DE102012203634A1

DE102012203634A1 - Steuergerät zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012203634A1
Application number: DE201210203634
Authority: DE
Inventors: Marius Pascut
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: DE102012203634B4

Abstract

Steuergerät (1), eingerichtet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse enthaltenen Leistungselektronik (20') und mit einem Kühlkörper (9'), welcher mit der Leistungselektronik (20') in thermischer Verbindung steht, wobei das Gehäuse ein Bodenteil (9) und ein Abdeckteil (8') aufweist, welche dicht miteinander verbunden sind. Der Kühlkörper (9') bildet das Gehäuse-Bodenteil (9) und ist mit dem Abdeckteil (8') durch eine Schnappverbindung verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät, eingerichtet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse enthaltenen Leistungselektronik und mit einem Kühlkörper, welcher mit der Leistungselektronik in thermischer Verbindung steht, wobei das Gehäuse ein Bodenteil und ein Abdeckteil aufweist, welche dicht miteinander verbunden sind.
Steuergeräte werden in Kraftfahrzeugen in allen erdenklichen Bereichen eingesetzt, beispielsweise zur elektronischen Motorsteuerung oder zur Steuerung von Fensterhebern und Kippdächern sowie von Schiebetüren. Aufgrund der vielfältigen Einsatzbereiche – auch in für elektronische Schaltungen widrigen Umgebungen – ist eine Abschirmung der elektronischen Schaltung durch ein gegen Schmutz und Feuchtigkeit dichtes Gehäuse oft notwendig. Gleichzeitig erfordern die Schaltungskomponenten einer Leistungselektronik meist zusätzliche Kühlmaßnahmen, wie beispielsweise einen Kühlkörper.
Es sind bereits verschiedene Bauarten für Steuergeräte bekannt, beispielsweise mit einem zweiteiligen Gehäuse, wobei ein als Flachrahmen ausgebildeter Kühlkörper-Rahmen zusammen mit einem zu einer Leiterplatte parallel verlaufendem Bodenteil und darüber ein Abdeckteil vorgesehen ist, vgl. DE 39 33 084 A1 . Zwischen dem Kühlrahmen und jedem der beiden Gehäuseteile ist eine Dichtung vorgesehen, und die beiden Gehäuseteile und der Kühlrahmen sind mithilfe von Befestigungselementen verspannt; dabei werden z.B. Hohlnieten verwendet, die von den Befestigungselementen (Schrauben) durchsetzt werden. Von Nachteil ist hier u.a., dass die Bohrungen und die Befestigungselemente zu einem hohen Fertigungs- und Materialaufwand führen und im Vergleich zur Grundfläche der Leiterplatte viel Platz benötigt wird.
Bei einer anderen bekannten Bauart (s. DE 10 2010 030 891 A1 ) sind die beiden Gehäuseteile oberhalb und unterhalb der Leiterplatte so angeordnet, dass sie an der Leiterplatte anliegen, wobei die jeweiligen Kontaktstellen mit einer Dichtung versehen sind und die beiden Gehäuseteile z.B. durch Bohrungen in der Leiterplatte miteinander verbunden sind. Dabei werden nachteiliger Weise zwei Dichtungen – jeweils eine auf jeder Seite – benötigt, und außerdem wird Platz auf der Leiterplatte für die notwendigen Bohrungen und Dichtungen benötigt.
Es wäre wünschenswert, eine Bauart für ein Steuergerät zur Verfügung zu haben, welches einfach und preiswert in Aufbau und Fertigung bzw. Montage ist und dabei doch allen Anforderungen hinsichtlich Dichtheit und Kühlung gerecht wird.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät mit geringem Fertigungs- und Materialaufwand, insbesondere mit nur einer Dichtung, und mit einer kompakten Bauweise zur Verfügung zu stellen, wobei die Grundfläche des Steuergeräts nur geringfügig über die von der elektronischen Schaltung vorgegebenen Mindestgrundfläche der Leiterplatte hinausgeht.
