DE10102834A1

DE10102834A1 - Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt-oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10102834A1
Application number: DE2001102834
Authority: DE
Inventors: Juergen Jerg; Frank Heider; Rolf Litzinger; Thorsten Janitza
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-08-01
Also published as: WO2002057118A1

Abstract

Ein Steuergerät (10) für ein Kraftfahrzeug weist eine Grundplatte (11) und einen mit der Grundplatte (11) wärmeleitend und dichtend verbundenen Deckel (20) auf. In dem von dem Deckel (20) begrenzten Gehäuse (30) des Steuergeräts (10) sind zwei Schaltungsträger (17, 32) angeordnet. Der erste Schaltungsträger (17), welcher wärmeabgebende Bauelemente (18) trägt, ist unmittelbar mit der Grundplatte (11) verbunden, welche wiederum an eine Anbaufläche (1) angekoppelt ist. Der zweite Schaltungsträger (32), welcher zumindest ein wärmeabgebendes, verdrahtetes Bauelement (33) trägt, bildet zusammen mit dem Deckel (20) eine vormontierbare Baueinheit aus. Das verdrahtete Bauelement (33) ist über ein Wärmeleitmedium (37) mit dem Deckel (20) thermisch gekoppelt, welcher wiederum mit der Grundplatte (11) verbunden ist. Das erfindungsgemäße Steuergerät (10) ist besonders kompakt aufgebaut und ermöglicht eine gute Wärmeabfuhr insbesondere bei bezüglich der Umgebungstemperatur des Steuergeräts (10) kritischen Einbauverhältnissen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät, insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der EP 0 565 653 B1 bekannt ist. Bei dem bekannten, als Steuergerät ausgebildeten elektrischen Gerät sind zwei jeweils mit Bauelementen bestückte Schaltungsträger übereinander im Gehäuse des Steuergerätes angeordnet. Dabei sind die zu kühlenden (Leistungs-)bauelemente allesamt auf dem einen Schaltungsträger angeordnet, der mit der Außenseite des Gehäuses wärmeleitend verbunden ist. Demgegenüber sind (Signalverarbeitungs-)bauelemente, die nicht gekühlt werden müssen, auf dem anderen Schaltungsträger angeordnet, welcher bezüglich einer Kühlung keine Verbindung an das Gehäuse des Steuergerätes aufweist.

Die Anforderungen hinsichtlich der Kompaktheit von Steuergeräten beim Einsatz in Kraftfahrzeugen werden heutzutage immer höher. Gleichzeitig wird vermehrt ein motornaher Einbau der Steuergeräte im Kraftfahrzeug gewünscht, um den Aufwand hinsichtlich des Kabelbaums, der die einzelnen Aggregate mit dem Steuergerät verbindet, zu vermindern. Der motornahe Einbau der Steuergeräte bedingt, daß die Umgebungstemperaturen des Steuergerätes derart hoch sind, daß eine wirksame Wärmeabfuhr aus dem Steuergerät über das Gehäuse erschwert beziehungsweise nicht möglich ist. Es ist daher auch bekannt, das Gehäuse eines Steuergerätes als sogenanntes Anbaugehäuse auszubilden, das heißt, daß das Gehäuse, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Wärmeleitklebers, direkt mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden wird, über die die Wärmeableitung aus dem Gerät erfolgt.

Dadurch, daß bei dem Steuergerät entsprechend der EP 0 565 653 B1 die zu kühlenden Leistungsbauelemente allesamt auf einer einzigen Leiterplatte beziehungsweise einem einzigen Schaltungsträger angeordnet sind, ist das Ausmaß, das bekannte Steuergerät kompakt auszubilden, beschränkt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät, insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es bei größtmöglicher Kompaktheit eine gute Wärmeabfuhr von wärmeerzeugenden Bauelementen ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch erzielt, daß nunmehr beide Schaltungsträger zur Aufnahme von wärmeerzeugenden Bauelementen ausgelegt sind, wobei die Wärme einmal über den einen Schaltungsträger direkt in die Grundplatte des Steuergeräts, und im anderen Fall von dem Bauelement über den aus wärmeleitendem Material bestehenden Deckel in die Grundplatte abgeleitet wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des elektrischen Geräts, insbesondere Schalt- oder Steuergeräts für Kraftfahrzeuge, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Fertigungstechnisch läßt sich das elektrische Gerät besonders günstig herstellen, wenn der zweite Schaltungsträger zusammen mit dem Deckel eine vormontierbare Baugruppe darstellt, welche mit der Grundplatte, die den anderen Schaltungsträger beinhaltet, verbunden ist.

