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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Steuergerät kann eine Vielzahl elektronischer Module aufweisen und wird überwiegend beispielsweise an Orten im Kraftfahrzeug, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist, eingebaut, an welchen etwas gesteuert und/oder geregelt werden soll. So wird das Steuergerät eines Kraftfahrzeugs für eine Vielzahl elektronischer Bereiche eingesetzt. Dabei kann es sich bei dem Steuergerät um ein eingebettetes System handeln. Im Stand der Technik wird ein Steuergerät im Kraftfahrzeug meist in einem eigenen Gehäuse verbaut, welches dann an einer Karosserie oder einem sonstigen Trägerbauteil befestigt wird.
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Häufig weist das Steuergerät wenigstens ein Leistungsbauteil, wie beispielsweise einen Prozessor, ein Treiberbauteil oder dergleichen, auf. Dieses Leistungsbauteil erfordert in der Regel aufgrund seiner Leistungsaufnahme eine Kühlung. Die Kühlung benötigt in der Regel besonders viel Bauraum und/oder zusätzliche Leistung.
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So zeigt die
DE 10 2018 106 083 A1 einen Kühlkörper mit einer Wärmesammelfläche, einer Wärmeübertragungsfläche, welche mindestens eine Wärmeableitungsfläche aufweist, und mit mindestens einem Fluidelement, wobei das Anordnen der Wärmesammelfläche in Wirkverbindung mit einer Wärmequelle einer Wärmeabfuhr von der Wärmequelle durch mindestens eine Wärmeabführfläche bewirkt.
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Ferner zeigt die
DE 10 2013 207 000 A1 ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, wobei das Steuergerät wenigstens ein Wärmeleitelement aufweist, welches mit einem Abschnitt mit einem Leistungshalbleiterbauelement wärmeleitend verbunden ist und mit einem Endabschnitt ein wärmeleitender Steckkontakt eines Steckanschlusses gebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse für ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, durch welches eine Kühlung wenigstens eines Leistungsbauteils des Steuergeräts besonders effizient bei gleichzeitiger Bauteilreduzierung durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Ein erfindungsgemäßes Gehäuses für ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs umfasst zumindest ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil umschließen einen Hohlraum, in welchem das wenigstens ein Leistungsbauteil aufweisende Steuergerät angeordnet ist. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein. Das Steuergerät kann in dem Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Funktionen, insbesondere in einem elektrischen Bereich, übernehmen und ist dementsprechend insbesondere zum Steuern und/oder Regeln ausgebildet. Insbesondere kann es sich bei dem Steuergerät um ein eingebettetes System handeln. Das wenigstens eine Leistungsbauteil ist beispielsweise ein Prozessor, ein Treiberbauteil, ein Transistor oder dergleichen. Der Hohlraum bildet einen Innenraum des Gehäuses.
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Um nun bei einer besonders geringen Bauteilanzahl das Leistungsbauteil des Steuergeräts besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist erfindungsgemäß das erste Gehäuseteil durch ein Karosseriebauteil und/oder ein Halteteil zur Halterung eines Bauelements des Kraftfahrzeugs gebildet und als Kühlkörper mit dem wenigstens einen Leistungsbauteil thermisch verbunden. Bei dem Karosseriebauteil kann es sich beispielsweise um eine A-Säule, B-Säule, einen Dachrahmen oder dergleichen handeln. Das Halteteil kann beispielsweise insbesondere als Trägerbauteil ausgebildet sein und beispielsweise in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Mit anderen Worten wird das Steuergerät direkt an der Karosserie, insbesondere dem Karosseriebauteil und/oder einem Halteelement, angebracht, welches insbesondere als Unterteil des Gehäuses dient, sodass ein Bauteil, welches konventionell das Unterteil des Gehäuses bildet und beispielsweise an der Karosserie verschraubt wird, entfallen kann. Das Leistungsbauteil, welches insbesondere ein Bauteil des Steuergeräts mit hohem Leistungsbedarf ist, kann somit insbesondere direkt oder beispielsweise mittels Wärmeleitpaste mit dem Karosseriebauteil und/oder dem Halteteil verbunden werden. Dazu ist das als erstes Gehäuseteil ausgebildete Karosseriebauteil beziehungsweise Halteelement in dem Bereich des Steuergeräts entsprechend ausgebildet.
