DE102011121576A1 - Controller module for commercial motor vehicle, has circuit support that is accommodated in contactable connections on the female connector mechanically, contacted with plug unit, and thermally coupled with metal-made lid - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein gedichtetes Steuergerät-Modul für ein Fahrzeug.The invention relates to a sealed control module for a vehicle.
Derartige Steuergerät-Module werden im Fahrzeug insbesondere am Fahrzeugrahmen befestigt und können unterschiedlichen Funktionen dienen, z. B. einer Fahrdynamikregelung bzw. einem elektronischen Bremssystem (EBS), einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder einem Niveauregel-System. Der Einsatz erfolgt insbesondere in Nutzfahrzeugen.Such control module modules are mounted in the vehicle in particular on the vehicle frame and can serve different functions, eg. As a vehicle dynamics control or an electronic brake system (EBS), an anti-lock braking system (ABS) and / or a level control system. The use is particularly in commercial vehicles.
Die elektronischen Komponenten des Steuergerät-Moduls werden im Allgemeinen auf einem Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte angebracht. Die Leiterplatte wird in einem Gehäuse abgedichtet aufgenommen, um Beschädigungen durch Feuchtigkeit, Schmutz usw. zu vermeiden. Das Gehäuse ermöglicht hierbei eine Kontaktierung des Schaltungsträgers nach außen. Hierzu wird das Gehäuse z. B. mit einer Gehäusewanne bzw. Steckerwanne ausgebildet und der Schaltungsträger über Einpress-Stifte (Press-Fits) in die Gehäusewanne eingepresst bzw. eingesteckt, sodass bereits eine elektrische Kontaktierung und weiterhin auch eine mechanische Aufnahme erfolgt. Die Gehäusewanne kann dann durch einen Deckel geschlossen und abgedichtet werden. Das Gehäuse kann nachfolgend im Fahrzeug, z. B. an einem Fahrzeugrahmen, befestigt werden.The electronic components of the control module are generally mounted on a circuit board, in particular a printed circuit board. The printed circuit board is sealed in a housing to prevent damage from moisture, dirt, etc. The housing in this case allows contacting of the circuit carrier to the outside. For this purpose, the housing z. B. formed with a housing pan or connector tray and the circuit board via press-fit pins (press-fits) pressed or inserted into the housing tray, so that already an electrical contact and continue also a mechanical recording. The housing pan can then be closed and sealed by a lid. The housing can subsequently in the vehicle, for. B. on a vehicle frame, are attached.
Durch die zum Teil hohen elektrischen Leistungen, insbesondere auch von Treiberschaltungen usw., ist eine entsprechende Wärmeabfuhr von dem Schaltungsträger durch das Gehäuse erforderlich, um die Funktionsfähigkeit der elektronischen Komponenten zu gewährleisten.Due to the sometimes high electrical performance, especially of driver circuits, etc., a corresponding heat dissipation from the circuit substrate through the housing is required to ensure the functionality of the electronic components.
Der Schaltungsträger ist gegenüber mechanischen Schwingungen, Kräften und Belastungen zu schützen; weiterhin ist er so aufzunehmen, dass wärmebedingte Toleranzen und Veränderungen des Gehäuses nicht zu einer relevanten Verformung oder Belastung des empfindlichen Schaltungsträgers selbst oder seiner Kontaktierungen führen. Insbesondere im Automotive-Bereich können durch Schwingungen und Temperaturveränderungen erhebliche Belastungen auftreten.The circuit carrier must be protected against mechanical vibrations, forces and loads; Furthermore, it is to be recorded so that heat-related tolerances and changes of the housing do not lead to a relevant deformation or stress of the sensitive circuit substrate itself or its contacts. Particularly in the automotive sector, significant stresses can occur due to vibrations and temperature changes.
Weiterhin sind die fertigungstechnisch bedingten Toleranzen der einzelnen Bauteile nicht unproblematisch; trotz derartiger Toleranzen der Gehäuse-Teile, der Leiterplatte und zusätzlicher Mittel ist eine wirksame, langzeitbeständige Abdichtung zu erreichen. Auch bei ungünstigen Toleranzlagen dürfen keine relevanten Krafteinleitungen in den Schaltungsträger auftreten.Furthermore, the production-related tolerances of the individual components are not without problems; despite such tolerances of the housing parts, the circuit board and additional means to achieve an effective, long-term sealing. Even in the case of unfavorable tolerance positions, no relevant force transmissions may occur in the circuit carrier.