Ein definierter und dem jeweilig zu kühlenden Bauelement angepaßter Wärmeübergang wird erzielt, wenn der Deckel eine Umrandung aufweist, in der ein Wärmeleitmedium angeordnet ist, in welches das zu kühlende Bauelement zumindest teilweise eintaucht.

Derartige Umrandungen sowie ein guter Wärmeübergang des Deckels in die Grundplatte lassen sich in einer weiteren Ausführungsform besonders einfach und gut realisieren, wenn der Deckel aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus Metall besteht.

Vorteilhaft ist es außerdem, den Deckel mit einem flanschförmig umlaufenden Randbereich zu versehen, der auf der Grundplatte flächig aufliegt. Dadurch wird eine große Wärmeübertragungsfläche vom Deckel in die Grundplatte erzielt.

Die Fertigungskosten des erfindungsgemäßen elektrisches Gerätes lassen sich reduzieren, wenn der Deckel mit der Grundplatte über Nieten vorfixierbar ist. Die eigentliche Verbindung zwischen Deckel und Grundplatte sowie zwischen dem elektrischen Gerät und einer Anbaufläche erfolgt mittels zusätzlicher, im Deckel und in der Grundplatte fluchtend zueinander angeordneter Durchgangsöffnungen, über die das Gehäuse des Steuergerätes an die Anbaufläche anschraubbar ist. Beim Anschrauben wird gleichzeitig der flanschförmig umlaufende Randbereich des Deckels mit der Grundplatte vollflächig verpreßt, so daß der Wärmeübergang optimiert wird.

Um eine gute Abdichtung des Steuergerätes, insbesondere gegen Feuchtigkeit zu erzielen, ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, am flanschförmig umlaufenden Rand des Deckels einen Steg vorzusehen, der in eine entsprechende, und mit einem Dichtmedium versehene Nut in der Grundplatte eingreift.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 das elektrische Gerät nach Fig. 1 in einer Draufsicht und

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene III-III der Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Figuren ist ein Steuergerät 10 dargestellt, welches insbesondere zum motornahen Einbau in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Das Steuergerät 10 ist als sogenanntes Anbaugerät konzipiert, das heißt, daß es an eine in der Fig. 3 mit 1 bezeichnende Anbaufläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebaut beziehungsweise mit dieser verbunden werden kann. Die Anbaufläche 1 dient insbesondere auch dazu, vom Steuergerät 10 Wärme abzuführen, wozu zwischen der Anbaufläche 1 und dem Steuergerät 10 ein Wärmeleitmittel, beispielsweise in Form einer Wärmeleitpaste, aufgebracht sein kann.

Das Steuergerät 10 hat eine bevorzugt aus Aluminium bestehende Grundplatte 11, die beispielsweise durch ein Druckguß-, Fließpress- oder Tiefziehverfahren hergestellt ist, und aus deren Oberseite 12 an einander gegenüberliegenden Randbereichen jeweils ein Stecker 13, 14 herausragt. In den Steckern 13, 14 sind Steckerfahnen 15 angeordnet, die der elektrischen Kontaktierung des Steuergeräts 10 dienen. Die aus der Grundplatte 11, den Steckern 13, 14 und den Steckerfahnen 15 bestehende Einheit wird, wie an sich bekannt, gefertigt, indem ein Stanzgitter, welches anschließend die Steckerfahnen 15 ausbildet, zur Grundplatte 11 positioniert wird, worauf anschließend das Stanzgitter mit Kunststoff umspritzt wird, welcher die Stecker 13, 14 ausbildet, und diese gleichzeitig mit der Grundplatte 11 verbindet.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Grundplatte 11 einen ebenen Mittelbereich 16 auf. Auf dem Mittelbereich 16 ist exemplarisch ein einziger erster Schaltungsträger 17 angeordnet, welcher beispielsweise mittels eines Klebers mit dem Mittelbereich 16 der Grundplatte 11 wärmeleitend verbunden ist. Selbstverständlich können jedoch auch mehrere erste Schaltungsträger 17 auf dem Mittelbereich 16 angeordnet sein. Der über die Steckerfahnen 15 elektrisch kontaktierbare erste Schaltungsträger 17 trägt in seiner Oberseite mehrere wärmeabgebende Bauelemente 18 auf, wovon in der Fig. 3 der Einfachheit halber lediglich ein wärmeabgebendes Bauelement 18 dargestellt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem wärmeabgebenden Bauelement 18 um ein verpacktes oder unverpacktes Bauelement, das heißt um einen IC oder ein passives Bauelement. Das beziehungsweise die wärmeabgebenden Bauelemente 18 sind mit dem ersten Schaltungsträger 17 beispielsweise durch Löten oder Kleben wärmeleitend verbunden.

