiger Rasten leicht möglich, wodurch die Endmontage des gesamten Bauelementes, beispielsweise im Kraftfahrzeug wesentlich erleichtert wird.
  • Es können weiterhin Hinterschneidungen oder andere Rastelemente vorgesehen werden, die beispielsweise einen Deckel für das Gehäuse 18 halten. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Ferner ist es möglich, daß mit dem Umspritzprozeß gleichzeitig eine Isolationsschicht 26 beispielsweise zwischen der Unterseite der Platine 17 und der Oberseite des Kühlkörpers 14 in diesem Bereich angeformt wird. Dadurch kann beispielsweise die Gefahr von Kriechströmen oder Kurzschlüssen verringert werden.
  • Es ist offensichtlich, daß der Gestaltungsvielfalt kaum Grenzen gesetzt sind. Die seitlichen Wandungen 19 können durch Hinterschneidungen und Vorsprünge 27 mit dem Kühlkörper 12 verbunden sein. Dadurch wird ein besonders fester und dichter Halt des Gehäuses an dem Kühlkörper bewirkt. Die Verwendung von Kunststoff als Aufnahme hat zudem dem Vorteil, daß das Gehäuse und somit der Kühlkörper und das fertige Bauelement insgesamt leichter ausgebildet sind. Ferner ist mit einfachen Mitteln ein vollkommener wasserdichter Aufbau möglich.

Claims (7)

  1. Kühlkörper mit einem Gehäuse (18) für eine wärmeabgebende elektronische Schaltung (11), insbesondere für eine Gebläsesteuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, welches Gehäuse (18) Seitenwandungen aus Kunststoff aufweist, die durch Umspritzen des oberen Abschnitts des Kühlkörpers (12) fest mit diesem verbunden sind, und welcher Kühlkörper (12) zumindest abschnittsweise den Boden (14) des Gehäuses (18) bildet und im wärmeleitenden Kontakt zu wenigstens einem Teil (16) der Schaltung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) zumindest teilweise entlang dem Umfang über zumindest einen Teil der Höhe der Seitenwandung doppelwandig (19, 20) unter Bildung einer inneren Wanne ausgebildet ist, die in der zusammengebauten Lage die elektronische Schaltung (11) aufnimmt und mit einer Weichvergußmasse (21) verfüllt ist, daß die äußere Seitenwandung (19) die innere Seitenwandung (20) in der Höhe überragt, und daß in der zusammengebauten Lage das Gehäuse über der inneren Wanne mit einem Hartvergußmasse (22) verfüllt ist, die sich in den durch die doppelte Seitenwandung (19, 20) gebildeten Spalt (23) erstreckt und sich dort abstützt.
  2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) Halterungen für die elektronische Schaltung (11) aufweist, welche unmittelbar beim Umspritzen des Kühlkörpers (12) hergestellt worden sind.
  3. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) mit angeformten Rastelementen (25) versehen ist, um das Gehäuse in der eingebauten Lage zu halten.
  4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) zumindest teilweise den der Schaltung zugekehrten oberen Boden (14) des Kühlkörpers (12) unter Bildung einer Isolation (26) abdeckt.
  5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) mit einem Deckel verschließbar ist.
  6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des Gehäuses (18) hitzebeständig ist und dessen Schmelztemperatur höher als die Löttemperatur ist.
  7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Aluminiumdruckgußteil oder ein Aluminiumfließpreßteil ist.
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