DE10034572A1

DE10034572A1 - Heizgerät mit Kühlmittel für Leistungstransistor

Info

Publication number: DE10034572A1
Application number: DE10034572A
Authority: DE
Inventors: Stephan Habijanec
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Wärmeübertrager (11) und einem Steuergerät (10), dessen Gehäuse (16) auf einem Außengehäuse (13) des Wärmeübertragers (11) angebracht ist und das zumindest einen auf einer Platine (17) angeordneten Leistungshalbleiter (18), beipielsweise einen Transistor umfaßt, der zur Kühlung elastisch gegen einen vom Außengehäuse (13) vorstehenden Dom (22) gepreßt ist. Erfindungsgemäß ist ein vom Steuergerätegehäuse (16) in Richtung auf den Dom (22) einwärts vorstehender Vorsprung (24) zum Pressen des Leistungshalbleiters 18) gegen den Dom (22) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Wärmeübertrager und einem Steuergerät, dessen Gehäuse auf einem Außengehäuse des Wärmeübertragers angebracht ist und das zumindest einen auf einer Platine angeordneten Leistungshalbleiter, beispielsweise einen Transistor umfasst, der zur Kühlung elastisch gegen einen vom Außengehäuse vorstehenden Dom gepresst ist.

Bei der Abfuhr von Verlustwärme des Leistungshalbleiters über einen vom Wärmeübertrager vorstehenden Dom im Heizgerät der vorstehend genannten Art handelt es sich um eine von bislang eingesetzten Kühlmaßnahmen für Leistungshalbleiter des Heizgerätesteuergeräts. Alternativ hierzu ist es beispielsweise aus der DE 38 07 397 A1 bekannt, den Leistungshalbleiter mit einer Wandung des Steuergerätegehäuses wärmeleitend zu verschrauben.

Bei einem bekannten Heizgerät der eingangs genannten Art wird der Halbleiter zur ausreichenden Kühlung mittels einer Feder elastisch an den Dom gepresst. Diese Feder sitzt zwischen dem Kopf der Schraube und derjenigen Seite des Leistungshalbleitergehäuses, welche der Seite gegenüberliegt, die auf der Stirnseite des Doms anliegt. Bei dieser Anordnung wird die Feder durch Anziehen der Schraube gegen den Leistungshalbleiter gedrückt. Dies erfordert zum einen einen getrennten Montagevorgang für die Anpressfeder und zum anderen eine zweiteilige Ausbildung des Steuergerätegehäuses mit einem Rahmenteil, in welchem die Platine mit dem Leistungshalbleiter angeordnet ist, und der zunächst auf dem Wärmeübertrager montiert werden muss, woraufhin ein oberes Deckelteil des Gehäuses auf dem Rahmen montiert wird. Bei diesem zweiteiligen Steuergerätegehäuse sind zwei Dichtungen erforderlich: Eine Dichtung, welche den Rahmen gegenüber dem Wärmeübertrager abdichtet und eine weitere Dichtung, welche das Gehäusedeckelteil gegenüber dem Rahmen abdichtet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Steuergerät unter Einsparung von Bauteilen ein einteiliges Gehäuse aufweisen kann, und dessen Leistungshalbleiter mit geringerem Montageaufwand als bislang zur Wärmeabfuhr an den Dom des Wärmeübertragers gekoppelt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß erfolgt die Ankopplung des Leistungshalbleiters an den vom Wärmeübertrager vorstehenden Dom nicht wie bislang mittels einer Schraube zum Festlegen der Feder, sondern mittels eines von der Gehäuseinnenseite einwärts vorstehenden Vorsprungs, der derart bemessen ist, dass der über dem Dom positionierte Leistungshalbleiter durch Aufsetzen des Steuergerätegehäuses und Fixieren desselben am Wärmeübertrager über den Vorsprung ohne zusätzliche Montagemaßnahme elastisch gegen den Dom gepresst wird. Durch den erfindungsgemäßen Pressvorsprung entfällt das bislang erforderliche aufwendige Anschrauben einer Feder zum Drücken des Leistungshalbleiters gegen den Dom. Andererseits muss das Steuergerätegehäuse nicht wie bislang zweiteilig mit einem Rahmen und einem Gehäusedeckelteil gebildet werden. Vielmehr kann das Steuergerätegehäuse einteilig gebildet sein, da es aufgrund des Pressvorsprungs auf der Innenseite des Gehäuses nicht mehr erforderlich ist, das Gehäuse zum Festlegen des Transistors auf dem Dom des Wärmeübertragers von oben frei zugänglich zu halten.