Auf der Oberseite 12 der Grundplatte 11 ist ein bevorzugt aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus Metall bestehender Deckel 20 angeordnet. Der Deckel 20 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und im Druckgußverfahren hergestellt sein. Der haubenartige Deckel 20 weist einen flanschförmig umlaufenden Randbereich 21 auf. Der Randbereich 21 überdeckt die Oberseite 12 der Grundplatte 11, mit Ausnahme im Bereich der Stecker 13, 14, fast vollständig. Eine in der Fertigung des Steuergerätes 10 stattfindende Vorfixierung des Deckels 20 an der Grundplatte 11 erfolgt mittels Nieten 22, die aus der Grundplatte 11 herausragen, und die beispielsweise einstückig an der Grundplatte 11 angeformt sind. Die Nieten 22 durchgreifen erste, mit einer Stufe 19 versehene Durchgangsbohrungen 23, die insbesondere an den Ecken des Randbereichs 21 des Deckels 20 angeordnet sind. Mittels der Nieten 22 kann die angesprochene Vorfixierung des Deckels 20 an der Grundplatte 11 dadurch erfolgen, daß durch das Vernieten Nietköpfe gebildet werden, die den Randbereich 21 gegen die Oberseite 12 der Grundplatte 11 drücken. Die später noch angesprochene funktionswesentliche Verbindung des flächig auf der Oberseite 12 der Grundplatte 11 aufliegenden Randbereichs 21 des Deckels 20 erfolgt im wesentlichen über zweite Durchgangsbohrungen 24, die nahe der ersten Durchgangsbohrungen 23 im Randbereich 21 des Deckels 20 ausgebildet sind. Diese zweiten Durchgangsbohrungen 24 fluchten mit Durchgangsbohrungen in der Grundplatte 11, die in den Figuren nicht sichtbar sind. Somit läßt sich das Steuergerät 10 von der Seite des Deckels 20 her gegen die Anbaufläche 11 befestigen, indem beispielsweise Schrauben durch die zweiten Durchgangsbohrungen 24 des Deckels 20 und die Durchgangsbohrungen in der Grundplatte 11 geführt werden, die in entsprechende Gewindebohrungen in der Anbaufläche 1 eingreifen. Durch diese Befestigungstechnik wird zum einen eine innige Verbindung der Grundplatte 11 an die Anbaufläche 1, und zum anderen ein vollflächiges Verpressen und Anliegen des Randbereichs 21 und somit des Deckels 20 an der Oberseite 12 der Grundplatte 11 ermöglicht.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Randbereich 21 auf der der Grundplatte 11 zugewandten Seite einen umlaufenden Steg 26 auf, der einstückig am Randbereich 21 angeformt ist. Dieser Steg 26 greift in eine korrespondierende Nut 27 ein, welche an der Oberseite 12 der Grundplatte 11 ausgebildet ist. In der Nut 27 ist ein Dichtelement, beispielsweise in Form eines Dichtklebers 28 angeordnet, der den Eintritt von Feuchtigkeit in das Deckelinnere verhindert.