Bei einer Befestigung des Schaltungsträgers über Einpress-Verbindungen (Press-Fits) treten im Montageprozess zusätzliche Toleranzen auf, die die bereits vorhandenen Toleranz-Probleme zwischen den Gehäuseteilen sowie zwischen Schaltungsträger und Gehäuse noch vergrößern.In a mounting of the circuit substrate via press-fit connections (press-fits) occur in the assembly process on additional tolerances, which increase the already existing tolerance problems between the housing parts and between circuit board and housing.
Bekannte Schaltungsträger-Module weisen zum Teil eine mehrteilige Ausführung mit einem externen Stecker, einer Gehäusewanne und einem Deckel mit zusätzlicher Dichtung zwischen Stecker und Gehäuse sowie mit Befestigungselementen für den Schaltungsträger sowie gegebenenfalls weiteren Elementen zur Wärmeabfuhr und zum Toleranzausgleich auf.Known circuit carrier modules have partly a multi-part design with an external plug, a housing pan and a lid with additional seal between the plug and housing and with fasteners for the circuit carrier and optionally other elements for heat dissipation and tolerance compensation.
Für die Aufnahme des Schaltungsträgers im Gehäuse sind komplexe Kupferfedern zum Toleranzausgleich bekannt. Derartige Ausbildungen sind jedoch kostspielig, weiterhin ist der Montageaufwand erheblich. Auch können derartige Kupferfedern gegebenenfalls Kräfte übertragen, die bei Langzeiteinwirkung zu Verformungen führen können.For the inclusion of the circuit carrier in the housing complex copper springs for tolerance compensation are known. However, such training is costly, further, the installation cost is significant. Also, such copper springs can optionally transmit forces that can lead to deformation during long-term exposure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät-Modul für ein Fahrzeug und ein Herstellungsverfahren für dieses zu schaffen, die eine einfache Herstellbarkeit und einen sicheren Betrieb auch bei hoher Leistungsaufnahme ermöglichen.The invention has for its object to provide a control module for a vehicle and a manufacturing method for this, which allow easy manufacturability and safe operation even at high power consumption.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät-Modul nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Erfindungsgemäß ist somit ein Deckel aus Metall vorgesehen, der die Gehäusewanne – die insbesondere aus einem Kunststoff-Material gefertigt sein kann – verschließt und gegenüber dieser abgedichtet ist. Der Schaltungsträger, der insbesondere eine Leiterplatte sein kann, wird durch Einpressverbindungen an der Gehäusewanne befestigt bzw. mechanisch aufgenommen und weiterhin elektrisch kontaktiert. Weiterhin ist eine Kühlung des Schaltungsträgers durch thermische Kopplung an den metallischen Deckel vorgesehen, wozu der Schaltungsträger auf dem metallischen Deckel über eine wärmeleitende Füllmaterial-Schicht angekoppelt ist. Der Deckel liegt somit vorzugsweise nicht an der Steckerwanne (Gehäusewanne) an.This object is achieved by a controller module according to claim 1 and a method according to claim 13. The dependent claims describe preferred developments. According to the invention, therefore, a lid made of metal is provided, which closes the housing tub - which can be made in particular of a plastic material - closes and is sealed against this. The circuit carrier, which may be a printed circuit board in particular, is fastened or press-fitted to the housing pan by press-fit connections and is further electrically contacted. Furthermore, cooling of the circuit carrier is provided by thermal coupling to the metallic lid, for which purpose the circuit carrier is coupled to the metallic lid via a heat-conductive filling material layer. The lid is thus preferably not on the connector tray (housing pan).
Die Füllmaterial-Schicht (gap filler) ermöglicht über einen Stoffschluss einen dauerhaften Kontakt zwischen Schaltungsträger und Deckel und dient vorzugsweise auch der Wärmeabfuhr. Sie kann als Schicht aufgetragen, vorzugsweise dispenst werden, oder z. B. auch als beidseitiges Klebeband angebracht werden.The filling material layer (gap filler) allows permanent connection between circuit carrier and cover via a material connection and preferably also serves for heat dissipation. It can be applied as a layer, preferably dispenst, or z. B. also be attached as a double-sided tape.
