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Die Erfindung betrifft eine Baueinheit, die ein Gehäuse und wenigstens ein in dem Gehäuse angeordnetes Elektronikbauteil aufweist.
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Oft werden Elektronikbauteile, insbesondere Steuerungs- oder Regelungsschaltungen, in Gehäusen angeordnet. Auch bei Fahrzeugen werden Elektronikbauteile zum Schutz vor Verschmutzung und Beschädigung in zumeist separaten Gehäusen angeordnet. So ist beispielsweise aus
DE 10 2010 037 226 A1 ein Steuerungs- und Sensormodul für einen Aktuator, insbesondere für den Aktuator einer Fahrzeuglenkung, bekannt, das ein eigenes Gehäuse aufweist. Eine Besonderheit ist bei dieser Ausführung, dass das Gehäuse des Steuerungs- und Sensormoduls einen Deckel für das Gehäuse des Aktuators bildet. Auch kommt es vor, dass Elektronikbauteile gemeinsam mit anderen Funktionsbauteilen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden.
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Gehäuse für Elektronikbauteile werden, insbesondere bei Fahrzeugen, zumeist derart angeordnet, dass weitgehend keine Kräfte auf das Gehäuse wirken. Insbesondere wird vermieden, dass das Gehäuse durch äußere Kräfte wesentlich verformt wird, um zu verhindern, dass die darin angeordneten Elektronikbauteile beschädigt werden. Ganz besonders bei Elektronikbauteilen, die eine Platine aufweisen, könnte es bei einer Verformung des Gehäuses zu einem Verbiegen oder gar einem Bruch der Platine kommen. Beides führt zumeist zu einem teilweisen oder vollständigen Ausfall des Elektronikbauteils.
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Oftmals werden Elektronikbauteile innerhalb des Gehäuses unmittelbar an der Wandung befestigt, wenn durch das Elektronikbauteil Wärme erzeugt wird, die über das Gehäuse nach außen abgeführt werden soll. Insbesondere derartige Ausführungen sind empfindlich gegen die Einwirkung äußerer, das Gehäuse verformende Kräfte.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baueinheit mit einem Gehäuse für wenigstens ein Elektronikbauteil anzugeben, bei dem die Gefahr einer Beschädigung des Elektronikbauteils bei Einwirkung von äußeren Kräften vermieden ist, wobei dennoch ein Abfluss der von dem Elektronikbauteil erzeugten Abwärme ermöglicht ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Baueinheit gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Elektronikbauteil beweglich an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist und mit dem Gehäuse in wärmeleitendem Kontakt steht.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein in dem Gehäuse angeordnetes Elektronikbauteil zum Einen durch die bewegliche Befestigung von einer Verformung des Gehäuses entkoppelt und dadurch besonders gut gegen eine eigene Verformung geschützt ist und zum Anderen gleichzeitig dennoch die Abwärme des Elektronikbauteils in das Gehäuse abgeführt werden kann.
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Insbesondere kann das Gehäuse der erfindungsgemäßen Baueinheit neben seiner Aufgabe, wenigstens ein Elektronikbauteil einzuhausen, zusätzliche Funktionen übernehmen. Insbesondere kann das Gehäuse in ganz besonders vorteilhafter Weise als Tragelement für eine Tragstruktur, insbesondere eine Fahrzeugachse und/oder ein, insbesondere aktives, Fahrwerk, ausgebildet sein.
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Das Elektronikbauteil kann insbesondere eine Platine aufweisen, die mehrere elektronische Bauelemente trägt. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Elektronikbauteil einen, insbesondere plattenförmigen, Keramikträger aufweist und/oder dass das Elektronikbauteil einen, insbesondere plattenförmigen, Keramikträger aufweist, der mehrere elektronische Bauelemente trägt.
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Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, dass die verwendeten Platinen bzw. Keramikträger sehr dünn ausgebildet sein können, weil sie keinen äußeren Kräften standhalten müssen. Insoweit ist auch die Fertigung des Elektronikbauteils einfacher, weil dünnere Platinen bzw. Keramikträger einfacher, insbesondere auch automatisch, bestückt werden können.