Die Oberseite 12 der Grundplatte 11 bildet im Bereich des Deckels 20 zusammen mit dem Deckel 20 ein Gehäuse 30 aus, in dessen Innenraum 31 neben dem bereits erwähnten ersten Schaltungsträger 17 mit den wärmeabgebenden Bauelementen 18 ein zweiter Schaltungsträger 32 angeordnet ist. Dieser zweite Schaltungsträger 32 dient der Aufnahme beziehungsweise der Befestigung weiterer Bauelemente 33, insbesondere verdrahteter Bauelemente 33 wie Spulen, Elkos oder Widerständen. In der Fig. 3 ist exemplarisch ein einziges verdrahtetes Bauelement 33 dargestellt.

Der zweite Schaltungsträger 32 weist beispielsweise eine Grundplatte 34 auf, die mit der Innenseite des Deckels 20 verrastbar ist. Aus der Grundplatte 34 ragen Metallbügel 35 heraus, die der elektrischen Kontaktierung des verdrahteten Bauelements 33 dienen. Der zweite Schaltungsträger 32 ist auf an sich bekannte, und daher nicht dargestellte Art und Weise entweder mit dem ersten Schaltungsträger 17 und/oder mit den Steckern 13, 14 elektrisch verbindbar.

Erfindungswesentlich ist die Wärmeübertragung von einem verdrahteten Bauelement 33 an den Deckel 20 und anschließend in die Anbaufläche 1. Dazu weist die dem verdrahteten Bauelement 33 zugewandte Innenseite des Deckels 20 eine im Bereich des verdrahteten Bauelements 33 umlaufende Umrandung 36 auf, welche bevorzugt einstückig am Deckel 20 angeformt ist. Innerhalb dieser Umrandung 36 ist ein Wärmeübertragungsmedium 37, beispielsweise ein Wärmeleitkleber, angeordnet. Das verdrahtete Bauelement 33 taucht mit seinem innerhalb der Umrandung 36 befindlichen Abschnitt in das Wärmeleitmedium 37 ein, so daß über das Wärmeleitmedium 37 der Wärmeübergang vom verdrahteten Bauelement 33 an den Deckel 20 gewährleistet ist.

Der Deckel 20 stellt zusammen mit dem zweiten Schaltungsträger 32 und den verdrahteten Bauelementen 33 eine vormontierbare Baugruppe dar. Diese Baugruppe läßt sich dadurch fertigen, daß in einem ersten Fertigungsschritt im Bereich der Umrandung 36 das Wärmeleitmedium 37 eingebracht wird. Anschließend wird der zweite Schaltungsträger 32, auf welchem die verdrahteten Bauelemente 33 bereits mit der Grundplatte 34 verbunden sind, in den Deckel 20 eingebracht, wobei die Grundplatte 34 an dem Deckel 20 befestigt wird. Durch das Einbringen des zweiten Schaltungsträgers 32 in den Deckel 20 taucht das entsprechende verdrahtete Bauelement 33 in das Wärmeleitmedium 37 ein. Nach dem Aushärten des Wärmeleitmediums 37 kann der Deckel 20 beziehungsweise die Baugruppe umgedreht werden und mit der Grundplatte 11 über die Nieten 22 vorfixiert werden.

Beim Betrieb des Steuergeräts 10 im Kraftfahrzeug erfolgt die Wärmeübertragung der wärmeabgebenden Bauelemente 18 auf dem ersten Schaltungsträger 17 direkt über den Mittelbereich 16 der Grundplatte 11 in die Anbaufläche 1 hinein.

Demgegenüber erfolgt die Wärmeabgabe des verdrahteten Bauelements 33 über das Wärmeleitmedium 37 in den aus gut wärmeleitendem Material bestehenden Deckel 20. Vom Deckel 20 erfolgt der weitere Wärmeübergang über den Randbereich 21, welcher vollflächig mit der Oberseite 12 der Grundplatte 1 verbunden beziehungsweise verpreßt ist, in die Grundplatte 11 hinein, und von dort ebenfalls in die Anbaufläche 1.

