DE102013010843A1

DE102013010843A1 - Elektrisches Steuergerät

Info

Publication number: DE102013010843A1
Application number: DE102013010843.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bolik; Tobias Kortlang
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2014206515A1; EP3014961A1; US20160128208A1; CN105265031A; WO2014206515A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) mit einem Gehäuse (12) zur Aufnahme einer Leiterplatte (14), auf der eine elektronische Schaltung (18) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (14) zumindest bereichsweise an einem, ein unteres Gehäuseteil (20) bildenden metallischen Kühlkörper (24) anliegt und vollständig von einem oberen Gehäuseteil (22) abgedeckt ist, und bei dem die beiden Gehäuseteile (20, 22) mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zusammengefügt sowie mittels eines umlaufenden Dichtelements (44) gegeneinander abgedichtet sind. Außerdem ist vorgesehen, dass das obere Gehäuseteil (22) mit einem Kunststoffmaterial gebildet ist, und dass das untere Gehäuseteil (20) einen integral daran ausgebildeten Steckanschluss (46) mit mindestens zwei Einpresskontakten (48, 50) zur elektrischen Anbindung der Leiterplatte (14) an eine elektrische Außenbeschaltung aufweist. Hierdurch hat das Gehäuse (12) einen einfachen konstruktiven und vibrationsresistenten Aufbau, der eine kostengünstige Großserienfertigung erlaubt. Darüber hinaus erfolgt durch das Schließen der beiden Gehäuseteile (20, 22) selbsttätig der elektrische Anschluss der Leiterplatte (14) an eine externe elektrische Beschaltung, bei der es sich beispielsweise um die Bordelektrik eines beliebigen Fahrzeugs handeln kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer Leiterplatte, auf der eine elektronische Schaltung angeordnet ist, wobei die Leiterplatte zumindest bereichsweise an einem, ein unteres Gehäuseteil bildenden metallischen Kühlkörper anliegt und vollständig von einem oberen Gehäuseteil abgedeckt ist, und bei dem die beiden Gehäuseteile mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zusammengefügt sowie mittels eines umlaufenden Dichtelements gegeneinander abgedichtet sind.
Elektrische Steuergeräte mit einem Gehäuse zur hermetischen Einkapselung elektronischer Komponenten kommen in der Technik in einer großen Variationsbreite zum Einsatz, um insbesondere die empfindlichen elektronischen Bauteile sowie Leiterbahnen vor schädlichen Umwelteinflüssen, wie beispielsweise starken Vibrationen, hohen oder tiefen Umgebungstemperaturen, Feuchtigkeit, chemisch aggressiven Stoffen, elektromagnetischen Störfeldern und dergleichen bestmöglich zu schützen. Diese Anforderungen sind vor allem bei der stark zunehmenden Anwendung von elektronischen Bauteilen beziehungsweise ganzer elektronsicher Baugruppen in mobilen Anwendungen, wie zum Beispiel bei Fahrzeugen aller Art, von besonderer Bedeutung. Um die Wärmebelastung der eingesetzten elektronischen Komponenten in einem elektrischen Steuergerät zu reduzieren, ist es darüber hinaus bekannt, eine Leiterplatte mit einem Kühlkörper zu verkleben.
Aus der DE 10 2007 029 913 A1 ist ein elektrisches Steuergerät bekannt, bei dem ein Leiterbahnsubstrat beidseitig mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen bestückt ist. Die elektrischen Bauteile auf jeder Seite des Leiterbahnsubstrats sind jeweils mit einem wannenförmigen Gehäuseteil abgedeckt, wobei zwischen den elektrischen Bauteilen und dem jeweiligen Gehäuseteil ein Zwischenraum besteht. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil sowie dem Leiterbahnsubstrat befindet sich darüber hinaus jeweils ein Dichtungsring. Außerhalb der durch die Gehäuseteile bedeckten elektrischen Komponenten sowie außerhalb einer mit einem Gerätestecker versehenen Zone des Leiterbahnsubstrats ist eine Kontaktstelle zur Anbindung einer weiteren externen elektrischen Komponente vorgesehen. Ein Gehäuseteil ist darüber hinaus zur optimierten Ableitung der von den elektrischen Bauteilen abgegebenen Verlustwärme direkt auf einen Kühlkörper montiert. Bei einer dazu alternativen Ausführungsform ist lediglich eine vom Kühlkörper wegweisende Seite des Leiterbahnsubstrats mit einem Gehäuseteil abgedeckt, wohingegen die hiervon abgewandte zweite Seite des Leiterbahnsubstrats zumindest bereichsweise direkt am Kühlkörper anliegt, der zu diesem Zweck eine Aussparung als Höhenausgleich für die Bauteile auf der zweiten Seite aufweist. Darüber hinaus befindet sich in dieser Konstellation zwischen dem Leiterbahnsubstrat und dem Kühlkörper noch eine mit einer Wärme leitenden Schicht gebildete Zwischenlage. Ein Nachteil dieses elektrischen Steuergerätes liegt im hohen konstruktiven Aufwand, der mit vergleichsweise hohen Fertigungskosten einhergeht.
