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Die Erfindung betrifft ein Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Elektromobilität bedeutet insbesondere die Nutzung von Elektroautos. Diese werden ganz oder teilweise elektrisch angetrieben, führen einen Energiespeicher mit sich und beziehen ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz. Hybrid-Fahrzeuge kombinieren zwei Antriebstechniken. Kürzere Strecken können in der Regel elektrisch zurückgelegt werden, mit ihrem Verbrennungsmotor schaffen sie aber auch Langstrecken problemlos. Hybrid-Autos, die auch an der Steckdose geladen werden können, bezeichnet man als Plug-in-Hybride. Hybrid-Fahrzeuge gelten als Brückentechnologie, bis Autos vollständig mit Strom angetrieben werden.
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Die Fahrzeuge sind in der Regel mit einem Getriebe versehen, welches dazu ausgelegt ist, mittels Drehmomentübertragungskupplungen Drehmoment zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Getriebes zu übertragen.
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Der Betrieb des Getriebes wird durch ein Getriebesteuergerät gesteuert. Eine weitere zentrale Komponente des elektrischen Antriebsstrangs in Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist die Leistungselektronik. Ihr obliegt insbesondere die Ansteuerung der elektrischen Maschine, die Kommunikation mit der Fahrzeugsteuerung sowie die Diagnose des Antriebs.
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Die Leistungselektronik umfasst in der Regel ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler. Das Steuergerät stellt die Schaltzentrale der Leistungselektronik dar. Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler oder Inverter wandeln den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Antrieb des elektrischen Motors um. Der Elektromotor wandelt elektrische schließlich in mechanische Energie um. Zum Aufladen der Batterie wird dieser Vorgang umgekehrt.
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Zu den weiteren zentralen Komponenten eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gehört der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, auch Konverter oder auch Umrichter genannt. Er wandelt die hohe Batteriespannung, von 100-400 Volt oder darüber, in die deutlich niedrigere Betriebsspannung, von 12 oder 48 Volt, für elektronische Bauteile um.
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Die
DE 10 2013 222 599 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, wobei ein Getriebesteuermodul neben dem Getriebe auch den Elektromotor, den Inverter und den DC-DC-Wandler steuert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Steuermodul für ein Fahrzeug mit mindestens einem Elektromotor und einem Getriebe zu schaffen, wodurch die Anzahl der einzelnen Teile des Steuermoduls gering gehalten werden kann und wobei durch den effizienten Abtransport der durch die Elektronik entstehenden Wärme auf teure, verlustärmere Bauelemente verzichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei dem erfindungsgemäßen Steuermodul umfasst ein Gehäuse ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil, wobei ein Kühlkörper zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil derart angeordnet ist, dass der Kühlkörper einen Teil des Gehäuses bildet.
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Die Getriebesteuerelektronik ist von einer Kunststoffumhüllung umgeben, wobei die Getriebesteuerelektronik und die Kunststoffumhüllung das Gehäuseoberteil bilden. In der Regel weist die Getriebesteuerelektronik eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Bauteilen auf, wobei die Kunststoffumhüllung insbesondere die elektronischen Bauteile vor äußeren Einflüssen wie beispielsweis aggressiven Dämpfen oder Getriebeöl schützt.
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Der Kühlkörper weist einen erhöhten umlaufenden Rand auf, wobei auf diesem Rand des Kühlkörpers das Gehäuseoberteil derart angeordnet ist, dass das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper einen mediendichten Hohlraum zur Aufnahme der Umrichterelektronik bilden, wobei die Umrichterelektronik wiederum thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper verbunden ist.
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Das Gehäuseoberteil aus Getriebesteuerelektronik und Kunststoffumhüllung ist derart thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper verbunden, dass ein Wärmetransport von der Getriebesteuerelektronik an den Rand des Kühlkörpers und damit an den Kühlkörper selbst stattfindet.