Das erfindungsgemäße Steuergerät der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper das Gehäuse-Bodenteil bildet und mit dem Abdeckteil durch eine Schnappverbindung verbunden ist.
Beim vorliegenden Steuergerät wird durch den multifunktionalen Kühlkörper, der sowohl der Kühlung der Leistungselektronik, als auch als Gehäuseboden dient, der Fertigungs- und Materialaufwand erheblich reduziert. Darüber hinaus ermöglicht die Schnappverbindung zwischen Kühlkörper und Abdeckteil, die insbesondere weder Bohrungen an der Leiterplatte noch zusätzliche Befestigungselemente erfordert, eine kompakte Bauweise des Steuergeräts sowie auch ein einfaches Zusammenstecken, aber auch Öffnen, etwa zu Überprüfungszwecken.
In einer besonders platzsparenden Variante kann die Schnappverbindung zwischen Kühlkörper und Abdeckteil im Bereich wenigstens einer Gehäuseseitenwand, vorzugsweise im Bereich von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden, vorgesehen sein. Dadurch wird Anzahl und Umfang der für eine Schnappverbindung am Kühlkörper und am Abdeckteil erforderlichen Formteile, wie Laschen, Haken, Nasen oder Buchsen, gering gehalten, nichtsdestoweniger eine sichere Verbindung der Gehäuseteile unter Verspannen ermöglicht.
Für die Kühlfunktion des Kühlkörpers ist es vorteilhaft, wenn dieser als Blechteil ausgebildet ist. Insbesondere kann ein entsprechendes Blechteil einfach als Tiefziehteil ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Variante besteht der Kühlkörper aus Aluminium; ein solcher Kühlkörper zeichnet sich durch gute Kühleigenschaften bzw. eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie durch ein geringes Gewicht besonders aus.
Es ist außerdem günstig, wenn das Abdeckteil aus Kunststoff besteht, um den Fertigungsaufwand weiter zu reduzieren und überdies das Zusammenschnappen der Gehäuseteile, also von Abdeckteil (nachstehend auch kurz Deckel genannt) und Kühlkörper (nachstehend auch kurz Kühlboden genannt) zu begünstigen. In einer bevorzugten Variante kann direkt am Abdeckteil eine Steckerbuchse angeformt sein, was den Vorteil hat, dass die Notwendigkeit einer zusätzlichen Dichtung zwischen Abdeckteil und Steckerbuchse entfällt.
Des Weiteren erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Dichtung zwischen Kühlboden und Deckel durch eine Dichtpaste gebildet ist, da diese auf einfache Weise an den wesentlichen Stellen, auch in Form von unregelmäßigen Linien, angebracht werden kann. Anstelle oder zusätzlich zur Dichtpaste kann auch eine – beispielsweise mitgespritzte – feste oder flexible („superflexible“) Dichtung zwischen Kühlboden und Deckel, z. B. am Kühlboden, angeordnet sein.
Um die Kühlung der Leistungselektronik zu verbessern, kann zur thermischen Verbindung zwischen der Leistungselektronik und dem Kühlboden eine Wärmeleitpaste vorgesehen sein. Insbesondere kann die Wärmeleitpaste zumindest bereichsweise, zum Beispiel im Bereich der Leistungselemente, zwischen der Leiterplatte, auf der die Leistungselektronik angeordnet ist, und dem Kühlboden vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert.
In der Zeichnung zeigen dabei im Einzelnen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Steuergeräts gemäß der Erfindung in geschlossenem Zustand;
2 eine Explosionsdarstellung dieses Steuergeräts gemäß 1;
3 eine Aufsicht auf diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts, wobei eine Öffnung für einen Anschlussstecker im Abdeckteil ersichtlich ist;
4 einen Schnitt durch dieses Steuergerät gemäß der Linie IV-IV in 3; und
5 eine Vergrößerung des Ausschnitts V gemäß 4.