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Durch das erfindungsgemäße Gehäuse ergibt sich der Vorteil, dass das Steuergerät direkt an das Karosseriebauteil und/oder das Halteelement angeordnet werden kann, wodurch ein Kühlkörper und/oder weitere Kühlmaßnahmen aufgrund einer aufnehmbaren Wärmekapazität beziehungsweise einer Wärmeleitfähigkeit des Karosseriebauteils und/oder des Halteelements entfallen können. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass wenigstens ein Gehäuseteil des Gehäuses entfallen kann. Somit ist es durch das erfindungsgemäße Gehäuse möglich, dass auf besonders vorteilhafte Weise Bauteile eingespart und somit beispielsweise auch Kosten eingespart werden können. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass dadurch beispielsweise Bauraum eingespart werden kann. Darüber hinaus kann eine Ausfallsicherheit des Steuergeräts und/oder des Gehäuses und somit auch des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Ein weiterer Vorteil kann insbesondere beispielsweise eine besonders vorteilhafte Masseverbindung des Steuergeräts mit einer Masse des Kraftfahrzeugs sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die thermische Verbindung direkt, insbesondere durch direkten Kontakt des Leistungsbauteils mit dem ersten Gehäuseteil und/oder mittels Wärmeleitpaste und/oder mittels wenigstens einem Wärmeleitpad hergestellt. Mit anderen Worten kann eine Verlustwärme des Leistungsbauteils an das erste Gehäuseteil durch direkten Kontakt zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Leistungsbauteil und/oder durch eine besonders wärmeleitfähige Verbindung mittels einer Wärmeleitpaste und/oder eines Wärmeleitpads ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Gehäuse besonders vorteilhaft für eine Kühlung des wenigstens einen Leistungsbauteils des Steuergeräts verwendet werden kann. Dabei kann das Wärmeleitpad beispielsweise Silikongummi und/oder Glasfasergewebe und/oder Glimmerscheiben, welche jeweils elektrisch isolierend sind, umfassen. Für den Fall eines unisolierten Wärmekontakts kann das Wärmeleitpad beispielsweise auch eine Metallfolie beispielsweise aus Indium umfassen. Die Wärmeleitpaste kann beispielsweise auch als Wärmeleitklebstoff ausgebildet sein und enthält Partikel und/oder Füllstoffe, die eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Gehäuseteil aus wenigstens einem Metall und/oder einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Bei Metall ergibt sich der Vorteil, dass dieses eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und darüber hinaus besonders vorteilhaft beispielsweise für das Karosseriebauteil, um eine Kraftfahrzeugstabilität zu gewährleisten, ausgebildet werden kann. Darüber hinaus gibt es beispielsweise Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, welches beispielsweise auch vorteilhaft, insbesondere beispielsweise aufgrund eines Kohlenstoffanteils, für den Karosseriebau verwendet werden kann. Somit ergibt sich der Vorteil, dass das Gehäuse besonders vorteilhaft für die Kühlung eingesetzt werden kann und darüber hinaus besonders vorteilhaft als Teil der Karosserie und/oder als Halterung des Kraftwagens verwendet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das zweite Gehäuseteil und/oder ein weiteres Gehäuseteil aus wenigstens einem Kunststoff gebildet. Mit anderen Worten ist der Teil des Gehäuses, welcher den Hohlraum, insbesondere auf der dem ersten Gehäuseteil gegenüberliegenden Seite, abschließt, um so das Gehäuse zu bilden, aus wenigstens einem Kunststoff gebildet. Dabei hat Kunststoff den Vorteil, dass dieser insbesondere besonders leicht und/oder besonders elektrisch isolierend sein kann. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Steuergerät auf besonders vorteilhafte Weise geschützt werden kann. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass dadurch das Gehäuse besonders leicht ausgebildet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist an dem ersten Gehäuseteil wenigstens eine Aufnahme für das Steuergerät angeordnet. Mit anderen Worten weist der erste Gehäuseteil, also das Karosseriebauteil und/oder das Halteelement, eine Befestigungsmöglichkeit für das Steuergerät auf. Dabei ist die Aufnahme, beziehungsweise das Befestigungselement, beispielsweise als Schraubpunkt ausgebildet. So kann das Steuergerät beispielsweise eine Platine, kurz PCB, aufweisen, auf welcher das wenigstens eine Leistungsbauteil aufgebracht ist. Dabei umfasst die Platine vorteilhafterweise Bohröffnungen, durch welche mittels einer Schraube das Steuergerät an der Aufnahme befestigt werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise die thermische Verbindung zwischen Leistungsbauteil und erstem Gehäuseteil besonders vorteilhaft ausgebildet werden kann. Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil, dass das Steuergerät besonders ortsfest in dem Gehäuse gehalten werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Gehäuseteil eine Masseverbindung zu dem Steuergerät auf. Mit anderen Worten kann beispielsweise über die Aufnahme und/oder über eine weitere beispielsweise geometrische Ausbildung des ersten Gehäuseteils das Steuergerät mit der Masse des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Das heißt, das Gehäuse weist auf besonders vorteilhafte Weise einen Masseanschluss, welchem insbesondre das tiefstliegend elektrische Potential des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, auf. Dadurch ergibt sich beispielsweise der Vorteil, dass auf besonders vorteilhafte Weise einen Bauteilreduktion durch das Gehäuse gegeben ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teil einer der den Hohlraum begrenzenden Fläche des ersten Gehäuseteils mit wenigstens einer Lackschicht versehen. Mit anderen Worten ist ein Teil des Karosseriebauteils und/oder des Halteteils lackiert, welcher insbesondere dem Hohlraum beziehungsweise dem Innenraum des Gehäuses zugewandt beziehungsweise zugeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache Weise ein elektrischer Kurzschluss des Steuergeräts vermieden werden kann, insbesondere im Fall, dass das Karosseriebauteil und/oder das Halteelement ein Metallbauteil sind. Beispielsweise können so auch bei einer Fertigung des ersten Gehäuseteils entstehende Späne, welche beispielsweise bei einer Reinigung während der Produktion nicht vollständig entfernt worden sind, durch das Aufbringen der Lackschicht derart fixiert werden, dass ein Kurzschluss vermieden werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät, insbesondere an einer dem ersten Gehäuseteil zugewandten Seite eine Lackschicht aufweisen, welche ebenfalls insbesondere einen Kurzschluss verhindern kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Gehäuseteil an einer dem Leistungsbauteil zugewandten Seite einen Formkörper auf. Mit anderen Worten kann ein, insbesondere lokale Erhöhungen, welche beispielswiese quaderförmig ist, an dem ersten Gehäuseteil vorgesehen sein, welche für eine besonders vorteilhafte thermische Kontaktierung des wenigsten einen Leistungsbauteils verwendet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das als Karosseriebauteil ausgebildete erste Gehäuseteil gegossen. Mit anderen Worten ist das Karosseriebauteil ein Gussteil, wodurch es beispielsweise besonders vorteilhaft als Karosseriebauteil und/oder als der Kühlkörper des Leistungsbauteils verwendet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Gehäuseteil, welches als Halteteil ausgebildet ist, zumindest aus einem Blech gebildet. Mit anderen Worten umfasst das Halteteil zumindest ein Blech, wodurch es beispielsweise besonders vorteilhaft als Halterung beispielsweise eines weiteren Bauelements, beispielsweise in einem Motorraum des Kraftwagens, verwendet werden kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt die einzige Figur ein Gehäuse für ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Schnittansicht.