Eine Abdichtung zwischen dem Deckel und der Gehäusewanne erfolgt vorteilhafterweise an einem Umfangsrand, wobei gemäß einer Ausbildung eine Verbindung ohne mechanische Verrastung bzw. Einclipsung vorgesehen ist; hierzu kann insbesondere ein Feder-Nut-Eingriff bzw. eine mechanische Aufnahme einer Kante des Deckels in einer Nut der Gehäusewanne erfolgen und eine sichere und abdichtende Verbindung über ein Dichtungsmaterial bzw. Klebematerial erfolgen. Statt des Feder-Nut-Eingriffs kann hier z. B. auch eine Kleberaupe aufgetragen werden.A seal between the lid and the housing tray advantageously takes place a peripheral edge, wherein according to one embodiment, a connection without mechanical locking or Einclipsung is provided; For this purpose, in particular a spring-groove engagement or a mechanical recording of an edge of the lid can be carried out in a groove of the housing pan and a secure and sealing connection via a sealing material or adhesive material. Instead of the tongue and groove engagement can here z. B. also a Kleberaupe be applied.
Alternativ hierzu kann der Deckel aber auch mechanisch verrastet bzw. eingeclipst werden, so dass eine Wartezeit für die Aushärtung entfällt.Alternatively, the lid can also be mechanically locked or clipped, so that a waiting time for the curing is eliminated.
Das erfindungsgemäße Steuergerät-Modul ermöglicht einige Vorteile. Durch die Einpressverbindungen wird eine schnelle und mechanisch sichere Befestigung des Schaltungsträgers in der Gehäusewanne bei gleichzeitiger Kontaktierung ermöglicht. Hierbei kann die elektrische Kontaktierung insbesondere aus der Gehäusewanne heraus in eine Steckereinrichtung geführt werden, die eine äußere Kontaktierung durch einen Stecker ermöglicht; die Steckereinrichtung kann insbesondere abgewinkelt als Steckerhals ausgebildet sein.The control module according to the invention allows some advantages. Due to the press-in connections, a fast and mechanically secure fastening of the circuit carrier in the housing pan is made possible with simultaneous contacting. In this case, the electrical contacting can be performed in particular out of the housing trough out into a plug device, which allows an external contact by a plug; the plug device may be formed in particular angled as a plug neck.
Die Kühlung über den metallischen Deckel ermöglicht eine effiziente Leistungsabfuhr, um auch einen Betrieb mit hoher Leistungsaufnahme bzw. Wärmeentwicklung zu ermöglichen, ohne dass in dem abgedichteten Gehäuse-Innenraum unzulässige Betriebstemperaturen erreicht werden. Der Einsatz der Füllmaterial-Schicht ermöglicht eine großflächige Kontaktierung an dem metallischen Deckel und somit eine direkte und effiziente Wärmeabfuhr. Es wird eine hohe Nachgiebigkeit gegenüber Fertigungstoleranzen und wärmebedingten Ausdehnungen erreicht, die insbesondere auch aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens des metallischen Deckels und der z. B. aus Kunststoff gefertigten Gehäusewanne auftreten können. Somit können die Steckverbindungen insbesondere an einer Oberseite des Schaltungsträgers zur Steckerwanne hin geführt werden, die Wärmeabfuhr kann in einem lateral zu diesem Einpressbereich versetzten Wärmesenkenbereich erfolgen.Cooling through the metallic lid allows for efficient power drainage to also enable high power or heat generation operation without reaching undue operating temperatures in the sealed housing interior. The use of the filling material layer allows a large-area contact with the metallic lid and thus a direct and efficient heat dissipation. It is achieved a high compliance with manufacturing tolerances and thermal expansion, which in particular due to the different thermal expansion behavior of the metallic lid and the z. B. made of plastic housing tub can occur. Thus, the connectors can be performed in particular on an upper side of the circuit substrate to the connector trough, the heat dissipation can be done in a laterally offset to this Einpressbereich heat sink area.