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Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Elektronikbauteil mit Wärmeleitpaste, insbesondere unmittelbar, an die Innenseite des Gehäuses geklebt. Beispielsweise kann die der Seite, die elektronische Bauelemente trägt, abgewandte Rückseite einer Platine oder eines Keramikträgers des Elektronikbauteils, insbesondere unmittelbar, mit Wärmeleitpaste an die Innenseite des Gehäuses geklebt sein. Durch die elastischen Eigenschaften der Wärmeleitpaste ist eine mechanische Entkopplung des Elektronikbauteils von etwaigen Verformungen des Gehäuses erreicht. Vorzugsweise ist die zum Kleben verwendete Wärmeleitpaste dauerelastisch ausgebildet, so dass dauerhaft eine mechanische Entkopplung des Elektronikbauteils von dem Gehäuse gewährleistet ist.
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Vorteilhaft ist eine Schichtdicke an Wärmeleitpaste, die größer, insbesondere wenigstens doppelt, insbesondere dreimal, so dick ist, wie die zu erwartende Verformung des Gehäuses im Bereich des Elektronikbauteils. Insbesondere bei einer Anwendung, bei der das Gehäuse als Tragstruktur eines Fahrwerks dient sind zumeist Schichtdicken im Bereich von 0,1 mm bis 3 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 mm 0,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm ausreichend, um die zu erwartenden Verformungen des Gehäuses auszugleichen.
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Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Elektronikbauteil ausschließlich durch eine Klebung mit Wärmeleitpaste an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist.
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Alternativ ist das Elektronikbauteil bei einer anderen Ausführung auf eine wärmeleitende Zwischenplatte, insbesondere eine Kupferplatte oder eine Aluminiumplatte, montiert, wobei die Zwischenplatte, insbesondere unmittelbar, mit Wärmeleitpaste an die Innenseite des Gehäuses geklebt ist. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass das Elektronikbauteil auf eine wärmeleitende Zwischenplatte, insbesondere eine Kupferplatte oder eine Aluminiumplatte, montiert ist und die Zwischenplatte ausschließlich durch eine Klebung mit Wärmeleitpaste an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist.
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Für den Fall, dass eine Klebung die einzige Befestigung darstellt, kann eine Auffangvorrichtung vorhanden sein, die das wenigstens eine Elektronikbauteil fängt und in einer Auffangposition hält, falls sich die Klebung lösen sollte. Auf diese Weise ist vermieden, dass das Elektronikbauteil bei einem ungewollten Lösen der Klebung unkontrolliert in dem Gehäuse herum fällt.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Befestigung durch Kleben kann eine Haltevorrichtung vorhanden sein, die das Elektronikbauteil beweglich an der Innenseite des Gehäuses hält.
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Die Haltevorrichtung kann beispielsweise wenigstens ein Federelement und/oder eine Federzunge und/oder einen, insbesondere federnd gelagerten, Halterahmen aufweisen. Insbesondere kann die Haltevorrichtung wenigstens eine Clipsverbindung aufweisen.
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Es ist auch möglich, dass die Haltevorrichtung einen oder mehrere Bolzen aufweist, die einerseits an dem Gehäuse befestigt sind und an den andererseits das Elektronikbauteil schwimmend gelagert ist. Beispielsweise können die Bolzen in Langlöcher des Elektronikbauteils eingreifen. Alternativ oder Zusätzlich kann die Haltevorrichtung auch wenigstens einen elastischen Bolzen aufweisen, der einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem Elektronikbauteil befestigt ist.
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Insbesondere alternativ oder zusätzlich zu einer thermischen Ankopplung des Elektronikbauteils an das Gehäuse mit Wärmeleitpaste kann vorgesehen sein, dass das Elektronikbauteil über ein elastisches Wärmeleitpad, insbesondere unmittelbar, mit der Innenseite des Gehäuses in wärmeleitendem Kontakt steht. Insbesondere bei einer solchen Ausführung bietet sich die Verwendung einer Haltevorrichtung an, die das Elektronikbauteil beweglich an der Innenseite des Gehäuses in einer Sollposition hält.
