DE102005048100A1

DE102005048100A1 - Elektrisches Gerät, insbesondere elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102005048100A1
Application number: DE102005048100A
Authority: DE
Inventors: Andre Lischeck; Udo Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: DE102005048100B4

Abstract

Es wird ein elektrisches Gerät, insbesondere ein elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit einem Träger 43, auf dem zumindest ein elektrisches Bauteil 49 angeordnet ist, vorgeschlagen. Das elektrische Bauteil 49 gibt im Betrieb Wärme ab und ist mittels eines Wärmetauschers 52 entwärmbar. Es ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 52 ein Strangpressprofil ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät, insbesondere ein elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Aus der EP 0 309 986 A1 ist ein elektronisches Steuergerät für den Gebrauch in Kraftfahrzeugen bekannt. In diesem Steuergerät gibt es mehrere Gehäuseteile, die das Gerät in insgesamt zwei verschiedene Abschnitte teilen. Ein erstes mittleres Gehäuseteil bildet in Verbindung mit einem Gehäusedeckel einen „Nassbereich", der durch eine Zwischenwand von einem „Trockenbereich" getrennt ist. Der „Trockenbereich" wiederum wird durch ein weiteres Gehäuseteil, nämlich einen Gehäuseboden gebildet, der mit einer Trennwand des mittleren Gehäuseteils den geschlossenen „Trockenbereich" bildet. Der „Nassbereich" wird von Kühlmittel durchströmt. Im „Trockenbereich" sind mehrere Leiterplatten angeordnet, wobei mindestens ein elektronisches Bauteil Abwärme erzeugt, die an die Zwischenwand zum „Nassbereich" des Gehäuses abgegeben wird. Diese übertragene Wärme wird dann von dem Kühlmittel im „Nassbereich" aufgenommen und abtransportiert. Bei dieser Ausführung ist nachteilig, dass das mittlere Teil des Gehäuses, nämlich jenes Gehäuse, welches den Kühlkanal bildet, im Herstellungsprozess sehr aufwändig ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass durch die Verwendung eines durch ein Strangpressprofil gebildeten Wärmetauschers dieser selbst einerseits sehr einfach herstellbar ist und andererseits unmittelbar am Steuergerät verbaut werden kann. Dies führt dazu, dass zu kühlende Bauelemente, wie beispielsweise Leistungs-ICs auf möglichst kurzem Wege thermisch angebunden und gekühlt werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des elektrischen Geräts nach dem Hauptanspruch möglich. So ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher einen Zulaufverteiler und einen Ablaufsammelrohr hat, wobei der Wärmetauscher, der Zulaufverteiler und das Ablaufsammelrohr miteinander druckdicht gefügt sind. Dies hat den Vorteil, dass bereits vor einer Endmontage überprüft werden kann, ob der Wärmetauscher dicht ist und somit nicht die Gefahr besteht, dass Kühlmittel in den elektronischen Bereich eindringt und dadurch im Betrieb das elektrische Gerät beschädigt werden könnte.

Es ist dabei vorgesehen, dass der Wärmetauscher, der Zulaufverteiler und das Ablaufsammelrohr stoffschlüssig, vorzugsweise durch Kleben und/oder Löten gefügt sind. Durch diese Verbindungsverfahren wird sichergestellt, dass die Kühlvorrichtung zuverlässig dicht ist. Dadurch wird eine Abhängigkeit von möglicherweise ungleichmäßig vorgespannten Schrauben und dadurch ungleichmäßig belasteten Dichtungselementen, die somit undicht werden können oder sind, vermieden.