Die DE 10 2006 000 958 A1 beschreibt ein elektrisches Gerät, insbesondere einen Leistungsverteiler für ein Kraftfahrzeug. Der Leistungsverteiler weist unter anderem zwei Schaltungsträger und wenigstens ein Kontaktelement für die Stromzuführung auf, wobei das Kontaktelement mit einer Stromschiene verbunden ist, die von wenigstens einem federnden Verbindungselement gehalten ist. Die Verbindung der zwei Schaltungsträger untereinander sowie der elektrische Anschluss der Schaltungsträger an externe elektrische Anschlüsse erfolgt mittels der an sich bekannten Einpresstechnik. Zu diesem Zweck sind einerseits Einpressstifte und andererseits Messerkontakte als Verbindungselemente vorgesehen, die zur Kontaktierung zusammenwirken. Der Leistungsverteiler verfügt jedoch nicht über ein hermetisch dicht abgekapseltes Gehäuse, und eine Kühlmöglichkeit für elektrische und/oder elektronische Komponenten mit hoher Verlustwärme ist gleichfalls nicht vorgesehen.
Aus der EP 0 902 609 A1 sind ein Verfahren zum Herstellen einer mit einer aufgeklebten Kühlplatte versehenen Leiterplatte als Verbundbauteil, ein nach einem solchen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil sowie eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens bekannt. Die Leiterplatte weist wie die aufgeklebte Kühlplatte eine bevorzugt rechteckige Form auf, wobei die Form der Kühlplatte jener der Leiterplatte nicht zwingend folgt. Als Klebemittel dient ein beidseitig mit Schutzfolien versehener, trocken übertragbarer und dauerelastischer Klebstofffilm, wie er beispielsweise von der Firma 3M^® unter dem Markennamen ”Isotac^®” vertrieben wird. Das dortige Verfahren beziehungsweise eine zur Durchführung desselben benutzte wippenartige Anordnung erlauben mittels einer besonderen Klebetechnik sowie mittels einer thermischen Nachbehandlung eine weitestgehend luftblasenfreie Ausführung der Verklebung. Mittels des Klebstofffilms werden mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Längenausdehnungskoeffizienten von Kühlplatte und Leiterplatte vermieden, die zu Leiterbahnbrüchen oder Lötstellenbrüchen führen können. Ein Nachteil dieser bekannten Technik ist darin zu sehen, dass eine Bestückung des Leiterbahnsubstrats vorzugsweise erst nach dem vollflächigen Verkleben von Leiterplatte und Kühlplatte erfolgt, um die mechanischen und/oder thermischen Belastungen der elektronischen Bauteile in Grenzen zu halten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Steuergerät mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer eine elektronische Schaltung tragenden Leiterplatte vorzuschlagen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist sowie weitgehend vibrationsresistent ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich der Herstellungsaufwand eines elektrischen Steuergerätes in der Regel verringern und damit einhergehend die Stückkosten reduzieren lassen, wenn einzelne Gehäusekomponenten des elektrischen Steuergeräts eine Doppelfunktion übernehmen.
Die Erfindung betrifft daher ein elektrisches Steuergerät mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer Leiterplatte, auf der eine elektronische Schaltung angeordnet ist, wobei die Leiterplatte zumindest bereichsweise an einem, ein unteres Gehäuseteil bildenden metallischen Kühlkörper anliegt und vollständig von einem oberen Gehäuseteil abgedeckt ist, und bei dem die beiden Gehäuseteile mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zusammengefügt sowie mittels eines umlaufenden Dichtelements gegeneinander abgedichtet sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass das obere Gehäuseteil mit einem Kunststoffmaterial gebildet ist, und dass das untere Gehäuseteil einen integral daran ausgebildeten Steckanschluss mit mindestens zwei Einpresskontakten zur elektrischen Anbindung der Leiterplatte an eine elektrische Außenbeschaltung aufweist.