Durch die oben beschriebene Ausbildung des Steuergeräts 10 wird ein motornaher Einbau des Steuergeräts 10 ermöglicht, bei dem um das Gehäuse 30 herum relativ hohe Umgebungstemperaturen herrschen. Besonders vorteilhaft ist es, die Bauelemente, welche besonders wärmeempfindlich sind, auf dem ersten Schaltungsträger 17 anzuordnen, da der erste Schaltungsträger 17 einen kürzen Wärmeübergangsweg zur Anbaufläche 1 aufweist.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere auch denkbar, anstelle verdrahteter Bauelemente 33 auf dem zweiten Schaltungsträger 32 ebenfalls verpackte beziehungsweise unverpackte Bauelemente wie ICs, passive Bauelemente oder ähnlichem vorzusehen. Erfindungswesentlich ist die thermische Kopplung der Bauelemente 33 auf dem zweiten Schaltungsträger 32 über das Wärmeleitmedium 37 und den Deckel 20 zur Grundplatte 11 und zur Anbaufläche 1 hin.

Claims

1. Elektrisches Gerät (10), insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einem zu kühlende Bauteile (18) tragenden ersten Schaltungsträger (17), der unmittelbar mit einer aus wärmeleitendem Material bestehenden Grundplatte (11) verbunden ist und mit einem zweiten Schaltungsträger (32) mit wenigstens einem Bauelement (33), wobei die beiden Schaltungsträger (17, 32) innerhalb eines geschlossenen Gehäuses (30) angeordnet sind, welches neben der Grundplatte (11) Steckerkörper (13, 14) zur elektrischen Kontaktierung der beiden Schaltungsträger (17, 32) und einen haubenartigen Deckel (20) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (11) mit einer Kühlfläche (1) thermisch koppelbar ist, daß der Deckel (20) aus wärmeleitendem Material besteht und mit der Grundplatte (11) thermisch gekoppelt ist und daß auf dem zweiten Schaltungsträger (32) wenigstens ein zu kühlendes Bauelement (33) angeordnet ist, welches mit dem Deckel (20) unmittelbar wärmeleitend verbunden ist.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltungsträger (32) zusammen mit dem wenigstens einen zu kühlenden Bauelement (33) und dem Deckel (20) eine vormontierbare Baugruppe ausbildet und daß das wenigstens eine zu kühlende Bauelement (33) auf dem zweiten Schaltungsträger (32) mittels eines Wärmeleitmediums (37) mit dem Deckel (20) verbunden ist.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (20) in dem dem wenigstens einen zu kühlenden Bauelement (33) zugewandten Bereich eine Umrandung (36) zur Aufnahme des Wärmeleitmediums (37) aufweist und daß das wenigstens eine zu kühlende Bauelement (33) innerhalb der Umrandung (36) in das Wärmeleitmedium (37) zumindest teilweise eintaucht.

4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrandung (36) einstückig am Deckel (20) angeformt ist.

5. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (20) aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus Metall besteht.

6. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (20) einen flanschförmig umlaufenden Randbereich (21) aufweist, welcher auf der Grundplatte (11) flächig aufliegt.

7. Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich (21) erste Durchgangsöffnungen (23) für Nieten (22) zur Vorfixierung des Deckels (20) auf der Grundplatte (11) ausgebildet sind und daß im Randbereich (21) zweite Durchgangsöffnungen (24) vorhanden sind, die mit Durchgangsöffnungen in der Grundplatte (11) fluchten und zur Befestigung an der Kühlfläche (1) dienen.

8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckerkörper (13, 14) auf derselben Seite der Grundplatte (11) angeordnet sind wie der Deckel (20) und aus der Grundplatte (11) herausragen und daß der Randbereich (21) des Deckels (20) die Grundplatte (11) im steckerkörperfreien Bereich außerhalb des Deckelinnenbereichs weitgehend überdeckt.

9. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich (21) des Deckels (20) auf der der Grundplatte (11) zugewandten Seite ein umlaufender Steg (26) ausgebildet ist, der in eine korrespondierende Nut (27) in der Grundplatte (11) eintaucht, wobei in der Nut (27) ein Dichtmedium (28) angeordnet ist.

10. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlenden Bauelemente (18) auf dem ersten Schaltungsträger (17) eine höhere Wärmeempfindlichkeit aufweisen als das wenigstens eine zu kühlende Bauelement (33) auf dem zweiten Schaltungsträger (32).