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Vorzugsweise ist der Wärmewiderstand von dem Elektronikbauteil zu dem Gehäuse so klein, dass die Temperatur im Gehäuseinneren und/oder die Temperatur des Elektronikbauteils eine vorgegebene oder vorgebbare Temperatur nicht überschreitet. Die nicht zu überschreitende Temperatur liegt vorzugsweise deutlich unter der Temperatur, bei der temperaturbedingte Schäden an dem Elektronikbauteil auftreten. Insbesondere liegt die nicht zu überschreitende Temperatur unter 100 Grad Celsius, insbesondere bei 70 Grad Celsius, ganz insbesondere bei 50 Grad Celsius.
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Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die von dem Elektronikbauteil erzeugte Wärme stets vollständig abtransportiert wird, so dass es nicht zu einer Überhitzung des Elektronikbauteils oder anderer Bauteile innerhalb des Gehäuses kommen kann. Vorzugsweise ist das Gehäuse selbst aus einem Wärmeleitenden Material gefertigt und derart ausgebildet, dass das Gehäuse die nach außen transportierte Wärme an die Umgebung abgeben, beispielsweise abstrahlen oder an andere Bauteile ableiten, kann.
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Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Elektronikbauteil, insbesondere zusammen mit weiteren Elektronikbauteilen, an einem Deckel des Gehäuses befestigt. Eine Befestigung an der Innenseite eines Deckels hat den besonderen Vorteil, dass das Elektronikbauteil besonders einfach dort montiert werden kann und später jederzeit leicht und unverdeckt zugänglich ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Elektronikbauteil nicht an einem Deckel des Gehäuses, sondern in einem Gehäusegrundkörper beweglich befestigt ist. Es ist insbesondere auch möglich, dass ein erstes Elektronikbauteil an einem Deckel des Gehäuses und ein weiteres Elektronikbauteil sondern in einem Gehäusegrundkörper beweglich befestigt sind.
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Es ist auch möglich, dass mehrere Elektronikbauteile, insbesondere jeweils mit einer Platine oder einem Keramikträger, nebeneinander und/oder in mehreren Ebenen übereinander an der Innenseite des Gehäuses angeordnet sind. Es ist auch möglich, mehrere Elektronikbauteile überlappend in mehreren Ebenen anzuordnen.
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Wie bereits erwähnt kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse neben seiner Funktion, das Elektronikbauteil einzuhausen, eine zusätzliche Funktion haben kann. Beispielsweise kann das Gehäuse ein Aktuatorgehäuse sein und/oder dass kann das Gehäuse wenigstens einen Getriebeaktuator beinhalten und/oder kann dass das Gehäuse einen Elektromotor beinhalten und/oder dass kann das Gehäuse ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, beinhalten.
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Bei einer besondern Ausführung sind außen an dem Gehäuse ein Getriebeaktuator und/oder ein Elektromotor und/oder ein Getriebe befestigt ist. Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse mehrere Kammern aufweist. Hierbei kann eine erste Kammer beispielsweise das Elektronikbauteil beinhalten, während eine andere Kammer andere Funktionseinheiten, wie beispielsweise einen Getriebeaktuator und/oder einen Elektromotor und/oder ein Getriebe, beinhalten kann.
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Insbesondere kann das Gehäuse als Tragelement eine tragende Funktion beispielsweise innerhalb einer Tragstruktur erfüllen. Beispielsweise kann das Gehäuse dazu ausgebildet sein, Kräfte und/oder Drehmomente aufzunehmen und/oder weiter zu leiten.
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Das Gehäuse kann beispielsweise als Tragelement, insbesondere als Stabilisator und/oder als Querstabilisator, für eine Tragstruktur, insbesondere eine Fahrzeugachse und/oder ein Fahrwerk und/oder ein Kraftfahrzeugfahrwerk und/oder einen Fahrzeugrahmen und/oder ein Karosserieteil, ausgebildet und bestimmt sein.
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Das Elektronikbauteil kann beispielsweise als Steuerung für einen Getriebeaktuator ausgebildet sein oder Teil der Steuerung eines Getriebeaktuators sein. Es ist auch möglich, dass das Elektronikbauteil als Steuerung für ein aktives Fahrwerk ausgebildet ist oder Teil der Steuerung eines aktiven Fahrwerks ist. Bei einer besonderen Ausführung ist das Elektronikbauteil als Steuerung für ein Kraftfahrzeug ausgebildet oder ist Teil der Steuerung eines Kraftfahrzeugs.