Hierdurch ist ein Steuergerät mit einem Gehäuse mit einem integrierten Kühlkörper zur Aufnahme einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von darauf angeordneten elektronischen und/oder elektrischen Komponenten geschaffen, das einfach herstellbar ist und eine hohe Schwingungsresistenz aufweist. Darüber hinaus stellt der konstruktive Aufbau des Steuergeräts geringe Anforderungen hinsichtlich der Maßhaltigkeit der eingesetzten Einzelbauteile und ermöglicht einen unproblematischen Ausgleich von etwaigen Bauteiltoleranzen, so dass sich das elektrische Steuergerät vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen lässt. Zur weiteren Optimierung der mechanischen Belastbarkeit des elektrischen Steuergerätes ist das elektrisch isolierende Kunststoffmaterial des Gehäuses bevorzugt mit einer Faserarmierung aus gleichfalls elektrisch nicht leitfähigen Fasern, wie beispielsweise Glasfasern oder dergleichen, versehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Steuergerät so ausgebildet ist, dass durch das Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile die elektrische Kontaktierung der Leiterplatte mittels der mindestens zwei Einpresskontakte selbsttätig erfolgt. Hierdurch ist eine besonders einfache, schnelle sowie kostengünstige Integration der Leiterplatte in das Gehäuse sowie deren Kontaktierung möglich. Die ordnungsgemäße Funktion der elektrischen Kontaktierung nach dem Zusammenfügen lässt sich auf einfache Art und Weise feststellen, zum Beispiel mit Hilfe einer elektrischen Leitfähigkeitsprüfung.
Bei einer weiteren günstigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen einer Unterseite der Leiterplatte und dem unteren Gehäuseteil zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht zur Verbesserung des Wärmeübergangs angeordnet ist. Hierdurch wird die Kühlung der auf der Leiterplatte angeordneten Elektronikkomponenten weiter optimiert, da etwaige Oberflächenrauhigkeiten des unteren Gehäuseteils und der Leiterplatte durch die Zwischenschicht kompensiert werden. Bei dieser vorzugsweise extrem gut wärmeleitfähigen Zwischenschicht kann es sich ganz allgemein um eine Klebeschicht, einen Wärmeleitkleber, eine dauerelastische Wärmeleitpaste, eine Acrylfolie, einen Acrylkleber, ein sogenanntes ”Gap-Pad” oder einen sogenannten ”Gap-Filter” handeln.
Weiter kann bevorzugt vorgesehen sein, dass im Bereich eines am Gehäuseoberteil ausgebildeten umlaufenden Gehäuserandes zumindest abschnittsweise ein in den Innenraum des Gehäuses ragender Vorsprung ausgebildet ist, der nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile an der dem Gehäuseoberteil zugewandten Seite der Leiterplatte anliegt. Hierdurch ist die Leiterplatte nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile mechanisch automatisch zwischen diesen eingespannt und in ihrer Lage gesichert.
Bei einer günstigen Ausgestaltung weist das untere Gehäuseteil im Bereich der mindestens zwei Einpresskontakte jeweils eine Ausnehmung auf. Hierdurch wird ein Kurzschluss über die elektrischen Strom führenden Einpresskontakte mit dem aus einem metallischen Material gebildeten und als Kühlkörper wirkenden unteren Gehäuseteil vermieden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Gehäuserand des oberen Gehäuseteils eine umlaufende Nut mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie auf. Hierdurch wird bei der Montage die Ausrichtung des oberen Gehäuseteils in Bezug zum unteren Gehäuseteil begünstigt. Die exakte Ausrichtung der beiden Gehäuseteile zueinander wird mittels nicht dargestellter Führungselemente an einem Zusammenfügewerkzeug und/oder an den beiden Gehäuseteilen erreicht. Darüber hinaus ist durch die umlaufende Nut die Verbindungssteifigkeit des oberen Gehäuseteils optimiert.