Der Pressvorsprung kann grundsätzlich an beliebiger Stelle innerhalb des Steuergerätegehäuses positioniert sein. Eine mögliche Stelle ist dabei eine Gehäuseseitenwand, von welcher der Pressvorsprung gewinkelt abwärts vorsteht. Eine bevorzugte Steile zur Anordnung des Pressvorsprungs bildet jedoch die der Platine gegenüberliegende Deckenwand des Gehäuses, von welcher der Pressvorsprung im wesentlichen gerade verlaufend abwärts vorspringt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Pressvorsprung einstückig mit dem Gehäuse gebildet, das beispielsweise aus Kunststoff besteht.

Zur Förderung der Wärmeabfuhr vom Leistungshalbleiter zum Dom des Wärmeübertragers ist vorteilhafterweise zwischen dem Leistungstransistor und dem Dom ein Wärmeübertragungselement angeordnet. Dieses Wärmeübertragungselement kann in unterschiedlicher Weise, beispielsweise elastisch oder starr gebildet sein. Vorteilhafterweise ist das Wärmeübertragungselement als Wärmeleitfolie gebildet. Wenn diese Wärmeleitfolie kompressibel bzw. elastisch gebildet ist, übernimmt sie auch die Funktion der elastischen Ankopplung beim Pressen des Leistungshalbleiters gegen den Dom mittels des Pressvorsprungs.

Die elastische Pressfunktion kann jedoch auch in anderer Weise bereitgestellt werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der Pressvorsprung in Belastungsrichtung zumindest partiell elastisch ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend hierzu kann zwischen dem Pressvorsprung und dem Leistungshalbleiter ein elastisches Element angeordnet sein. Dieses elastische Element ist bevorzugt in Gestalt eines Elastomers gebildet, welches mit der Stirnseite des Pressvorsprungs beispielsweise verklebt ist. Eine Alternative zu dem Elastomer bildet eine mit der Stirnseite des Pressvorsprungs fest verbundene Feder. Diese Feder kann sowohl eine Blattfeder wie auch eine Schraubenfeder sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Querschnitt ein auf einen Wärmeübertrager 11 eines Heizgeräts aufgesetztes Steuergerät 10. Das Heizgerät (nicht dargestellt) ist beispielsweise in den Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingebunden. Der flüssige Wärmetauscher durchströmt einen Zwischenraum 12, der zwischen dem mantelförmigen Außengehäuse 13 des Wärmeübertragers 11 und diesem gebildet ist. Auf dem Außengehäuse 13 ist ein beispielsweise rechteckiger Tragrahmen 14 für das Steuergerät 10 angeformt. Auf diesem Tragrahmen 14 sitzt eine umlaufende Elastomerdichtung 15, welche ihn zur Fixierung zumindest teilweise umgreift.

Das Steuergerät 10 umfasst ein einteiliges, unten bzw. rahmenseitig offenes Gehäuse 16, welches mit seinem umlaufenden Rand über die Elastomerdichtung 15 auf dem Tragrahmen 14 sitzt. Eine im Bereich des unteren Rands des Steuergerätegehäuses 16 angeordnete Platine 17 ist innenliegend mit Bauteilen, unter anderem mit einem Halbleiter 18, beispielsweise in Gestalt eines Leistungstransistors mit rechteckigem flachem Kunststoffgehäuse bestückt. Die Platine 17 ruht zumindest partiell ebenfalls auf dem Tragrahmen 14. Zu diesem Zweck sind am unteren umlaufenden Rand des Steuergerätegehäuses 16 Ausnehmungen vorgesehen, in welche die Platine 17 eingreift.

An einer Seite ist das Steuergerätegehäuse 16 auf der Platine 17 aufstehend stufenförmig gebildet und in dieser Gehäusestufe ist eine Anschlussbuchse 20 angebracht, die mit der Platine 17 kontaktiert ist, und die zur Aufnahme eines Steckers 19 dient, der bei der dargestellten Ausführungsform von einer Schutzkappe 21 abgedeckt ist.

Zur Kühlung des Leistungstransistors 18 steht von der Oberseite des Außengehäuses 13 des Wärmeübertragers 11, einstückig mit diesem gebildet, ein Dom 22 vor, der im Bereich des Gehäuses des Leistungshalbleiters 18 eine Aussparung in der Platine 17 durchgreift und über deren Oberseite in das Steuergerätegehäuse 16 einwärts vorsteht. Zur Wärmeankopplung des Leistungshalbleiters 18 an den Dom 22 dient ein Wärmeübertragungselement, welches in der dargestellten Ausführungsform als kompressible bzw. elastische Wärmeleitfolie 23 gebildet ist, die typischerweise im nicht komprimierten Zustand einige Millimeter dick ist.