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Dadurch ist ein kompaktes Steuermodul für einen Inverter und ein Getriebe mit einer gemeinsamen, effizienten Kühlvorrichtung geschaffen, das sowohl als attached-to als auch als standalone Steuermodul in einem Fahrzeug einsetzbar ist.
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In einer Ausführungsform sind das Gehäuseoberteil und der Kühlkörper mittels mindestens eines, beispielsweise kraftschlüssig wirkenden Verbindungsmittels mechanisch und thermisch leitend miteinander verbunden, wobei das Verbindungsmittel jeweils mit einer entsprechenden Aufnahme im Rand des Kühlkörpers in Eingriff ist. Das Verbindungsmittel kann insbesondere ein stiftartiges Verbindungsmittel sein, beispielweise ein Niet oder eine Schraube.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Getriebesteuerelektronik eine Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen. Dabei sind die elektronischen Bauteile entweder auf der der Umrichterelektronik abgewandten Seite der Leiterplatte, oder auf der der Umrichterelektronik zugewandten Seite der Leiterplatte, oder auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet. In allen genannten Fällen ist hauptsächlich lediglich die der Umrichterelektronik abgewandte Seite der Getriebesteuerelektronik, quasi einen Gehäusedeckel bildend, mit der Kunststoffumhüllung umhüllt, wobei auch insbesondere zumindest der seitliche Rand der Getriebesteuerelektronik umhüllt sein kann, was zur besseren Haftung der Kunststoffumhüllung auf der Getriebesteuerelektronik führt. Es könnte aber auch die der Umrichterelektronik zugewandten Seite der Leiterplatte zumindest teilweise zusätzlich mit einer Kunststoffumhüllung umhüllt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungsmittel, das das Gehäuseoberteil aus Getriebesteuerelektronik und die Kunststoffumhüllung mit dem Kühlkörper verbindet, zumindest durch eine entsprechende Bohrung in der Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik geführt. Zur Erhöhung der Wärmeleitung von der Leiterplatte zum Kühlkörper sind zumindest der Bereich der Oberfläche der Leiterplatte, der mit dem Rand des Kühlkörpers verbunden ist, beziehungsweise in Kontakt steht, mit einer wärmeleitenden Schicht versehen. Die wärmeleitende Schicht ist dabei beispielsweise aus Kupfer oder Messing, beschichtet mit Nickel-Gold oder Zinn, wobei sich diese Schicht idealerweise von der Oberseite der Leiterplatte über deren Kante zu dem Bereich der Unterseite der Leiterplatte erstreckt, die mit dem Rand des Kühlkörpers in wärmeleitendem Kontakt steht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Wandung der Bohrung in der Leiterplatte, durch die das Verbindungsmittel geführt ist, mit einer wärmeleitenden Schicht versehen, wobei diese Schicht insbesondere aus demselben Material besteht wie die wärmeleitende Schicht, mit der die Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik im Kontaktbereich mit dem Rand des Kühlkörpers versehen ist. Zu einer weiteren Erhöhung der Wärmeleitung führt insbesondere, wenn die Beschichtung der Bohrung auf jeder Oberfläche der Leiterplatte zumindest auf den Bereich der Leiterplatte erweitert wird, der einerseits mit dem Verbindungsmittel, beispielweise einem Schraubenkopf, und der andererseits mit dem gegenüberliegenden Rand des Kühlkörpers in Verbindung steht.