Mit der umlaufenden Nut im oberen Gehäuseteil zusammenwirkend weist das untere Gehäuseteil randseitig einen umlaufenden Vorsprung mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie auf, welcher sich in Richtung zu der Nut im oberen Gehäuseteil erstreckt. Hierdurch wird die Verbindung des oberen Gehäuseteils mit dem unteren Gehäuseteil sowie die Anordnung eines Dichtmittels beziehungsweise Dichtelements zwischen beiden erleichtert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Dichtmittel beziehungsweise Dichtelement daher zwischen der Nut des oberen Gehäuseteils und dem Vorsprung des unteren Gehäuseteils angeordnet. Hierdurch ist die Abdichtungswirkung zwischen den beiden Gehäuseteilen weiter verbessert, da insbesondere ein Verrutschen des bevorzugt strangförmigen oder ringförmigen Dichtelements nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile vermieden wird.
Entsprechend einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das untere Gehäuseteil zur Aufnahme und zur Lagesicherung der Leiterplatte gegenüber senkrecht zu deren Flächennormalen angreifenden Kräften eine wannenförmige Aussparung geringer Tiefe aufweist, wobei die Tiefe dieser Aussparung maximal der Dicke der Leiterplatte entspricht. Hierdurch ist die Leiterplatte schon unmittelbar in dem unteren Gehäuseteil gegen ein Verschieben derselben arretiert.
Bevorzugt ist das Dichtelement mit oder aus einem elastischen Kunststoffmaterial, insbesondere mit oder aus einem Elastomer gebildet, mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie. Hierdurch ist auch unter schwierigen Einsatzbedingungen beziehungsweise Umgebungsbedingungen des Steuergeräts eine zuverlässige Abdichtungswirkung des Gehäuses gegeben.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einpresskontakte stiftförmig ausgebildet und weisen jeweils eine in die Leiterplatte einpressbare Endspitze auf. Hierdurch lassen sich in der elektrischen Schaltungstechnik weit verbreitet Anwendung findende Standard-Steckhülsen als Teile eines Steckers auf die stiftförmigen Einpresskontakte der Steckerwanne des Gehäuses aufstecken. Die Einpresskontakte weisen hierbei in Richtung der Leiterplatte weisende Endspitzen auf, die sich mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand in die Leiterplatte einpressen lassen, um zwischen den Leiterbahnen der Leiterplatte und den Einpresskontakten eine elektrisch leitfähige Verbindung zu schaffen. Mit Hilfe von auf die Einpresskontakte aufsteckbaren Hülsen beziehungsweise Kontaktfedern lässt sich dann die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Steuergerät, bei dem es sich beispielsweise um ein Steuergerät für ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeugs handeln kann, und einer elektrischen Außenbeschaltung steckweise aufbauen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die kraftschlüssige Verbindung des oberen Gehäuseteils mit dem unteren Gehäuseteil durch mindestens ein integral am Gehäuserand des oberen Gehäuseteils ausgebildeten Schnappelement realisiert ist, welches mit dem Gehäuseunterteil verrastbar ist. Hierdurch ist das elektrische Steuergerät besonders schnell montierbar und erforderlichenfalls schnell sowie ohne ein Werkzeug wieder zu öffnen.
Bei einer dazu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die kraftschlüssige Verbindung des oberen Gehäuseteils mit dem unteren Gehäuseteil durch mindestens ein Befestigungselement, wie eine Schraube und/oder ein Niet, gebildet ist. Hierdurch ist eine mechanisch besonders belastbare Verbindung der beiden Gehäuseteile des elektrischen Steuergerätes gegeben.
Bei einer dritten Verbindungsvariante ist vorgesehen, dass die Leiterplatte mittels mindestens eines Befestigungselements, wie einer Schraube und/oder einem Niet, mit dem unteren Gehäuseteil verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders zuverlässige Lagesicherung der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses gegenüber von außen einwirkenden Kräften.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit drei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen Steuergerätes,
2 eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform des elektrischen Steuergerätes, und
3 eine Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform des elektrischen Steuergerätes.
In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf. 1 zeigt demnach eine schematische Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Steuergeräts 10 gemäß der Erfindung. Dieses Steuergerät 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem eine Leiterplatte 14 aufgenommen ist, die mehrere über Leitbahnen und Durchkontaktierungen miteinander verschaltete elektronische und/oder elektrische Komponenten 16 trägt, welche zusammen eine elektronische Schaltung 18 bilden.
