DE102007062167A1

DE102007062167A1 - Leistungsschaltung

Info

Publication number: DE102007062167A1
Application number: DE102007062167A
Authority: DE
Inventors: Gebhard Michenfelder; Stephan Pauli
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: RU2010129546A; WO2009083293A1; CN101904000A; CN101904000B; EP2225775A1; RU2492077C2; US20100238633A1

Abstract

Eine Leistungsschaltung (10) zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs weist einen Leistungsschalter (14) zur Ansteuerung der Antriebseinheit auf. Erfindungsgemäß ist mit dem Leistungsschalter (14) ein Wärmespeicher (16) zur Aufnahme einer im Leistungsschalter (14) im Blockierfall der Antriebseinheit anfallenden Wärme thermisch verbunden. Bei einer plötzlichen Wärmeentwicklung im Leistungsschalter (14) kann schnell ein Großteil der entstehenden Wärme an den Wärmespeicher (16) abgeführt werden, so dass der Leistungsschalter (14) kleiner dimensioniert werden kann und die Leistungsschaltung (10) die Verwendung eines höherohmigen Leistungsschalters (14) ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschaltung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs, mit dessen Hilfe beispielsweise die Bewegung eines Scheibenwischers gesteuert werden kann.
Stand der Technik
Aus WO 00/46082 ist eine Leistungsschaltung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs bekannt. Zur Ansteuerung der Antriebseinheit ist ein Leistungsschalter vorgesehen.
Bei einer derartigen Leistungsschaltung muss der Leistungsschalter derart dimensioniert sein, dass er auch bei einem Blockieren der Antriebseinheit, beispielsweise wenn die Wischer im Winter an einer zu wischenden Scheibe festgefroren sind, nicht versagt. Um im Blockierfall der Antriebseinheit die plötzlich auftretende Leistungsspitze sicher aufnehmen zu können ohne zu versagen, ist der Leistungsschalter bewusst derart überdimensioniert, dass der Leistungsschalter einen entsprechend niederohmigen Widerstand aufweist. Dies führt zu erhöhten Herstellungskosten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Leistungsschaltung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche die Verwendung eines höherohmigen Leistungsschalters ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Leistungsschaltung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs weist einen Leistungsschalter zur Ansteuerung der Antriebseinheit auf, der mit einem Wärmespeicher zur Aufnahme einer im Leistungsschalter im Blockierfall der Antriebseinheit anfallenden Wärme thermisch verbunden ist.
Durch den Wärmespeicher ist es möglich im Leistungsschalter plötzlich auftretende Wärme abzuführen und insbesondere zum Leistungsschalter beabstandet zu speichern. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die wesentliche Belastung des Leistungsschalters im Blockierfall der Antriebseinheit durch Wärme entsteht und die Dimensionierung des Leistungsschalters von der im Blockierfall maximal auftretenden Temperatur abhängt. Durch den Wärmespeicher kann die maximal auftretende Temperatur im Leistungsschalter gesenkt werden, so dass der Leistungsschalter kleiner dimensioniert werden kann und die Leistungsschaltung die Verwendung eines höherohmigen Leistungsschalters ermöglicht, wodurch sich die Herstellungskosten der Leistungsschaltung verringern.
Ferner ist es durch den Wärmespeicher nicht erforderlich eine erforderliche Temperaturerniedrigung im Leistungsschalter ausschließlich durch natürliche Konvektion zu erreichen, so dass am Leistungsschalter angebrachte Kühlkörper nicht erforderlich sind. Im Vergleich zu Kühlkörpern kann die Temperaturverringerung durch den Wärmespeicher schneller erfolgen, so dass bereits frühzeitig Wärme abgeführt werden kann und geringere Maximaltemperaturen erreicht werden. Auch ist es nicht erforderlich eine Wärmeabfuhr nur über angeschlossene Leitungen und/oder einer Leiterplatte herbeizuführen, die eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität aufweisen, so dass über den Wärmespeicher schneller mehr Wärme vom Leistungsschalter abgeführt werden kann. Die durchschnittliche Wärmeleistung von Wärmeenergie pro Zeiteinheit bei einer bestimmten Temperatur ist durch den Wärmespeicher insbesondere im Vergleich zur Wärmeleistung, die von den Leitungen und der Leiterplatte abgeführt werden kann, um einen Faktor f größer, wobei für den Faktor f ≥ 1,2, insbesondere f ≥ 1,8, vorzugsweise f ≥ 2,5 und besonders bevorzugt f ≥ 4,0 gilt. Ferner ermöglicht der thermisch mit dem Leistungsschalter verbundene Wärmespeicher eine Abfuhr der durch den ohmschen Widerstand des Leistungsschalters entstehenden Wärme. Insbesondere erfolgt die Erwärmung des Leistungsschalters deutlich langsamer, so dass eine Blockade der Antriebseinheit beispielsweise von einer Überwachungssoftware mit geeigneter Sensorik rechtzeitig detektiert werden kann bevor der Leistungsschalter eine kritische Temperatur annehmen kann, da eine Notabschaltung bereits bei geringeren Temperaturen des Leistungsschalters erfolgen kann.
Vorzugsweise ist der Wärmespeicher vorwiegend aus einem metallischen Material hergestellt, so dass der Wärmetransport in das Innere des Wärmespeichers besonders schnell erfolgen kann. Dies führt zu einer besseren Verteilung der Wärme im Wärmespeicher, so dass die durchschnittliche Außentemperatur des Wärmespeichers entsprechend langsamer ansteigt und im Blockierfall der Antriebseinheit besonders lange ein hohes Temperaturgefälle vom Leistungsschalter zum Wärmespeicher beibehalten wird. Der Wärmespeicher besteht insbesondere im Wesentlichen aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen.