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Um einen guten Wärmetransport zu erreichen ist das Gehäuse bei einer besonderen Ausführung als Kühlbauteil ausgebildet ist und/oder fungiert als Kühlbauteil. Insbesondere kann das Gehäuse vorteilhaft, wenigstens teilweise, aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem Metall, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, oder einer Metalllegierung gebildet sein.
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Von besonderem Vorteil ist eine Tragstruktur, die eine erfindungsgemäße Baueinheit aufweist. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Tragstruktur eine Fahrzeugkomponente bildet oder als Teil einer Fahrzeugkomponente ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Tragstruktur als Teil eines Fahrwerks ausgebildet ist und/oder dass die Tragstruktur als Teil eines aktiven Fahrwerks ausgebildet ist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Tragstruktur als Teil eines radselektiven, aktiven Fahrwerks, ausgebildet ist und/oder dass die Tragstruktur als Teil einer Fahrzeugachse ausgebildet ist und/oder dass die Tragstruktur als Teil einer Kraftfahrzeug-Fahrzeugachse ausgebildet ist.
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Insbesondere kann die Tragstruktur als Querstabilisator ausgebildet sein. Ein Fahrwerk, das eine erfindungsgemäße Baueinheit aufweist, hat den ganz besonderen Vorteil, dass außer Leitungen für die elektrische Stromversorgung allenfalls wenige Signalleitungen zu dem Fahrwerk verlegt werden müssen, weil die wesentlichen Steuerungs- und Regelvorgänge vor Ort, also innerhalb des Fahrwerks, vorgenommen werden können. Insoweit ist ein solches Fahrwerk nicht nur fast autark, sondern auch besonders unanfällig gegen Beschädigungen und Verschmutzungen.
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Von besonderem Vorteil ist insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrwerk und/oder mit einer erfindungsgemäßen Baueinheit.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Baueinheit, die ein Gehäuse 1 aufweist. Das Gehäuse 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäusegrundkörper 2 und einem Deckel 3, mit dem der Gehäusegrundkörper 2 vollständig verschließbar ist. An der Innenseite des Deckels 3 sind (in den 1 bis 3 nicht sichtbar) ein erstes Elektronikbauteil 4, ein zweites Elektronikbauteil 5 und ein drittes Elektronikbauteil 6 jeweils beweglich befestigt ist. Diese Elektronikbauteile 4, 5, 6 stehen mit dem Deckel 3 des Gehäuses 1 in wärmeleitendem Kontakt. Die Anordnung und mögliche Arten für die Befestigung der Elektronikbauteile 4 sind in den 4 bis 7 dargestellt.
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Das erste Elektronikbauteil 4 weist einen plattenförmigen Keramikträger 8 auf, der mehrere erste elektronische Bauelemente 11 trägt. Das zweite Elektronikbauteil 5 weist eine Platine 9 auf, der ebenfalls mehrere zweite elektronische Bauelemente 12 trägt. Das dritte Elektronikbauteil 6 weist einen zweiten plattenförmigen Keramikträger 10 auf, der mehrere dritte elektronische Bauelemente 13 trägt.
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Das Gehäuse 1 ist als Tragelement ausgebildet und kann eine tragende Funktion beispielsweise innerhalb einer Tragstruktur erfüllen. Beispielsweise kann das Gehäuse 1 dazu ausgebildet sein, Kräfte, insbesondere Quer- und/oder Biege- und/oder Torsionskräfte, aufzunehmen und/oder weiter zu leiten. Zur Ankopplung des Gehäuses 1 an andere Bauelemente, wie beispielsweise einerseits eine Fahrzeugkarosserie und andererseits eine Radaufhängung, weist diese Befestigungselemente 7 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass in den Figuren ein mögliches Ausführungsbeispiel ganz schematisch dargestellt ist, insbesondere um wesentliche Prinzipien der Erfindung zu erläutern, und dass die Form des Gehäuses 1 und/oder die Art der mechanischen Ankopplung an andere Bauteile je nach Anwendungsfall auch anders ausgeführt sein kann.
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2 zeigt schematisch, welche Kräfte beispielsweise auf das Gehäuse 1 einwirken können. Beispielsweise kann es durch eine Krafteinwirkung von außen auf das Gehäuse 1 dazu kommen, dass der die Elektronikbauteile 4, 5, 6 tragende Deckel 3 verformt wird, wie es exemplarisch in 3 dargestellt ist.