Sind der Zulauf bzw. Ablauf des Zulaufverteilers bzw. Ablaufsammelrohres durch ein Gehäuseteil geführt, so lässt sich dadurch vermeiden, dass sowohl der Zulauf als auch der Ablauf mittels einer Dichtung zwischen einem Gehäuseboden bzw. Gehäusedeckel zusätzlich abgedichtet werden müssen. Deren Durchführung durch ein Gehäuseteil ermöglicht ein Verlöten des Ablaufs bzw. Zulaufs an der Durchtrittsstelle und damit eine hervorragende Dichtung, die unabhängig von unterschiedlichen Materialausdehnungskoeffizienten und Setzerscheinungen von Kunststoffdichtungen beeinträchtigt sein könnte.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass der Träger des elektrischen Bauteils vorzugsweise eine Leiterplatte ist, die zwei flächige Seiten aufweist. Dabei ist eine Seite eine Bestückungsseite, auf der das wärmeabgebende Bauteil angeordnet ist und eine Gegenseite, die Seite, die von der Bestückungsseite abgewandt ist. Der Wärmetauscher steht mit seiner Wärmetauschseite in wärmeleitender Verbindung zu der Gegenseite des Trägers. Eine derartige Anordnung ermöglicht ein Abführen der Wärme unabhängig von unterschiedlichen Bauhöhen der wärmeabgebenden Bauteile.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher an der Gegenseite des Trägers zumindest mittelbar anliegt. Durch diese Maßnahme ist der Wärmeübergang vom Träger an den Wärmetauscher besonders gut. Unter Umständen kann dieser verbessert werden, indem zwischen Träger und Wärmetauscher eine elastische Folie bzw. ein elastischer Kleber angeordnet ist, der zusätzlich Dehnspannungen.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher zumindest eine zweite Wärmetauschseite aufweist und an dieser ein weiterer Träger mit einem weiteren Bauelement anliegt und somit der Wärmetauscher an zwei Seiten seiner Oberfläche Wärme aufnehmen kann. Dies ermöglicht einer besonders gute Wärmeabfuhr und die Gestaltung eines sehr kompakten elektrischen Geräts.

Das elektrische Gerät wird dann besonders kompakt, wenn der Wärmetauscher zwischen zwei Trägern schichtenartig angeordnet ist. Ist der Wärmetauscher zusätzlich auf einer Gegenseite angeordnet, die an einen bestückten Flächenabschnitt des Trägers einflächig angrenzt, so kann der Wärmetauscher auch die abgegebene Wärme von zu diesem seitlich angeordneten Bauelementen aufnehmen. Der Kühleffekt wird weiter verbessert.

Zur nochmaligen Verbesserung des Wärmeübergangs ist vorgesehen, dass mehrere Wärmetauscher auf einer Gegenseite eines Trägers angeordnet sind.

Ist der Wärmetauscher ein im Wesentlichen quaderartiger Körper, der in seinem Inneren mehrere Strömungskammern hat, so ist es einerseits möglich, einen besonders guten Wärmeübergang durch möglichst großflächige Anlagemöglichkeiten für Träger anzubieten und andererseits möglich, den Kühlmittelstrom durchaus unter Druck in mehreren Strömungskammern zu leiten, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Wärmetauscher unter der Druckbelastung unzulässig verbiegt und somit möglicherweise mechanische Spannung in den oder die Träger einbringt, die zu einer Beschädigung der Träger oder deren aufgebrachten elektrischen Schaltungen führt.

Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts dargestellt. Es zeigen:
1 eine erste Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts;
2 eine zweite Schnittdarstellung nach Linie II-II in 1,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts.
Beschreibung
In 1 ist ein elektrisches Gerät 10 dargestellt, das ein Gehäuse 13 aufweist. Das Gehäuse 13 weist ein Gehäuseteil 16 in Form eines Gehäusedeckels 19 auf, das bzw. der auf einem weiteren Gehäuseteil 22 bzw. Gehäuseboden 25 aufliegt. Das Gehäuseteil 22 bzw. der Gehäuseboden 25 weist aufgrund seiner tellerartigen Gestalt eine Vertiefung 28 auf. Von dieser Vertiefung 28 geht in Richtung zu dem äußeren Umfang des Gehäusebodens 25 ein Rand 31 aus. Auf diesem Rand 31 liegt das topfförmige Gehäuseteil 16 bzw. der Gehäusedeckel 19 mit einem Kragen 34 auf. Der Rand 31 und der Kragen 34 bilden somit eine Fuge 37, die ringsum das Gehäuse 13 verläuft. Im Gehäuse 13 befindet sich die eigentliche elektrische bzw. elektronische Einheit 40 des elektrischen Geräts 10. Diese beispielhafte Einheit 40 besteht aus einem ersten Träger 43, beispielsweise eine Leiterplatte, der bzw. die auf einer ersten Seite 46, die Bestückungsseite des Trägers 43, elektrische Bauteile 49 trägt. Diese wärmeabgebenden elektrischen Bauteile 49 werden mittels eines Wärmetauschers 52 gekühlt. Dieser Wärmetauscher 52 liegt auf der zweiten Seite 55 des Trägers 43 flächig an. Diese zweite Seite 55 wird hier auch als Gegenseite 55 bezeichnet. Der Träger 43 liegt somit an einer ersten Wärmetauschseite 58 des Wärmetauschers 52 an. Im Beispiel liegt auf einer zweiten Wärmetauschseite 61 ein zweiter Träger 64 mit seiner Gegenseite 67 am Wärmetauscher 52 an. Auch dieser Träger 64 hat eine Bestückungsseite 70, auf der Bauteile 49 angeordnet sind. Der Wärmetauscher 52 weist einen so genannten Zulaufverteiler 73 als auch ein Ablaufsammelrohr 76 auf. Der Zulaufverteiler 73 stellt hier ein Verbindungselement zwischen dem eigentlichen Zulauf 79 und dem Wärmetauscher 52 dar. Ebenso stellt das Ablaufsammelrohr 76 ein Bindeglied zwischen einem Ablauf 81 und dem Wärmetauscher 52 dar. An dem Zulauf 79 als auch an dem Ablauf 81 können beispielsweise mittels Schläuchen entsprechende Kühlmittelströmungen durchgeführt werden.
Der Wärmetauscher 52 ist eine stangenartiges Hohlprofil, das mehrere Kammern 53 in Profilrichtung aufweist. Diese Kammern 53 sind durch Zwischenwände 54 getrennt. Für den Fall, dass das Kühlmittel mit nennenswerten Druck durch den Wärmetauscher geführt wird, ermöglichen diese Stabilität und Form erhaltenden Zwischenwände 54 eine im wesentlichen Ebene Fuge zwischen dem Wärmetauscher 52 und den Trägern 43 bzw. 64 bzw. den benachbarten Gegenständen.
Wie dargestellt, liegt der Träger 43 mit seinem äußeren Rand 84 auf dem Rand 31 des Gehäusebodens 25 auf. Die Bauteile 49, welche auf dem Träger 43 angeordnet sind, ragen hier in die Vertiefung 28 des Gehäusebodens 25 hinein.
Es ist somit ein elektrisches Gerät 10, insbesondere eine elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge vorgesehen, das einen Träger 43 aufweist, auf dem zumindest ein elektrisches Bauteil 49 angeordnet ist. Im Betrieb gibt dieses Bauteil 49 Wärme ab und wird mittels eines Wärmetauschers 52 entwärmt. Es ist dabei vorgesehen, dass der Wärmetauscher 52 ein Strangpressprofil ist. Der Wärmetauscher 52 hat einen Zulaufverteiler 73 und ein Ablaufsammelrohr 76, wobei diese drei Bauteile miteinander druckdicht gefügt sind. Vorzugsweise sind diese drei Bauteile Wärmetauscher 52, Zulaufverteiler 73 bzw. Ablaufsammelrohr 76 stoffschlüssig gefügt. Vorzugsweise wird hier als Fügeverfahren das Kleben oder Löten oder ggf. beides angewandt. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein mit dem Zulaufverteiler 73 verbundener Zulauf 79 bzw. ein mit dem Ablaufsammelrohr 76 verbundener Ablauf 81 durch ein Gehäuseteil 22 geführt sind. Für den Fall, dass das Gehäuse 13 an sich nicht dicht zu sein braucht, ist es nicht erforderlich, dass der Zulauf 79 und der Ablauf 81 mit dem Gehäuseteil 22 bzw. Gehäuseboden 25 derartig gefügt ist, dass die Durchtrittsstellen 90 bzw. 91 tatsächlich dicht, d. h. gas- oder flüssigkeitsdicht sind. Dennoch können sowohl der Ablauf 81 als auch der Zulauf 79 durch die Durchtrittsstellen 90 bzw. 91 treten und gleichzeitig abgedichtet sein. Als Abdichtung kommen hier beispielsweise Klebedichtungen oder Lötdichtungen/Verlötungen (stoffschlüssige Dichtungen) in Frage.