Das Gehäuse 12 ist aus einem im Wesentlichen ebenen beziehungsweise plattenförmigen unteren Gehäuseteil 20 und einem oberen, wannenförmigen Gehäuseteil 22 aufgebaut. Das untere Gehäuseteil 20 dient neben seiner primären Gehäusefunktion zugleich als ein Kühlkörper 24 zur Abfuhr der an den elektronischen und/oder elektrischen Komponenten 16 freiwerdenden Verlustwärme. Das obere Gehäuseteil 22 ist bevorzugt aus einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet, während das untere Gehäuseteil 20 aus einem möglichst gut wärmeleitfähigen metallischen Material besteht, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer und/oder einer anderen Metalllegierung.
Um den Wärmeübergang zwischen der Leiterplatte 14 und dem als Kühlkörper 24 dienenden untere Gehäuseteil 20 zu erleichtern, ist zwischen einer Unterseite 26 der Leiterplatte 14 und dem unteren Gehäuseteil 20 zumindest bereichsweise eine flächenhafte sowie einen geringen Wärmewiderstand aufweisende Zwischenschicht 28 angeordnet. Bei dieser Zwischenschicht 28 kann es sich um eine Klebeschicht, einen Wärmeleitkleber, eine dauerelastische Wärmeleitpaste, eine Acrylfolie, einen Acrylkleber, ein sogenanntes ”Gap-Pad” oder ein sogenanntes ”Gap-Filler” handeln.
Die Leiterplatte 14 ist in einer flachen, wannenförmigen Aussparung 30 im unteren Gehäuseteil 20 so aufgenommen, dass die Leiterplatte 14 zumindest gegenüber senkrecht zu ihrer Flächennormalen an den beiden Gehäuseteilen 20, 22 angreifenden mechanischen Kräften in der gezeigten Lage gesichert ist. Die äußere Umfangskontur der Aussparung 30 folgt hierbei im Wesentlichen der äußeren Umfangskontur der Leiterplatte 14.
Im Bereich eines umlaufenden Gehäuserandes 32 des oberen Gehäuseteils 22 ist innenliegend ein Vorsprung 34 mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie ausgebildet. Im geschlossenen Zustand des Gehäuses 12 gemäß 1 drückt der Vorsprung 34 auf die Oberseite der in der Aussparung 30 aufgenommenen Leiterplatte 14, so dass diese randseitig zwischen dem unteren Gehäuseteil 20 und dem Vorsprung 34 im oberen Gehäuseteil 22 mechanisch fest eingespannt sowie in Verbindung mit der Aussparung 30 im unteren Gehäuseteil 20 allseitig in der gezeigten Lage festgelegt ist. Die hierzu notwendige kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 ist bei der Ausführungsform des Steuergerätes 10 gemäß 1 durch mindestens einen Schnapphaken 36 konstruktiv realisiert, welcher am Gehäuserand 32 des oberen Gehäuseteils 22 einstückig an diesem ausgebildet ist und in dem in 1 gezeigten Zustand einen Gehäuserand 38 des unteren Gehäuseteils 20 zumindest abschnittweise formschlüssig umgreift. Dadurch, dass sich das obere Gehäuseteil 22 mittels des Schnapphakens 36 mit dem unteren Gehäuseteil 20 verrasten lässt, kann das elektrische Steuergerät 10 einfach, schnell und kostenoptimal montiert sowie gegebenenfalls wieder demontiert werden.
Im Bereich des Gehäuserandes 32 des oberen Gehäuseteils 22 ist ferner eine Nut 40 mit einer in etwa V-förmigen Querschnittsgeometrie vorhanden. Am unteren Gehäuseteil 22 ist ein umlaufender Vorsprung 42 mit einer zur Nut 40 korrespondierend ausgestalteten, ungefähr V-förmigen Querschnittsgeometrie angeordnet, wobei der Vorsprung 42 in die Richtung der Nut 40 gerichtet ist. In die Nut 40 ist zur Sicherstellung einer hermetischen Abdichtung des Gehäuses 12 gegen die Umgebung ein umlaufendes, strangförmiges Dichtelement 44 mit einer ebenfalls näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie eingelegt. Das Dichtelement 44 ist bevorzugt aus einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet, insbesondere mit einem Elastomer oder dergleichen. Dadurch, dass der Vorsprung 42 in die Nut 40 mit dem darin eingelegten Dichtelement 44 eingreift, ist zugleich eine präzise und selbsttätige Ausrichtung der beiden Gehäuseteile 20, 22 zueinander in horizontaler Richtung gewährleistet.