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Aufgrund der beweglichen Befestigung der Elektronikbauteile 4, 5, 6 an der Innenseite des Deckels 3 überträgt sich eine Verformung des Deckels 3 nicht auf die Elektronikbauteile 4, 5, 6, so dass weder die Keramikträger 8, 10, noch die Platine 9 verformt werden. Durch den wärmeleitenden Kontakt der Elektronikbauteile 4, 5, 6 kann die von diesen erzeugte Abwärme in den Deckel 3 abgeleitet werden und von diesem in weitere Bauteile geleitet oder in die Umgebung abgestrahlt werden.
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5 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch den in 4 dargestellten Deckel 3 und dass daran befestigte zweite Elektronikbauteil 5, wobei die elektronischen Bauelemente 12 der besseren Übersichtlichkeit halber in 5 nicht dargestellt sind.
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Die Platine 9 ist fest auf eine wärmeleitende Zwischenplatte 14, die insbesondere als Kupferplatte oder Aluminiumplatte ausgeführt sein kann, montiert. Hierbei stehen die Platine 9 und die wärmeleitende Zwischenplatte 14 in wärmeleitendem Kontakt. Die Zwischenplatte 14 ist ihrerseits auf ihrer, der Platine 9 abgewandten Seite mit Wärmeleitpaste 15 unmittelbar an den Deckel 3 geklebt. Durch die elastischen Eigenschaften der Wärmeleitpaste ist eine mechanische Entkopplung des Elektronikbauteils 5 von etwaigen Verformungen des Deckels 3 erreicht.
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Eine Auffangvorrichtung 16 in Form eines umlaufenden Rahmens 17 vorhanden, die das wenigstens eine Elektronikbauteil 5 fängt und in einer Auffangposition hält, falls sich die Wärmeleitpaste-Klebung lösen sollte. Auf diese Weise ist vermieden, dass das Elektronikbauteil 5 bei einem ungewollten Lösen der Klebung unkontrolliert in dem Gehäuse 1 herum fällt. Der Rahmen 16 ist fest an dem Deckel 3 befestigt und ist von dem Elektronikbauteil 5 vollständig beabstandet, solange die Wärmeleitpaste-Klebung in Takt ist.
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6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Platine 9 samt der Zwischenplatte 14 ebenfalls mit Wärmeleitpaste 15 an die Innenseite des Deckels 3 geklebt ist. Zusätzlich ist eine Haltevorrichtung 19 vorhanden, die das Elektronikbauteil 5 beweglich in seiner Sollposition hält. Die Haltevorrichtung 19 weist elastische Federzungen 18 auf, die an der Platine 9 anliegen und die die Platine 9 gegen den Deckel 3 drücken. Durch die Elastizität der Federzungen 18 ist vermieden, dass Kräfte von dem Deckel 3 auf die Platine 9 übertragen werden, die die Platine 9 wesentlich verformen könnten.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Platine 9 samt der Zwischenplatte 14 ausschließlich durch eine Haltevorrichtung 19, die elastische Federzungen 18 aufweist, in ihrer Sollposition gehalten ist. Zur wärmeleitenden Ankopplung des Elektronikbauteils 4 an den Deckel 3 ist zwischen der Zwischenplatte 14 und dem Deckel 3 ein Wärmeleitpad 20 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusegrundkörper
- 3
- Deckel
- 4
- Erstes Elektronikbauteil
- 5
- Zweites Elektronikbauteil
- 6
- Drittes Elektronikbauteil
- 7
- Befestigungselemente
- 8
- einen plattenförmiger Keramikträger
- 9
- Platine
- 10
- zweiter plattenförmiger Keramikträger
- 11
- erste elektronische Bauelemente
- 12
- zweite elektronische Bauelemente
- 13
- dritte elektronische Bauelemente
- 14
- Zwischenplatte
- 15
- Wärmeleitpaste
- 16
- Auffangvorrichtung
- 17
- Rahmen
- 18
- Federzungen
- 19
- Haltevorrichtung
- 20
- Wärmeleitpad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010037226 A1 [0002]