Wie besonders gut in 2 zu erkennen ist, ist vorgesehen, dass der Träger 43 zwei flächige Seiten 46 bzw. 55 aufweist, wobei eine Seite, nämlich die Seite 46 eine Bestückungsseite ist, auf der das oder die Bauteile 49 angeordnet sind. Eine Gegenseite 55 ist von der Bestückungsseite 46 abgewandt. Der Wärmetauscher 52 steht mit einer Wärmetauschseite 58 in wärmeleitender Verbindung zu der Gegenseite 55 des Trägers 43. Es ist dabei vorgesehen, dass der Wärmetauscher 52 an der Gegenseite 55 des Trägers 43 zumindest mittelbar anliegt. Mittelbar bedeutet, dass zwischen dem Wärmetauscher 52 und dem Träger 43 zur Verbesserung bzw. flächigen Anlage beider Bauteile und somit dem verbesserten Wärmeübergang eine elastische Folie bzw. sich gut an die Oberflächenstrukturen anpassende Kleber 94 vorgesehen sein können. Der Wärmetauscher 52 gemäß 1 und 2 weist zumindest eine zweite Wärmetauschseite 61 auf, an der ein weiterer Träger 64 anliegt. Auch dieser Träger 64 ist vorzugsweise eine weitere Leiterplatte, die mit einer Gegenseite 67 in wärmeleitender Verbindung zum Wärmetauscher 52 steht. Auch diese Fuge zwischen Wärmetauscher 52 und zweiten Träger 64 kann selbstverständlich mit Wärmeübertragung verbessernden Mitteln wie Folie und Klebern zumindest teilweise besetzt sein. Wie dargestellt, ist der Wärmetauscher 52 zwischen zwei Trägern 43 bzw. 64 schichtenartig angeordnet.
Die elektrischen Bauteile 49 sind mittels hier nicht im Einzelnen dargestellter elektrischer Leiterbahnen mit einem Steckerelement 98 elektrisch leitend verbunden. Das Steckerelement 98 ragt an einer offenen bzw. ausgesparten Seite des Gehäuseteils 16 bzw. Gehäusedeckels 19 aus dem Gehäuse 13 heraus und dient der elektrischen Kontaktierung außerhalb des elektrischen Geräts 10 angeordneter elektrischer Bauteile.
Wie in 3 deutlich wird, ist der Wärmetauscher 52 auf einer Gegenseite 55 angeordnet, die an einen bestückten Flächenabschnitt 99 des Trägers 43 einflächig angrenzt. Gemäß einem zweiten, in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines elektrischen Geräts 10 kann vorgesehen sein, dass mehrere Wärmetauscher 52 auf einer Gegenseite 55 bzw. 67 angeordnet sind.
Wie in 2 und 3 erkennbar ist, ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 52 ein im Wesentlichen flacher, quaderartiger Körper ist, der in seinem Inneren mehrere Strömungskammern 100 aufweist.
Der Wärmetauscher 52 besteht aus einem Strangpressprofil, welches mit einem Zulaufverteiler 73 und einem Ablaufsammelrohr 76 mit einer geeigneten Verbindungstechnik druckdicht gefügt wird. Der Zu- und der Ablauf 79 bzw. 81 des Wärmetauschers 52 werden zweckmäßig zum Gehäuseboden 25 bzw. 22 geführt. Alternativ zu den zuvor dargestellten Ausführungen können Zu- und Ablauf 79 bzw. 81 auch zum Deckel 19 oder seitlich aus dem Gehäuse 13 geführt werden. Der Wärmetauscher 52 wird im Steuergerät bzw. elektrischen Gerät 10 auf die Leiterplatte 43 bzw. 64 unterhalb der zu kühlenden Leistungs-ICs bzw. elektrischen Bauteile 49 aufgebracht. Der Wärmetauscher 52 wird vorzugsweise durch Klebung mit der Leiterplatte verbunden. „Unterhalb" bedeutet, dass der Wärmetauscher 52 und das wärmeabgebende Bauteil 49 Idealerweise in direkter Linie die Leiterplatte bzw. den Träger 43 bzw. 64 zwischen sich aufnehmen. Die drei Gegenstände liegen sich somit direkt gegenüber. Wie erwähnt, kann optional auch eine zweite Leiterplatte bzw. ein zweiter Träger 64 oberhalb des Wärmetauschers 52 platziert werden. Auch hier können wiederum die elektrischen Bauteile 49 in umgekehrter Anordnung zur ersten Leiterplatte entwärmt werden. D. h. auch hier nehmen der Wärmetauscher 52 und das elektrische Bauteil 49 den zweiten Träger 64 direkt zwischen sich auf, d. h. der Wärmefluss zwischen elektrischem Bauteil 49 und Wärmetauscher 52 kann direkt senkrecht zur Leiterplatte bzw. zur Bestückungsseite 70 erfolgen.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts dargestellt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus 3 befindet sich ein Wärmetauscher 52 im wesentlichen unmittelbar zwischen einem elektrischen Bauteil 49 und dem Gehäuseteil 22 bzw. Gehäuseboden 25. Der Wärmetauscher 52 nimmt somit Abwärme des Bauteils 49 auf, überträgt diese auf das in ihm strömende Kühlmittel und auch auf das Gehäuseteil 22 bzw. den Gehäuseboden 25. „Im wesentlichen" unmittelbar bedeutet, dass zwischen den am Wärmefluss beteiligten Gegenständen und somit in den Fugen zwischen diesen Gegenständen bspw. zusätzlich ein Wärmeleitmittel bzw. Hilfsmittel angeordnet sein kann, das Unebenheiten bzw. Fugen, in denen keine oder verminderte Festkörperübertragung möglich ist, füllt und dadurch Festkörperübertragung ermöglicht. Die Darstellung in der 4 ist in so fern nicht einschränkend, als dass eine derartige Anordnung auch zwischen dem Träger 64 und dem Gehäuseteil 16 bzw. Gehäusedeckel 19 angeordnet sein kann.
Die Figuren zeigen darüber hinaus einen Wärmetauscher 52, der zwischen zwei Trägern 64 und 43 angeordnet ist und mit den Wärmetauschseiten 58 und 61 an diesen anliegt.