Zur elektrischen Verbindung des Steuergerätes 10 mit einer nicht dargestellten elektrischen Außenbeschaltung ist am oberen Gehäuseteil 22 ein bevorzugt in der Art einer Steckerwanne ausgebildeter Steckanschluss 46 mit zwei stiftförmigen Einpresskontakten 48, 50 stoffeinheitlich angeformt. Zwei Endspitzen 52, 54 der Einpresskontakte 48, 50 sind in dem hier gezeigten geschlossenen Zustand des Gehäuses 12 in die Leiterplatte 14 eingepresst und stellen somit die gewünschte elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektronischen Schaltung 18 und einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Außenbeschaltung her. Die Kontaktierung beziehungsweise der elektrische Anschluss der Außenbeschaltung erfolgt hierbei automatisch beim Aufrasten des oberen Gehäuseteils 22 auf das untere Gehäuseteil 20.
Um Kurzschlüsse im Bereich der Endspitzen 52, 54 der Einpresskontakte 48, 50 durch den elektrisch leitfähigen Kühlkörper 24 in Gestalt des untere Gehäuseteils 20 zu vermeiden, ist jeweils unterhalb der Endspitzen 52, 54 eine kleine Ausnehmung 56, 58 in das elektrisch leitfähige untere Gehäuseteil 20 beziehungsweise Kühlkörper 24 eingelassen. Die Endspitzen 52, 54 berühren daher das untere Gehäuseteil 20 nicht, obgleich diese in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 die Leiterplatte 14 durchdringen.
Darüber hinaus können unterhalb der Leiterplatte 14 optional Kavitäten 60 im unteren Gehäuseteil 20 vorhanden sein, so dass die Leiterplatte 14 nicht vollflächig auf dem als Kühlkörper 24 dienenden unteren Gehäuseteil 20 mit der Zwischenschicht 28 aufliegt. Die Kavitäten 60 können erforderlichenfalls unterhalb von elektronischen Komponenten 16 positioniert sein, welche eine vergleichsweise geringe Verlustwärme abgeben, oder bei einer doppelseitigen Bestückung der Leiterplatte 14 elektronische Bauteile aufnehmen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Steuergeräts 70. Das Gehäuse 12 dieses Steuergeräts 70 ist wiederum mit dem oberen Gehäuseteil 20 und dem unteren Gehäuseteil 22 aufgebaut, wobei das unteren Gehäuseteil 22 zugleich als Kühlkörper 24 wirkt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 ist ebenfalls eine Leiterplatte 14 einschließlich der Zwischenschicht 28 eingespannt, wobei die Leiterplatte 14 über die beiden Einpresskontakte 48, 50 des Steckanschlusses 46 mit der externen Außenbeschaltung elektrisch leitend verbunden ist. Die Abdichtung zwischen beiden Gehäuseteilen 20, 22 erfolgt auch bei diesem Ausführungsbeispiel mittels des schon beschriebenen strangförmigen Dichtelements 44. Durch den im Bereich des Gehäuserandes 32 innenseitig ausgebildeten umlaufenden Vorsprung 34 beziehungsweise Wulst ist die Leiterplatte 14 in dem in 2 gezeigten geschlossenen Zustand des Gehäuses 12 mechanisch fest zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 eingespannt.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform des Steuergerätes 10 gemäß 1 ist bei dem Steuergerät 70 gemäß 2 anstelle des Schnapphakens 36 im Bereich des Gehäuserandes 32 des oberen Gehäuseteils 22 mindestens ein separates Befestigungselement 72 vorgesehen, das hier exemplarisch als eine Schraube 74 realisiert ist. An Stelle der Schraube 74 kann auch ein Niet, ein Spreizdübel oder dergleichen Verwendung finden.
