DE102013107563A1

DE102013107563A1 - Zündgerät für Ottomotoren

Info

Publication number: DE102013107563A1
Application number: DE102013107563.0A
Authority: DE
Inventors: Johann Weissenbacher; Matthias Krause; Siegmund Oberer
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: DE102013107563B4; US9518553B2; CN103632822A; US20140053819A1; CN103632822B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zündgerät für einen Ottomotor, mit einer Zündspule (2), einer Leiterplatte (3), die eine Steuerschaltung mit einem Leistungstransistor (5) trägt, einem Kunststoffgehäuse (1), in dem die Zündspule (2) und die Leiterplatte (3) angeordnet sind, und einem Wärmeableitungselement (7), das durch eine Wand des Kunststoffgehäuses (1) hindurchragt, wobei die Leiterplatte (3) trägt einen Kühlkörper (6) trägt, der mit dem Wärmeableitungselement (7) zu einer Wärmebrücke zusammengesteckt ist, die Verlustwärme der Steuerschaltung aus dem Kunststoffgehäuse (1) heraus ableitet. Entweder klemmt der Kühlkörper (6) das Wärmeableitungselement (7) zwischen zwei Schenkeln oder das Wärmeableitungselement (7) den Kühlkörper zwischen zwei Schenkeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündgerät für einen Ottomotor.
Mit derartigen Zündgeräten kann aus einer Bordnetzspannung einer Fahrzeugbatterie eine Hochspannung für eine Zündkerze erzeugt werden. Die Zündspule eines solchen Zündgeräts arbeitet dabei nach dem Prinzip eines Transformators, hat also eine Primärwicklung, die von einer Fahrzeugbatterie gespeist wird, und eine Sekundärwicklung, die an eine Zündkerze angeschlossen wird. Verlustwärme durch die an der Spannungstransformation beteiligten Ströme und Magnetfelder führt zu einer erheblichen Temperaturbelastung von Zündgeräten. Zudem entsteht auch in der Steuerschaltung des Zündgeräts eine erhebliche Verlustwärme, beispielsweise durch Leistungstransistoren, die zum Schalten der Ströme eingesetzt werden.
Damit die Steuerschaltung eines Zündgeräts einwandfrei funktionieren kann, muss diese gekühlt werden, bzw. die von der Steuerschaltung erzeugte Verlustwärme aus dem Gehäuse des Zündgeräts heraus abgeleitet werden. Aus der DE 10 2010 007 007 A1 ist es bekannt, zu diesem Zweck an Leistungstransistoren der Steuerschaltung ein metallisches Wärmeableitungselement zu befestigen, das aus dem Gehäuse herausragt und mit einem Flansch an einem Motorblock befestigt wird, sodass das Kühlmittel des Motors auch das Wärmeableitungselement kühlen kann.
Aus der DE 37 12 235 A1 ist ein Steuergerät bekannt, das ein mehrteiliges Gehäuse aufweist, in dem eine Leiterplatte angeordnet ist, deren Bauteile von Kühlkörpern gekühlt werden, die durch Schrauben mit einer metallischen Gehäusewand verbunden sind, die Kühlrippen aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie sich mit geringerem Fertigungsaufwand eine ausreichende Kühlung der Steuerschaltung eines Zündgeräts für einen Ottomotor erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Zündgerät mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Statt eines einstückigen Wärmeableitungselements, das einen Leistungstransistor trägt und aus dem Kunststoffgehäuse des Zündgeräts herausführt, ist bei einem erfindungsgemäßen Zündgerät ein Kühlkörper vorgesehen, der mit einem durch eine Gehäusewand des Zündgeräts hindurchragenden Wärmeableitungselement zu einer Wärmebrücke zusammengesteckt ist. Diese Wärmebrücke leitet Verlustwärme der Steuerschaltung aus dem Gehäuse des Zündgeräts heraus. Das Zusammenstecken von zwei Bauteilen zur Wärmeableitung ermöglicht eine wesentlich einfache Fertigung als die Herstellung von einem einzigen Bauteil, das an einem Leistungstransistor angebracht und aus dem Gehäuse herausgeführt wird, wie dies aus der DE 10 2010 007 007 A1 bekannt ist.
Kühlkörper und Wärmeableitungselement sind bei einem erfindungsgemäßen Zündgerät durch eine flächige Klemmung mit einander verbunden. Auf diese Weise wird ein guter Wärmekontakt zwischen Kühlkörper und Wärmeableitungselement erreicht. Dabei kann der Kühlkörper zwei Schenkel aufweisen, zwischen denen das Wärmeableitungselement eingeklemmt ist, oder das Wärmeableitungselement zwei Schenkel, zwischen denen der Kühlkörper eingeklemmt ist.
Die Schenkel können von einem gebogenen Metallstreifen gebildet werden. Die Schenkel können aber beispielsweise auch die Seitenwände der Nut einer Nut und Feder Verbindung sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkörper auf eine Metallfläche der Leiterplatte gelötet ist. Es ist zwar auch möglich, den Kühlkörper auf dem Leistungstransistor oder einem anderem Bauelement der Steuerschaltung anzubringen, jedoch lässt sich die Fertigung erheblich vereinfachen, wenn der Kühlkörper auf eine Metallfläche der Leiterplatte gelötet wird. Der Kühlkörper kann dann nämlich ebenso wie andere Schaltungselemente auf die Leiterplatte gelötet werden, beispielsweise als SMD (surface mounted device). Auf diese Weise wird die Metallfläche der Leiterplatte selbst zum Ableiten von Verlustwärme an den Kühlkörper genutzt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkörper eine U-förmig gebogene Lasche mit zwei Schenkeln ist, die zwischen ihren beiden Schenkeln das Wärmeableitungselement hält. Einer dieser beiden Schenkel ist der Leiterplatte zugewandt, beispielsweise mit ihr oder einem Leistungstransistor verlötet. Der andere Schenkel ist von der Leiterplatte abgewandt. Eine solche Lasche kann kostengünstig aus Blech hergestellt werden. Die Form einer U-förmig gebogenen Lasche hat dabei den Vorteil, dass einer der beiden Schenkel mit einer großen Fläche Verlustwärme aufnehmen kann, beispielsweise indem