Claims

Elektrisches Gerät, insbesondere elektronisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit einem Träger (43), auf dem zumindest ein elektrisches Bauteil (49) angeordnet ist, welches im Betrieb Wärme abgibt und mittels eines Wärmetauschers (52) entwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) ein Strangpressprofil ist.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) einen Zulaufverteiler (73) und ein Ablaufsammelrohr (76) hat, wobei der Wärmetauscher (52), der Zulaufverteiler (73) und das Ablaufsammelrohr (76) miteinander druckdicht gefügt sind.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52), der Zulaufverteiler (73) und das Ablaufsammelrohr (76) stoffschlüssig, vorzugsweise durch Kleben und/oder Löten gefügt sind.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (73) und das Ablaufsammelrohr (76) mit einem Zulauf (79) bzw. Ablauf (81) verbunden sind, wobei der Zulauf (79) und/oder der Ablauf (81) durch ein Gehäuseteil (22) geführt sind.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (43), vorzugsweise eine Leiterplatte, zwei flächige Seiten (46, 55) aufweist, wobei eine Seite eine Bestückungsseite (46) ist, auf der das Bauteil (49) angeordnet ist und eine Seite eine Gegenseite (55) ist, die von der Bestückungsseite (46) abgewandt ist, wobei der Wärmetauscher (52) mit einer Wärmetauschseite (58) in wärmeleitender Verbindung zu der Gegenseite (55) des Trägers (43) steht.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) an der Gegenseite (55) des Trägers (43) zumindest mittelbar anliegt.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) zumindest eine zweite Wärmetauschseite (61) aufweist und an dieser zweiten Wärmetauschseite (61) ein weiterer Träger (64), vorzugsweise eine weitere Leiterplatte, mit einer Gegenseite (67) in wärmeleitender Verbindung zum Wärmetauscher (52) steht.
Elektrisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) zwischen zwei Trägern (43, 64) schichtenartig angeordnet ist.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) im wesentlichen unmittelbar zwischen einem Bauteil (49) und dem Gehäuseteil (22) angeordnet ist.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) auf einer Gegenseite (55) angeordnet ist, die an einem bestückten Flächenabschnitt (99) des Trägers (43) einflächig grenzt.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscher (52) auf einer Gegenseite (55, 67) angeordnet sind.
Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (52) ein im Wesentlichen flacher, quaderförmiger Körper ist, der in seinem Inneren mehrere Strömungskammern (100) hat.