Um den Leistungshalbleiter 18 über die Wärmeleitfolie 23 dauerhaft gegen den Dom 22 zugunsten einer ausreichenden Wärmeabfuhr zu pressen, ist ein Pressvorsprung 24 vorgesehen, der von einer Deckenwandung 25 des Steuergerätegehäuses 16 einwärts vorspringt und einstückig mit dem Steuergerätegehäuse 16 gebildet ist. Der Pressvorsprung 24 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform über seine gesamte Länge eine einheitliche Dicke und Form, beispielsweise Kreisform oder Rechteckform, mit einer Pressunterseite, deren Form in etwa der Form der Oberseite des Gehäuses des Leistungshalbleiters 18 entspricht. Der Pressvorsprung 24 ist beispielsweise als starres Teil gebildet und besitzt eine Länge, gemessen von der Innenseite der Deckenwandung 25 zur Oberseite des Gehäuses des Leistungshalbleiters 18, bei fest auf dem Tragrahmen 14 montiertem Steuergerätegehäuse 16 derart, dass eine einwandfreie Kontaktierung zur ausreichenden Wärmeableitung des Leistungshalbleiters 18 über die Wärmeleitfolie 23 mit der Kontaktoberseite des Doms 22 gewährleistet ist.

Die Kontaktierung des Leistungshalbleiters 18 mit dem Dom 22 mittels des Pressvorsprungs 24 erfolgt elastisch. Die diesbezügliche Elastizität wird bei der dargestellten Ausführungsform durch die Elastizität der Wärmeleitfolie 23 bereitgestellt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die erforderliche Presselastizität bereitgestellt werden durch ein elastisches Element, bevorzugt ein Elastomer, das zwischen der Oberseite des Gehäuses des Leistungshalbleiters 18 und der Pressfläche des Pressvorsprungs 24 angeordnet ist. Der Pressvorsprung 24 kann jedoch auch seinerseits zumindest partiell zu diesem Zweck elastisch gebildet sein.

Durch den erfindungsgemäß auf der Innenseite des Steuergerätegehäuses 16 vorgesehenen Pressvorsprungs 24 erfolgt die Pressankopplung des Leistungshalbleiters 18 am Dom 22 in einfacher Weise in einem einzigen Arbeitsschritt bei der Montage des Steuergerätegehäuses 16 an dem Tragrahmen 14 des Außengehäuses 13 des Wärmeübertragers 11.

Während bislang bei einer Ankopplung des Leistungstransistors 18 am Dom 22 mittels einer zu verschraubenden Feder eine Zugänglichkeit von oben erforderlich war, die eine Zweiteiligkeit des Gehäuses notwendig machte, kann das Steuergerätegehäuse 16 gemäß der Erfindung einteilig gebildet werden, da diese Zugänglichkeit aufgrund des Pressvorsprungs 24 nicht erforderlich ist. Durch die Einteiligkeit des Gehäuses 16 entfällt die bislang wegen der Zweiteilung des Gehäuses erforderliche Elastomerdichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen.

Bezugszeichenliste

10

Steuergerät

11

Wärmeübertrager

12

Zwischenraum

13

Außengehäuse

14

Tragrahmen

15

Elastomerdichtung

16

Steuergerätegehäuse

17

Platine

18

Leistungshalbleiter

19

Stecker

20

Buchse

21

Schutzkappe

22

Dom

23

Wärmeleitfolie

24

Pressvorsprung

25

Deckenwandung

Claims

1. Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät, mit einem Wärmeüber trager (11) und einem Steuergerät (10), dessen Gehäuse (16) auf einem Außengehäuse (13) des Wärmeübertragers (11) angebracht ist und das zumindest einen auf einer Platine (17) angeordneten Leistungshalbleiter (18), beispielsweise einen Transistor umfaßt, der zur Kühlung elastisch ge gen einen vom Außengehäuse (13) vorstehenden Dom (22) gepreßt ist, gekennzeichnet durch einen vom Steuergerätegehäuse (16) in Richtung auf den Dom (22) einwärts vorstehenden Vorsprung (24) zum Pressen des Leistungshalbleiters (18) gegen den Dom (22).

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvor sprung (24) an der der Platine (17) gegenüberliegenden Deckenwand (25) des Steuergerätegehäuses (16) angeordnet ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorsprung (24) einstückig mit dem Steuergerätegehäuse (16) gebildet ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen dem Leistungshalbleiter (18) und dem Dom (22) ein Wärmeübertra gungselement (23) angeordnet ist.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme übertragungselement (23) eine Wärmeleitfolie umfaßt.

6. Heizgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungselement (23) elastisch gebildet ist.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorsprung (24) in Belastungsrichtung elastisch gebildet ist.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Preßvorsprung (24) und Leistungshalbleiter (18) ein elasti sches Element angeordnet ist.

9. Heizgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element ein Elastomer umfaßt.

10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in Richtung auf den Wärmeübertrager (11) offene Steuergerätege häuse (16) mit einem umlaufenden Stützrand über eine Dichtung (15) auf einem Tragrahmen (14) des Außengehäuses (13) des Wärmeübertragers (11) angeordnet ist.

11. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer gerätegehäuse (16) im Bereich seines umlaufenden Stützrands die Platine (17) am Tragrahmen (14) festlegt.