In 1 ist ein Steuergerät 1 gezeigt, welches vier Schnappverbindungsbereiche 2, 3, 4 und 5 (s. auch 3) an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 6, 7 von zwei Gehäuseteilen 8, 9 aufweist. Die Schnappverbindungsbereiche 2 bis 5 werden jeweils durch eine an einem das untere Gehäuseteil 9 bildenden Kühlboden 9' angeformte Lasche 10 und zwei vom oberen Gehäuseteil 8, dem Abdeckteil oder Deckel 8', vorstehenden Führungsschienen 11 sowie einem Rastvorsprung 12 gebildet, welcher in ein Loch 13 in der Lasche 10 einrastet. Neben der dargestellten runden Form von Rastvorsprung 12 und Loch 13 sind dem Fachmann ebenso andere Formen geläufig, beispielsweise rechteckige, dreieckige, hakenoder nasenförmige Rastvorsprünge und geeignete Löcher bzw. Ausnehmungen. Selbstverständlich können auch die Führungsschienen 11 einfacher ausgeführt werden, beispielsweise als durchgängige oder unterbrochene leistenförmige Vorsprünge, oder gänzlich weggelassen werden, insbesondere solange die Schnappverbindung ohnedies eine ausreichende Stabilität gegen Scherung bietet. Die Laschen 10 können, um das Aufsetzen bzw. Einführen des Deckels 8' zwischen die am Kühlboden 9' angeformten Laschen-Paare 10 zu vereinfachen, am oberen zum Deckel weisenden Rand 23, zumindest in einem Bereich zwischen den Führungsschienen 11, eine nach außen gebogene Form in der Art einer Einlaufschräge oder Rampe 23' aufweisen.
An der Oberseite des Deckel-Gehäuseteils 8 befindet sich eine Öffnung 14 mit einer Steckerbuchse 15 (auch Steckerkragen genannt) für einen Anschlussstecker (nicht abgebildet), wobei die Buchse 15 beispielsweise am Deckel-Gehäuseteil 8 mitgeformt ist und die Form der Buchse 15 vorteilhafter Weise eine schlüssige Abdichtung der Steckerverbindung gegen Schmutz und Feuchtigkeit begünstigt.
Vom Kühlboden 9' gebildete seitliche Befestigungsvorsprünge 16, 17 mit Löchern 18, 19 ermöglichen eine feste Anordnung des Steuergeräts 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mithilfe von Befestigungselementen (beispielsweise Schrauben). Gegebenenfalls kann bei einer Anordnung auf einem Untergrund mit hoher Wärmeleitfähigkeit die Effektivität des Kühlbodens 9' noch gesteigert werden, weil dieser die von einem Leistungselement 20 auf eine Leiterplatte 21 über eine Wärmeleitpaste 22 auf den Kühlboden 9' geleitete Wärme weiter auf den Untergrund abgeben kann.
In 2 ist die Anordnung der Leiterplatte 21 im von Kühlboden 9' und Deckel 8' gebildeten Gehäuse in einer perspektivischen Darstellung ersichtlich. Auch ist hier eine bevorzugte Anordnung von Wärmeleitpaste 22 zwischen Kühlboden 9' und Leiterplatte 21 dargestellt, wobei erkennbar ist, dass die Wärmeleitpaste 22 in diesem Beispiel die Leiterplatte 21 nur bereichsweise mit dem Kühlboden 9' thermisch verbindet. Des Weiteren sind die Löcher 13 in den Laschen 10 am Kühlboden 9' sowie die Rastvorsprünge 12 und Führungsschienen 11 in den Schnappverbindungsbereichen 2 bis 5 am Deckel 8' in der bevorzugten runden Ausführung erkennbar.
Eine Dichtpaste 24 erstreckt sich in der Darstellung von 2 über den gesamten Umfang entlang des unteren Randes des Deckels 8'. Dabei ist die Verteilung der Dichtpaste 24 an den Verlauf des Deckels 8' bzw. von dessen Kontaktstellen mit dem Kühlboden 9' angepasst und kann neben dem dargestellten rechteckigen Verlauf auch jede andere Form einnehmen.