Insbesondere weist der Wärmespeicher eine kompakte massiv geformte Geometrie auf, wodurch die einzelnen Teilbereiche des Wärmespeichers einen guten thermischen Kontakt zueinander haben. Dies erleichtert die Wärmeverteilung innerhalb des Wärmespeichers, so dass hohe Außentemperaturen vermieden sind. Zusätzlich werden Engpässe, die im Vergleich zu den übrigen Bereichen des Wärmespeichers einen hohen Wärmetransportstrom aufweisen, vermieden.
Besonders bevorzugt ist der Wärmespeicher im Wesentlichen quaderförmig, wodurch eine leicht herzustellende kompakte Bauform ermöglicht wird, die besonders einfach in thermischen Kontakt mit dem Leistungsschalter auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet werden kann.
Insbesondere weist der Wärmespeicher eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit des Leistungsschalters auf. Aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit des Wärmespeichers kann die Wärme vom Leistungsschalter zum Wärmespeicher besonders schnell abgeleitet werden.
Insbesondere kann der Wärmespeicher durch Auflöten, insbesondere Anhäufung von Lotmaterial, herstellbar sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung, indem beispielsweise beim Löten der erforderlichen elektrischen Leitungen auf eine Leiterplatte der Wärmespeicher dadurch erzeugt werden kann, indem eine bestimmte Stelle mehrmals mit einer Leiterbahn versehen wird, so dass sich mehrere Schichten von Leiterbahnen ergeben, welche den massiv und kompakt gestalteten Wärmespeicher ausbilden.
Vorzugsweise sind der Leistungsschalter und der Wärmespeicher mit einer gemeinsamen Leiterplatte verbunden und insbesondere ist der Leistungsschalter über eine elektrische Leitung mit dem Wärmespeicher verbunden. Die elektrische Leitung kann dadurch gleichzeitig eine Funktion als Wärmeleiter wahrnehmen und die im Leistungsschalter entstehende Wärme zu dem vorzugsweise beabstandet angeordneten Wärmespeicher ableiten. Eine isolierende Verbindung zwischen dem Wärmespeicher und dem Leistungsschalter ist nicht erforderlich. Ferner kann die Leiterplatte selber einen Teil der Wärme aufnehmen und über ihre vergleichsweise große Oberfläche mittels natürlicher Konvektion an die Umgebung abgeben.
Insbesondere kann der Leistungsschalter einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, aufweisen. Dadurch kann ein kostengünstiger Leistungsschalter ausgebildet werden. Insbesondere kann im Gegensatz zu bipolaren Transistoren ein Leistungsschalter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten bereitgestellt werden, der bei einem zu hohen Strom im Blockierfall der Antriebseinheit sich erwärmt und einen höheren ohmschen Widerstand erfährt. Dies führt zu einer automatischen Begrenzung des Stroms bis sich der Leistungsschalter wieder abkühlt, wobei der thermisch verbundene Wärmespeicher eine zu starke Erwärmung verhindert.
Besonders bevorzugt ist eine Signalleitung vorgesehen, die ein Blockieren der Antriebseinheit signalisiert, wobei die Signalleitung insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmespeichers mit einem Signal beaufschlagbar ist. Dadurch ist es nicht erforderlich die Antriebseinheit selber zu überwachen, sondern eine einfach zu realisierende integrierte Schaltung vorzusehen. Insbesondere wird hierbei ausgenutzt, dass die Temperatur des Wärmespeichers ein Maß für eine blockierende Antriebseinheit ist, wobei kurzzeitige Blockaden, die keine Wartungsmaßnahmen erfordern, automatisch unberücksichtigt bleiben.
Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebsanordnung zum Betrieb einer Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Wischers und einer mit der Antriebseinheit verbundenen Leistungsschaltung zur Ansteuerung der Antriebseinheit, wobei die Leistungsschaltung wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Mit Hilfe des thermisch mit dem Leistungsschalter verbundenen Wärmespeichers kann der Leistungsschalter höherohmig und die Antriebsanordnung kostengünstiger gebaut werden.
Zeichnung
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 dargestellte Leistungsschaltung 10 weist eine Platine 12 auf, mit der ein Leistungsschalter 14, beispielsweise MOSFET, verbunden ist. Ferner ist mit der Leiterplatte 12 ein Wärmespeicher 16 in Form eines Kupferwürfels verbunden. Der Wärmespeicher kann hierbei auf der selben Seite der Leiterplatine 12, auf der auch der Leistungsschalter 14 angeordnet ist, und/oder auf der vom Leistungsschalter 14 abgewandten Seite der Leiterplatine 12 angeordnet sein. Der Wärmespeicher 16 ist zu dem Leistungsschalter 14, der eine nicht dargestellte Antriebseinheit einer Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs schaltet, beabstandet angeordnet und über einen Wärmeleiter 18 und/oder eine Leiterbahn 20 thermisch mit dem Leistungsschalter 14 verbunden. Bei einer plötzlichen Wärmeentwicklung im Leistungsschalter 14 kann schnell ein Großteil der entstehenden Wärme an den Wärmespeicher 16 abgeführt werden, so dass der Leistungsschalter 14 derart kleiner dimensioniert werden kann, dass der Leistungsschalter 14 höherohmiger und dadurch kostengünstiger ausgestaltet sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 00/46082 [0002]