Zur Aufnahme der Schraube 74 ist am Gehäuserand 32 des oberen Gehäuseteils 22 ein horizontaler Flansch 76 mit einer durchgehenden Bohrung 78 einstückig angeformt. Die Bohrung 78 verläuft parallel zur Flächennormale der Leiterplatte 14. Der Flansch 76 verfügt über eine näherungsweise rechteckförmige Querschnittsgeometrie. Fluchtend zu der Bohrung 78 ist in den unteren Gehäuseteil 22 eine Gewindebohrung 80 eingebracht. Zur Herstellung der gewünschten kraftschlüssigen und gegebenenfalls leicht wieder lösbaren mechanischen Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 ist die Schraube 74 durch die Bohrung 78 im Flansch 76 des oberen Gehäuseteils 22 hindurch geführt und in die Gewindebohrung 80 des unteren Gehäuseteils 20 eingeschraubt. Anstelle der Gewindebohrung 80 im unteren Gehäuseteil 20 kann alternativ dazu auch unterseitig eine selbstsichernde Mutter oder dergleichen auf die Schraube 74 aufgeschraubt sein. Darüber hinaus ist es möglich, eine Mutter beziehungsweise eine Gewindebuchse anstelle der Gewindebohrung 80 in das untere Gehäuseteil 20 einzupressen. Hierdurch ist eine mechanisch hochbelastbare sowie vibrationsresistente Schraubverbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 geschaffen.
Abweichend von dem lediglich exemplarisch dargestellten einen Befestigungselement 72 kann eine Vielzahl von Befestigungselementen vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet im Bereich des Flansches 76 angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, die Rastverbindung beziehungsweise Schnapphakenverbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 gemäß der 1 mit der in 2 gezeigten Schraubverbindung der beiden Gehäuseteile 20, 22 zu kombinieren. Hieraus ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass die beiden Gehäuseteile 20, 22 im Zuge der Fertigung des Steuergerätes schnell miteinander verrastet und in ihrer Lage zueinander zunächst verlässlich gesichert sind, so dass weitere Fertigungsschritte, einschließlich der endgültigen mechanischen Verspannung der beiden Gehäuseteile 20, 22, mithilfe des Befestigungselements 72 unabhängig vom Verbindungsvorgang der Gehäuseteile 20, 22 erfolgen können.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes 90. Das Gehäuse 12 dieses Steuergeräts 90 ist ebenfalls aus zwei Gehäuseteilen 20, 22 aufgebaut, wobei das untere Gehäuseteil 20 zugleich als Kühlkörper 24 dient. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 ist eine Leiterplatte 14 eingespannt, in welche die beiden Einpresskontakte 48, 50 des Steckanschlusses 46 eingepresst sind. Infolge des zwischen beiden Gehäuseteilen 20, 22 fest eingespannten, umlaufenden Dichtelements 44 ist eine hermetisch dichte Einkapselung der Leiterplatte 14 gewährleistet. Die beiden Gehäuseteile 20, 22 sind wiederum mittels einer Schraubverbindung gemäß der zweiten Ausführungsform der 2 zusammengefügt, wobei die Schraube 74 als Befestigungselement 72 durch die Bohrung 78 des Flansches 76 des oberen Gehäuseteils 20 geführt und mit der Gewindebohrung 80 im unteren Gehäuseteil 20 verschraubt ist. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist bei dem elektrischen Steuergerät 90 gemäß 3 die Leiterplatte 14 zusätzlich mit drei Befestigungselementen 92 mechanisch fest mit dem unteren Gehäuseteil 20 verbunden, wobei diese Befestigungselemente 92 exemplarisch als Schrauben 94 ausgebildet sind. Anstelle der gezeigten Schrauben 94 können auch Nieten, Spreizdübel oder andere Befestigungselemente zum Einsatz kommen.
Da die Leiterplatte 14 hier durch die drei Schrauben 94 mit dem unteren Gehäuseteil 20 fest verschraubt ist, kann der im Fall der beiden ersten Ausführungsformen des Steuergerätes 90 innenseitig im Bereich des Gehäuserandes 32 des oberen Gehäuseteils 22 ausgebildete und hier nur mit einer punktierten Linie angedeutete, umlaufende V-förmige Vorsprung 34 zum Einspannen der Leiterplatte 14 zwischen den beiden Gehäuseteilen 20, 22 bei der dritten Ausführungsform des Steuergerätes 90 entfallen.