Durch die Schnappverbindungen in den Bereichen 2 bis 5 ist der Deckel 8' mit dem Kühlboden 9' verspannt und übt durch die Verspannung Druck auf die Dichtpaste 24 aus, unter welchem die Dichtpaste 24 sich an die Konturen des Deckels 8' und des Kühlbodens 9' anschmiegt und eine optimale Dichtheit erzielt.
In 3 ist eine Aufsicht auf ein Steuergerät 1 gemäß 1 und 2 dargestellt. Insbesondere sind die im Querschnitt L-förmigen Führungschienen 11 mit den eingeführten Laschen 10 sowie die Befestigungsvorsprünge 16, 17 mit Löchern 18, 19 erkennbar. Durch die Öffnung 14 der Steckerbuchse 15 im Deckel 8' sind Kontaktstifte 25 (vgl. auch 2) der unter dem Deckel 8' liegenden Leiterplatte 21 sichtbar.
In 4 und der Detaildarstellung von 5 ist ein Schnitt durch das Steuergerät 1 als Ganzes und im Detail dargestellt, wobei die in dem von Deckel 8' und Kühlboden 9' gebildeten und mithilfe der Schnappverbindungen in den Schnappverbindungsbereichen, z.B. 3 und 4, geschlossenen Gehäuse liegende, die Leistungselektronik 20' tragende Leiterplatte 21 ersichtlich ist. Der Schnitt zeigt die optimale Platznutzung dieser bevorzugten Bauweise des Steuergeräts 1. Der auf der Leiterplatte 21 zur Verfügung stehende Platz kann bis an den Rand der Elemente der elektronischen Schaltung genutzt werden, ohne beispielsweise auf Bohrungen oder Dichtungen auf der Leiterplatte 21 Rücksicht nehmen zu müssen. Über den Rand der Leiterplatte 21 hinaus ist die Grundfläche des Steuergeräts 1 dank der Steckverbindung zwischen Deckel 8' und Kühlboden 9' im Wesentlichen nur um die Wandstärke des Deckels 8' und des Kühlbodens 9' vergrößert.
An den vom Kühlboden 9' gebildeten Laschen 10, welche in die Führungsschienen 11 eingeführt sind, ist einerseits die am oberen Rand 23 nach außen gebogene Form 23' und andererseits das Loch 13 erkennbar, in welches der vom Deckel 8' ausgehende Rastvorsprung 12 eingerastet ist, wobei ein Verspannen erzielt und dadurch Druck auf die Dichtpaste 24 ausgeübt wird.
Zwischen der Leiterplatte 21 und dem Kühlboden 9' ist die Wärmeleitpaste 22 ersichtlich, welche zumindest bereichsweise zwischen der Leiterplatte 21 und dem Kühlboden 9' eine thermische Verbindung herstellt, insbesondere im Bereich eines auf der Leiterplatte 21 angeordneten Leistungselements 20.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3933084 A1 [0003]
DE 102010030891 A1 [0004]

Claims

Steuergerät (1), eingerichtet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse enthaltenen Leistungselektronik (20') und mit einem Kühlkörper (9'), welcher mit der Leistungselektronik (20') in thermischer Verbindung steht, wobei das Gehäuse ein Bodenteil (9) und ein Abdeckteil (8') aufweist, welche dicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (9') das Gehäuse-Bodenteil (9) bildet und mit dem Abdeckteil (8') durch eine Schnappverbindung verbunden ist.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappverbindung zwischen Kühlkörper (9') und Abdeckteil (8') im Bereich wenigstens einer Gehäuseseitenwand vorgesehen ist.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (9') als Blechteil ausgebildet ist.
Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (9') als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (9') aus Aluminium besteht.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckteil (8') aus Kunststoff besteht.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Abdeckteil (8') eine Steckerbuchse (15) mitgeformt ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen Kühlkörper und Abdeckteil durch eine Dichtpaste (24) gebildet ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Verbindung zwischen der Leistungselektronik (20') und dem Kühlkörper (9') eine Wärmeleitpaste (22) vorgesehen ist.