Claims

Leistungsschaltung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit für eine Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Leistungsschalter (14) zur Ansteuerung der Antriebseinheit dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Leistungsschalter (14) ein Wärmespeicher (16) zur Aufnahme einer im Leistungsschalter (14) im Blockierfall der Antriebseinheit anfallenden Wärme thermisch verbunden ist.
Leistungsschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (16) vorwiegend aus einem metallischen Material hergestellt ist.
Leistungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (16) eine kompakte massiv geformte Geometrie aufweist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (16) im Wesentlichen quaderförmig ist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (16) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit des Leistungsschalters (14) aufweist.
Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (16) durch Auflöten, insbesondere Anhäufung von Lotmaterial, herstellbar ist.
Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (14) und der Wärmespeicher (16) mit einer gemeinsamen Leiterplatte (12) verbunden sind und insbesondere der Leistungsschalter (14) über eine elektrische Leitung (20) mit dem Wärmespeicher (16) verbunden ist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (16) einen Feldeffekttransistor, insbesondere einen MOSFET, aufweist.
Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalleitung vorgesehen ist, die ein Blockieren der Antriebseinheit signalisiert, wobei die Signalleitung insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmespeichers (16) mit einem Signal beaufschlagbar ist.
Antriebsanordnung zum Betrieb einer Wischeranlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Wischers und einer mit der Antriebseinheit verbundenen Leistungsschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Ansteuerung der Antriebseinheit.