der Schenkel auf eine Metallfläche der Leiterplatte oder den Leistungstransistor der Steuerschaltung gelötet ist. Die U-förmig gebogene Lasche ermöglicht zudem in einfacher Weise eine Steckverbindung mit dem Wärmeableitungselement. Ein Fortsatz, beispielsweise ein Blechstreifen des Wärmeableitungselements, kann zwischen die beiden Schenkel gesteckt und dort klemmend gehalten werden. Auf diese Weise ergibt sich ein guter flächiger Kontakt zwischen dem Kühlkörper und dem Wärmeableitungselement. Der Kühlkörper kann somit Wärme gut an das Wärmeableitungselement abgeben, das die Verlustwärme dann aus dem Gehäuse herausleitet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Leistungstransistor mit einem weiteren Kühlkörper gekoppelt ist. Der weitere Kühlkörper ist bevorzugt vollständig in dem Kunststoffgehäuse angeordnet und kann Verlustwärme des Leistungstransistors an eine Wand des Kunststoffgehäuses abgeben, beispielsweise mit einem Blechabschnitt, der an einer Wand anliegt oder sich entlang einer Wand des Kunststoffgehäuses erstreckt. Der weitere Kühlkörper kann direkt an dem Leistungstransistor angebracht sein. Bevorzugt ist der weitere Kühlkörper aber an der Leiterplatte angebracht, beispielsweise auf die Leiterplatte aufgelötet und/oder mit Fortsätzen in Öffnungen der Leiterplatte gesteckt. Besonders vorteilhaft ist es, die Leiterplatte zwischen dem Leistungstransistor und dem weiteren Kühlkörper anzuordnen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Zündgeräts mit geöffnetem Gehäuse ohne Verguss;
2 ein Detail einer Schnittansicht zu 1; und
3 die Leiterplatte des Zündgeräts mit Steuerschaltung, Kühlkörper und Wärmeableitungselement.
Das in den Figuren dargestellte Zündgerät hat ein Kunststoffgehäuse 1, in dem eine Zündspule 2 mit Primär und Sekundärwicklungen sowie eine Leiterplatte 3, die eine Steuerschaltung trägt, angeordnet sind. Das Kunststoffgehäuse 1 weist einen Steckverbinder 4 zum Anschließen des Zündgeräts an das Bordnetz eines Fahrzeugs auf.
Die Steuerschaltung enthält einen Leistungstransistor 5 und erzeugt deshalb im Betrieb eine erhebliche Verlustwärme. Um diese abzuführen, ist auf eine Metallfläche, in der Regel eine Kupferfläche, der Leiterplatte 1 ein Kühlkörper 6 aufgelötet, beispielsweise in SMD-Technik. Der Kühlkörper 6 ist mit einem Wärmeableitungselement 7 zusammengesteckt, das durch eine Wand des Kunststoffgehäuses 1 hindurchragt. Kühlkörper 6 und Wärmeableitungselement 7 bilden zusammen eine Wärmebrücke, die Verlustwärme der Steuerschaltung aus dem Kunststoffgehäuse 1 heraus ableitet. Abwärme der Steuerschaltung, insbesondere des Leistungstransistors 5 fließt also zunächst über die Kupferfläche der Leiterplatte 3 zu dem Kühlkörper 6 und von dort über das Wärmeableitungselement 7 aus dem Gehäuse 1 heraus.
Das Wärmeableitungselement 7 kann in eine Wand des Kunststoffgehäuses 1 eingebettet sein, beispielsweise indem das Kunststoffgehäuse 1 durch Spritzgießen hergestellt wurde und das Wärmeableitungselement 7 dabei mit Kunststoff umspritzt wurde. Das Wärmeableitungselement 7 ist zur Befestigung an einem Motorblock eines Fahrzeugs vorgesehen. Das Wärmeableitungselement 7 kann dazu fest und großflächig mit einer Buchse 10 verbunden sein. Möglich ist auch, dass das Wärmeableitungselement 7 eine Öse oder Buchse 10 ausbildet. Mit dieser Öse oder Buchse 10 kann es auf einen dafür vorgesehenen Zapfen eines Motorsblocks gesteckt und somit von durch den Motorblock strömendem Kühlmittel gekühlt werden.
Der auf die Metallfläche der Leiterplatte 3 gelötete Kühlkörper 6 ist eine U-förmig gebogene Lasche, die zwei Schenkel aufweist. Einer dieser Schenkel ist mit der Metallfläche der Leiterplatte 3 verlötet. Der andere, von der Leiterplatte 3 abwandte Schenkel kann einen aufgestellten Endabschnitt 6a aufweisen, um das Einstecken eines Abschnitts 7a des Wärmeableitungselements 7 zu erleichtern. Das Wärmeableitungselement 7 kann beispielsweise einen stift- oder streifenförmigen Abschnitt 7a aufweisen, der zwischen den beiden Schenkeln des Kühlkörpers 6 geklemmt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der von der Leiterplatte 3 abgewandte Schenkel des Kühlkörpers 6 einen Vorsprung 6b auf, der dem anderen Schenkel zugewandt ist und das Einklemmen des Wärmeableitungselements 7 erleichtert. Der Kühlkörper 6 ist bevorzugt auf derselben Seite der Leiterplatte 3 wie der Leitungstransistor 5 angeordnet, kann aber auch auf der gegenüberliegenden Seite sein.
Sowohl das Wärmeableitungselement 7 als auch der Kühlkörper 6 können kostengünstig aus Blech hergestellt werden.
Der Leistungstransistor 5 der Steuerschaltung kann zusätzlich mit einem Kühlkörper 8 gekoppelt sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Leistungstransistor 5 über Wärmeleitungspfade 9 mit dem Kühlkörper 8 gekoppelt, der in dem Kunststoffgehäuse 1 auf der von dem Leistungstransistor 5 abgewandten Seite der Leiterplatte 3 angeordnet ist. Ein zusätzlicher Kühlkörper 8 kann aber auch an anderer Stelle in dem Kunststoffgehäuse 1 angeordnet werden.
Der Kühlkörper 8 hat bevorzugt einen Blechabschnitt, der eine an einer Wand des Kunststoffgehäuses 1 anliegende Kühlfläche bildet. Beispielsweise kann der Blechabschnitt federnd an der Gehäusewand anliegen oder sich zumindest an der Gehäusewand entlang erstrecken, indem er über einen gebogenen Abschnitt an der Leiterplatte 3 befestigt ist. Der Kühlkörper 8 kann kostengünstig als ein Blechteil hergestellt sein, das mit Fortsätzen in der Leiterplatte 3 steckt und auf diese Weise thermisch an den Leistungstransistor 5 angekoppelt ist.
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