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In einer weiteren Ausführungsform sind beide Oberflächen der Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik, also Oberseite und Unterseite, zumindest in bestimmten Bereichen der Leiterplatte mittels mindestens einer thermische Durchkontaktierung wärmeleitend miteinander verbunden. Dies ist eine weitere Maßnahme, die Wärmeableitung von der Getriebesteuerelektronik weg zu erhöhen. Die Durchkontaktierung kann aus Metall, zum Beispiel galvanisch aufgetragen, oder aus gedruckter, wärmeleitender Paste sein. Diese Art der Entwärmung ist vor allem bei mehrlagigen Leiterplatten von Vorteil, da hier eine Durchkontaktierung die Wärme auch aus den inneren Lagen der Mehrlagenleiterplatte effektiv ableiten kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist im erhöhten Rand des Kühlkörpers, insbesondere zwischen der Getriebesteuerelektronik und der Umrichterelektronik, eine flächige Abschirmung angeordnet. Diese Abschirmung dient vor allem dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik zu reduzieren, beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik dient die Abschirmung insbesondere auch zur Reduzierung, beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik und der Getriebesteuerelektronik. Dabei wird die von der Elektronik abgestrahlte Wärme über die Abschirmung an den Rand des Kühlkörpers geleitet. Beispielsweise kann dabei eine flächige Abschirmung, insbesondere ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech , zumindest an zwei gegenüberliegenden Kantenlängen der Abschirmung den Rand des Kühlkörpers kontaktierend, angeordnet sein. Die mechanische Verbindung der Abschirmung mit dem Rand des Kühlkörpers kann im Wesentlichen kraft- oder formschlüssig ausgeführt sein.
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Die Abschirmung könnte auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kunststoffumhüllung insbesondere aus Duroplast oder aus Thermoplast, wobei die Kunststoffumhüllung darüber hinaus zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit mit wenigstens einem anorganischen Füllstoff, beispielsweise Aluminiumoxid, versehen sein kann.
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Die thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Umrichterelektronik und dem Kühlkörper ist insbesondere mittels eines Wärmeleitmaterials bewerkstelligt.
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Je nach Menge der abzuführenden Wärme und insbesondere je nach Größe der Kontaktfläche der am Wärmeübertrag beteiligten Teile können zum Beispiel standardmäßige, silikonbasierte Wärmeleitpasten oder Hochleistungs-Wärmeleitpasten oder auch Wärmeleitkleber mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zur Anwendung kommen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuermoduls,
- 2 eine weitere Schnittansicht eines Steuermoduls,
- 3 eine alternative Schnittansicht eines Steuermoduls,
- 4 einen schematischen Ausschnitt eines Steuermoduls,
- 5 einen alternativen Ausschnitt zu 4,
- 6 ein Steuermodulgehäuse in 3D-Darstellung.
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1 zeigt ein Steuermodul für ein Fahrzeug, das mindestens einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, beispielsweise ein Elektroauto oder ein Hybrid-Fahrzeug. Das Steuermodul weist ein Gehäuse 11, 12 zur Aufnahme einer Getriebesteuerelektronik 5 zur Steuerung des Getriebes und einer Umrichterelektronik 1 zur Steuerung eines Elektromotors auf. Zusätzlich weist das Steuermodul einen Kühlkörper 3 auf, um die von den Elektroniken 1, 5 erzeugte Wärme über eine Kühlflüssigkeit im Kühlflüssigkeitskanal 4 des Kühlkörpers 3 abzutransportieren.
Das Gehäuse 11, 12 umfasst im Wesentlichen ein Gehäuseoberteil 11 und ein Gehäuseunterteil 12, wobei die Getriebesteuerelektronik 5 von einer Kunststoffumhüllung 16 umgeben ist, und die Getriebesteuerelektronik 5 und die Kunststoffumhüllung 16 das Gehäuseoberteil 11 bilden.
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Der Kühlkörper 3 ist so zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12 angeordnet, dass der Kühlkörper 3 ein Teil des Gehäuses 3, 11, 12 bildet.
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Der Kühlkörper 3 weist einen erhöhten umlaufenden Rand 3.1 auf, wobei auf dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 das Gehäuseoberteil 11 derart angeordnet ist, dass das Gehäuseoberteil 11 und der Kühlkörper 3 einen mediendichten Hohlraum 9 zur Aufnahme der Umrichterelektronik 1 bilden, und wobei die Umrichterelektronik 1 thermisch leitfähig, insbesondere mittels eines Wärmeleitmaterials 2 mit dem Kühlkörper 3 verbunden ist.