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Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Gehäuse 10 für ein Steuergerät 12 eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Das Gehäuse 10 umfasst zumindest ein erstes Gehäuseteil 14 und ein zweites Gehäuseteil 16, welche einen Hohlraum 18 umschließen. In dem Hohlraum 18 ist das Steuergerät 12 angeordnet, welches wenigstens ein Leistungsbauteil 20 aufweist. Das Steuergerät 12 dient zum Steuern und/oder Regeln beispielsweise einer elektrischen Funktion des Kraftfahrzeugs. Dabei ist das wenigstens eine Leistungsbauteil 20 ein Bauteil, welches insbesondere über seine elektrische Leistungsaufnahme Wärme erzeugt. Dabei ist das wenigstens eine Leistungsbauteil 20 beispielsweise als Prozessor, Treiberbauteil, Transistor oder dergleichen ausgebildet.
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Um das Gehäuse 10 und somit das Kraftfahrzeug besonders bauteilarm ausbilden zu können und darüber hinaus eine insbesondere beim Betrieb des Steuergeräts 12 auftretende elektrische Verlustwärme des Leistungsbauteils 20 besonders vorteilhaft ohne zusätzliche Kühlkörper oder dergleichen abführen zu können, ist das erste Gehäuseteil 14 durch ein Karosseriebauteil 22, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, und/oder durch ein Halteteil zur Halterung eines Bauelements des Kraftwagens gebildet. Dabei ist das erste Gehäuseteil 14 als Kühlkörper mit dem wenigstens einen Leistungsbauteil 20 thermisch verbunden. Bei dem Karosseriebauteil 22 und somit bei dem ersten Gehäuseteil 14 kann es sich beispielsweise um eine A-Säule einer Karosserie des Kraftfahrzeugs handeln.
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Durch das gezeigte Gehäuse 10 kann so, insbesondere aufgrund der großen Masse beziehungsweise Ausdehnung des ersten Gehäuseteils 14, auf einen passiven Kühlkörper und/oder sogar auf eine aktive Kühlung beispielsweise mittels Luft- und/oder Wasserkühlung des wenigstens einen Leistungsbauteils 20 verzichtet werden, da das Steuergerät 12 thermisch direkt an die Karosserie des Kraftfahrzeugs angebunden ist.
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Dabei kann die thermische Verbindung, wie bei dem oberen Leistungsbauteil 20 in der Figur gezeigt, direkt, insbesondere durch Kontakt des Leistungsbauteils 20 mit dem ersten Gehäuseteil 14, hergestellt sein und/oder indirekt, wie bei dem in der Figur gezeigten unteren Leistungsbauteil 20 mittels einer Wärmeleitpaste 24 und/oder anstelle oder zusätzlich mittels wenigstens eines Wärmeleitpads, welches die thermische Verbindung herstellen kann. Darüber hinaus kann das erste Gehäuseteil 14 einen Formkörper 34 aufweisen, welcher beispielsweise als lokale, quaderförmige Erhöhungen ausgebildet ist. Durch den Formkörper 34 kann auf besonders vorteilhafte Weise eine thermische Kontaktierung des wenigsten einen Leistungsbauteils 20 erflogen.
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Das erste Gehäuseteil 14 ist vorteilhafterweise wenigstens aus einem Metall und/oder einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das erste Gehäuseteil 14 besonders vorteilhaft zur Kühlung verwendet werden kann.
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Das zweite Gehäuseteil 16 und/oder ein weiteres, nicht gezeigtes, Gehäuseteil ist vorteilhafterweise aus einem Kunststoff gebildet. Dadurch kann das Gehäuse 12 insgesamt besonders leicht ausgebildet werden, wobei das erste Gehäuseteil 14 und das zweite Gehäuseteil 16 beispielsweise mittels einer Steckverbindung verbunden sein können, um den Hohlraum 18 auszubilden und miteinander fixiert zu sein.