Eine Krafteinleitung von dem Deckel in den Schaltungsträger kann vermieden bzw. gering gehalten werden. Hierdurch ergeben sich insbesondere auch Vorteile bei den Toleranzen des Schaltungsträgers, der Gehäusewanne, des Deckels, der Dichtungen sowie auch der Füllmaterialschicht (gap-pad) und für die Durchführung des Einpress-Montageprozesses. Diese Berücksichtigung der Toleranzen und das Vermeiden der Krafteinleitung kann ohne aufwändige zusätzliche Federeinrichtungen für einen Toleranzausgleich erreicht werden.An introduction of force from the cover into the circuit carrier can be avoided or kept low. This also results in particular advantages in the tolerances of the circuit substrate, the housing tub, the lid, the seals and the filling material layer (gap-pad) and for carrying out the press-fitting process. This consideration of the tolerances and avoiding the introduction of force can be achieved without complex additional spring devices for tolerance compensation.
An der abgedichteten Verbindung des Deckels an der Gehäusewanne wird eine Anpassung an die Toleranzen der Bauteile ermöglicht. Je nach Ausbildung der Bauteile und der Einpressverbindung zwischen dem Schaltungsträger und der Gehäusewanne wird der Deckel unterschiedlich weit in die Gehäusewanne eingeschoben. Durch z. B. einen Feder-Nut-Eingriff im Randbereich des Gehäuses mit einem vorzugsweise einen Stoffschluss bewirkenden Dichtmaterial in der Nut kann in den unterschiedlichen Einsetz-Positionen jeweils eine sichere Aufnahme und Abdichtung unter Ausbildung des Stoffschlusses erreicht werden.At the sealed connection of the lid to the housing pan an adaptation to the tolerances of the components is made possible. Depending on the design of the components and the press-fit connection between the circuit carrier and the housing trough, the lid is pushed into the housing trough at different distances. By z. B. a tongue and groove engagement in the edge region of the housing with a preferably material connection causing sealing material in the groove can be achieved in the different insertion positions each secure mounting and sealing to form the material bond.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist schnell bzw. mit relativ geringem Aufwand und kostengünstig ausführbar; der Schaltungsträger kann durch die Einpressverbindungen in der Gehäusewanne sicher aufgenommen und kontaktiert werden; der metallische Deckel mit dem Füllmaterial bzw. gap-pad kann nachfolgend von unten eingesetzt werden, bis eine Auflage der Füllmaterial-Schicht (gap-pad) an der Unterseite des Schaltungsträgers erfolgt; nachfolgend härtet das Dichtmaterial aus, so dass eine feste und abgedichtete Aufnahme ermöglicht wird.The manufacturing method according to the invention can be carried out quickly or with relatively little effort and at low cost; the circuit carrier can be securely received and contacted by the press-in connections in the housing pan; the metallic lid with the filling material or gap-pad can subsequently be inserted from below until a padding of the filling material layer (gap-pad) takes place on the underside of the circuit carrier; Subsequently, the sealing material hardens, so that a firm and sealed recording is possible.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings to an embodiment. Show it:
Ein Steuergerät-Modul
In dem Gehäuse-Innenraum
Die Einpress-Stifte
Seitlich neben ihrem Einpressbereich
Der Deckel
Zur Herstellung des Steuergerätemoduls
Alternativ hierzu können die Einpress-Stifte aber auch erst auf der Leiterplatte
Nachfolgend wird die bestückte Leiterplatte
Nachfolgend wird eine Füllmaterialschicht
Bei dem Einsetzvorgang gelangt somit die Leiterplatte
Alternativ hierzu kann die Füllmaterialschicht
Der Anschlag der Einsetzbewegung wird vorteilhafterweise durch Anlage des Deckels
Die Füllmaterial-Schicht
Das Dichtungsmaterial
Nachfolgend härtet das Dichtungsmaterial
Das Abdichten des Dichtungsmaterials
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DE201110121576 DE102011121576A1 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | Controller module for commercial motor vehicle, has circuit support that is accommodated in contactable connections on the female connector mechanically, contacted with plug unit, and thermally coupled with metal-made lid |
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