Bezugszeichenliste

10: Elektrisches Steuergerät (erste Ausführungsform)
12: Gehäuse
14: Leiterplatte
16: Elektronische Komponenten
18: Elektronische Schaltung
20: Unteres Gehäuseteil
22: Oberes Gehäuseteil
24: Kühlkörper
26: Unterseite der Leiterplatte
28: Zwischenschicht
30: Aussparung
32: Gehäuserand am oberen Gehäuseteil
34: Vorsprung am oberen Gehäuseteil
36: Schnapphaken
38: Gehäuserand des unteren Gehäuseteils
40: Nut im oberen Gehäuseteil
42: Vorsprung am unteren Gehäuseteil
44: Dichtelement
46: Steckanschluss
48: Einpresskontakt
50: Einpresskontakt
52: Endspitze
54: Endspitze
56: Erste Ausnehmung im unteren Gehäuseteil
58: Zweite Ausnehmung im unteren Gehäuseteil
60: Kavität im unteren Gehäuseteil
70: Elektrisches Steuergerät (zweite Ausführungsform)
72: Befestigungselemente
74: Schraube
76: Flansch am oberen Gehäuseteil
78: Bohrung im oberen Gehäuseteil
80: Gewindebohrung
90: Elektrisches Steuergerät (3. Ausführungsform)
92: Befestigungselemente
94: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007029913 A1 [0003]
DE 102006000958 A1 [0004]
EP 0902609 A1 [0005]

Claims

Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) mit einem Gehäuse (12) zur Aufnahme einer Leiterplatte (14), auf der eine elektronische Schaltung (18) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (14) zumindest bereichsweise an einem, ein unteres Gehäuseteil (20) bildenden metallischen Kühlkörper (24) anliegt und vollständig von einem oberen Gehäuseteil (22) abgedeckt ist, und bei dem die beiden Gehäuseteile (20, 22) mittels einer kraftschlüssigen Verbindung zusammengefügt sowie mittels eines umlaufenden Dichtelements (44) gegeneinander abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Gehäuseteil (22) mit einem Kunststoffmaterial gebildet ist, und dass das untere Gehäuseteil (20) einen integral daran ausgebildeten Steckanschluss (46) mit mindestens zwei Einpresskontakten (48, 50) zur elektrischen Anbindung der Leiterplatte (14) an eine elektrische Außenbeschaltung aufweist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses so ausgebildet ist, dass durch das Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (20, 22) die elektrische Kontaktierung der Leiterplatte (14) mittels der mindestens zwei Einpresskontakte (48, 50) selbsttätig erfolgt.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Unterseite (26) der Leiterplatte (14) und dem unteren Gehäuseteil (20) zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht (28) zur Verbesserung des Wärmeübergangs angeordnet ist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines am Gehäuseoberteil (22) ausgebildeten umlaufenden Gehäuserandes (32) zumindest abschnittsweise ein in den Innenraum des Gehäuses (12) ragender Vorsprung (34) ausgebildet ist, der nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile (20, 22) an der dem Gehäuseoberteil (22) zugewandten Seite der Leiterplatte (14) anliegt.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Gehäuseteil (20) im Bereich der mindestens zwei Einpresskontakte (48, 50) jeweils eine Ausnehmung (56, 58) aufweist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserand (32) des oberen Gehäuseteils (22) eine umlaufende Nut (40) mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie aufweist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Gehäuseteil (20) randseitig einen umlaufenden Vorsprung (42) mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie aufweist, welcher sich in Richtung zu der Nut (40) erstreckt.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Gehäuseteil (20) zur Aufnahme und zur Lagesicherung der Leiterplatte (14) gegenüber senkrecht zu deren Flächennormalen angreifenden Kräften eine wannenförmige Aussparung (30) geringer Tiefe aufweist, wobei die Tiefe dieser Aussparung (30) maximal der Dicke der Leiterplatte (14) entspricht.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (44) zwischen der Nut (40) des oberen Gehäuseteils (22) und dem Vorsprung (42) des unteren Gehäuseteils (20) angeordnet ist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (44) mit einem elastischen Kunststoffmaterial mit einer näherungsweise V-förmigen Querschnittsgeometrie gebildet ist.
Elektrisches Steuergerät (10, 70, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpresskontakte (48, 50) stiftförmig ausgebildet sind und jeweils eine in die Leiterplatte (14) einpressbare Endspitze (52, 54) aufweisen.
Elektrisches Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch mindestens einem integral am Gehäuserand (32) des oberen Gehäuseteils (22) ausgebildeten Schnappelement (36) gebildet ist, welches mit dem Gehäuseunterteil (20) verrastbar ist.
Elektrisches Steuergerät (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung durch mindestens ein Befestigungselement (72), wie eine Schraube (74) und/oder ein Niet, gebildet ist.
Elektrisches Steuergerät (90) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (14) mittels mindestens eines Befestigungselements (92), wie einer Schraube (94) und/oder einem Niet, mit dem unteren Gehäuseteil (20) verbunden ist.