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Besonders vorteilhaft weist das erste Gehäuseteil 14 wenigstens eine Aufnahme 26 auf, welche zum Aufnehmen des Steuergeräts 12 dient. Dabei umfasst das Steuergerät 12 beispielsweise eine Leiterplatte 28, welche Öffnungen aufweist, durch welche jeweils eine Schraube 30 in der jeweiligen Aufnahme 26 aufgenommen werden kann. So kann das Steuergerät 12 besonders vorteilhaft mit dem Gehäuse 10 und somit mit dem Karosseriebauteil 22 und/oder einem Halteteil des Kraftwagens verbunden werden.
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Vorteilhafterweise weist das erste Gehäuseteil 14 eine Masseverbindung, welche im Ausführungsbeispiel durch die wenigstens eine Aufnahme 26 gebildet ist, zu dem Steuergerät 12 auf. Dabei befindet sich die Karosserie und somit das als erstes Gehäuseteil 14 ausgebildete Karosseriebauteil 22 auf dem tiefsten elektrischen Potential des Kraftfahrzeugs.
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Im Ausführungsbeispiel weist ferner zumindest ein Teil einer den Hohlraum 18 begrenzenden Fläche des ersten Gehäuseteils 14 wenigstens eine Lackschicht 32 auf. Die Lackschicht 32 dient dazu, einen elektrischen Kurzschluss des Steuergeräts 12 zu vermeiden. Ferner schützt die Lackschicht beispielsweise vor Spänen, welche bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung des ersten Gehäuseteils 14 auf der dem Hohlraum 18 zugewandten beziehungsweise der den Hohlraum 18 begrenzenden Fläche verweilen können. Zusätzlich oder alternativ kann eine Lackschicht auf dem Steuergerät 12 angebracht sein.
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Das Karosseriebauteil 22 und somit das erste Gehäuseteil 14 kann beispielsweise mittels Gießen hergestellt werden, wodurch es besonders stabil in der Karosserie des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann und gleichzeitig eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit beziehungsweise Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann, wenn es sich bei dem ersten Gehäuseteil 14 um das Halteelement handelt, dieses beispielsweise aus einem Blech hergestellt sein.
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Zusammenfassend kann mittels des Gehäuses 10 das Steuergerät 12 direkt auf die Karosserie verschraubt werden, wobei ein extra Unterteil des Gehäuses entfallen kann, da dieses durch das Karosseriebauteil 22 gebildet wird, sodass beispielsweise nur noch das zweite Gehäuseteil 16, welches als Deckel ausgebildet ist, benötigt wird. Die Befestigung der Leiterplatte 28, welche durch die Aufnahmen 26 gebildet ist, kann zusätzlich als Masseverbindung genutzt werden. Die Leistungsbauteile 20, welche insbesondere, wie gezeigt, auf der Seite des Karosseriebauteils 22 zumindest teilweise angeordnet sind, können beispielsweise über die Wärmeleitpaste 24 oder direkt mit der Karosserie thermisch verbunden werden, was beispielsweise analog für PC-Prozessoren bei Kühlkörpern aus dem Computerbereich bekannt ist. Dazu ist die Geometrie des Karosseriebauteils 22 und somit des ersten Gehäuseteils 14 zumindest am Ort des Steuergeräts 12 entsprechend wie in der Figur gezeigt angepasst. Sonstige Bereiche, die nicht für die thermische Anbindung benötigt werden, können dabei, wie gezeigt, zur Sicherheit mit der Lackschicht 32 versehen werden, um elektrische Kurzschlüsse auszuschließen. So kann auf besonders vorteilhafte Weise eine Bauteilreduzierung bei einer gleichzeitig besonders hohen Kühlleistung durch das Gehäuse 10 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Steuergerät
- 14
- erstes Gehäuseteil
- 16
- zweites Gehäuseteil
- 18
- Hohlraum
- 20
- Leistungsbauteil
- 22
- Karosseriebauteil
- 24
- Wärmeleitpaste
- 26
- Aufnahme
- 28
- Leiterplatte
- 30
- Schraube
- 32
- Lackschicht
- 34
- Formkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018106083 A1 [0004]
- DE 102013207000 A1 [0005]