DE 102010007007 A1 [0003, 0007]
DE 3712235 A1 [0004]

Claims

Zündgerät für einen Ottomotor, mit einer Zündspule (2), einer Leiterplatte (3), die eine Steuerschaltung mit einem Leistungstransistor (5) trägt, einem Kunststoffgehäuse (1), in dem die Zündspule (2) und die Leiterplatte (3) angeordnet sind, und einem Wärmeableitungselement (7), das durch eine Wand des Kunststoffgehäuses (1) hindurchragt, wobei die Leiterplatte (3) einen Kühlkörper (6) trägt, der mit dem Wärmeableitungselement (7) zu einer Wärmebrücke zusammengesteckt ist, die Verlustwärme der Steuerschaltung aus dem Kunststoffgehäuse (1) heraus ableitet, und entweder der Kühlkörper (6) zwischen zwei Schenkeln des Wärmeableitungselements (7) oder das Wärmeableitungselement (7) zwischen zwei Schenkeln des Kühlkörpers (6) eingeklemmt ist.
Zündgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) auf eine Metallfläche der Leiterplatte (3) gelötet ist.
Zündgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) auf derselben Seite der Leiterplatte (3) wie der Leistungstransistor angeordnet ist.
Zündgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitungselement (7) eine elektrische Verbindung der Steuerschaltung zur Fahrzeugmasse bewirkt.
Zündgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) eine U-förmig gebogene Lasche mit zwei Schenkeln ist, die zwischen ihren beiden Schenkeln das Wärmeableitungselement (7) klemmt.
Zündgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Leiterplatte (3) abgewandte Schenkel an seinem freien Ende einen aufgestellten Endabschnitt (6a) aufweist.
Zündgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Leiterplatte (3) abgewandte Schenkel einen nach innen stehende niederohmige Kontaktierhilfe aufweist, die einen dem anderen Schenkel zugewandeten Vorsprung (6b) bildet.
Zündgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Leiterplatte (3) abgewandte Schenkel einen Knick aufweist, der einen dem anderen Schenkel zugewandeten Vorsprung (6b) bildet.
Zündgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitungselement (7) eine Öse zum Befestigen des Zündgeräts an einem Motorblock aufweist.
Zündgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) und das Wärmeableitungselement (7) aus Blech sind.