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Die Umrichterelektronik 1 umfasst eine Leiterplatte und darauf angeordnete elektronische Bauelemente 1.1. Die elektronischen Bauelemente 1.1 sind hier sowohl auf der dem Gehäuseoberteil 11 zugewandten Oberseite der Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 als auch auf deren Unterseite angebracht, wobei hier an der Unterseite die elektronischen Bauelemente 1.1 im Mittenbereich der Leiterplatte, in der Nähe eines Kühlflüssigkeitskanals 4 des Kühlkörpers 3, angeordnet sind. Dadurch, dass die Leiterplatte der Umrichterelektronik 1 beidseitig bestückt ist, weist der Kühlkörper 3 in Richtung seines Randes 3.1 umlaufend eine Stufe 3.2 auf, auf der der bauelementfreie Teil der Unterseite der Umrichterelektronik 1 aufliegt. Ein Wärmeleitmaterial 2 zwischen der Stufe 3.2 des Kühlkörpers 3 und der Umrichterelektronik 1 sorgt für einen guten Wärmetransport 10 von der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper 3. Bei der Verwendung eines Wärmeleitklebers 2 kann eine extra mechanische Verbindung zwischen der Umrichterelektronik 1 zum Kühlkörper 3 entfallen.
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In 1 ist die Höhe der Stufe 3.2 der Höhe der an der Unterseite der Umrichterelektronik 1 angeordnete elektronischen Bauelemente 1.1 angepasst, sodass hier die Bauelemente 1.1 mittels des Wärmeleitmaterials 2 thermisch leitfähig mit dem Kühlkörper 3 direkt verbunden sind. Bei diesen an der Unterseite der Umrichterlektronik 1 angeordneten elektronischen Bauelementen 1.1 findet somit der Wärmetransport 10 zum Kühlkörper 3 sowohl über die Leiterplatte der Umrichterlektronik 1 als auch von den Bauelementen 1.1 direkt statt. Insbesondere können hier an der Leiterplatte daher elektronische Bauelemente 1.1, die besonders viel Wärme erzeugen, bestückt sein. Zusätzlich kann zu einer weiteren Erhöhung des Wärmetransports 10 an den Kühlkörper 3 statt eines standardmäßigen Wärmeleitmaterials 2 ein zwar teureres , aber besseres Hochleistung-Wärmeleitmaterial Anwendung finden.
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Das Gehäuseoberteil 11 aus Getriebesteuerelektronik 5 und Kunststoffumhüllung 16 und der Kühlkörper 3 sind mittels Verbindungsmittel 8 thermisch leitend und mechanisch, insbesondere kraftschlüssig, miteinander verbunden, wobei das Verbindungsmittel 8 jeweils mit einer entsprechenden Aufnahme 3.3 im Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 in Eingriff ist. In 1 ist hier eine Schraube 8 in ein entsprechendes Gewinde 3.3 im Kühlkörper 3 gedreht. An Stelle einer Schraube könnte beispielsweise auch ein Niet verwendet werden.
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Zwischen Gehäuseoberteil 11 und Kühlkörper 3 ist hier zur Erhöhung der Dichtwirkung eine umlaufende Dichtung 7 angeordnet. Diese Dichtung 7 kann beispielsweise als Einlegedichtung oder auch Klebedichtung ausgeführt sein.
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Die Getriebesteuerelektronik 5 weist eine Leiterplatte 6 mit darauf angeordneten elektronischen Bauteilen 5.1 auf. Das Verbindungselement 8 ist durch eine entsprechende Bohrung 19 in der Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik 5 geführt. In hier nicht gezeigter Weise kann der Wärmetransport 10 von der Leiterplatte 6 zur Getriebesteuerelektronik 5 noch gesteigert werden, indem auf den Oberflächen der Leiterplatte 6, und zwar auf der Oberseite, der Unterseite und er dazwischenliegenden Kante, eine zusätzlich wärmeleitende Schicht aufgebracht ist. Darüberhinaus kann auch die Wandung der Bohrung 19 eine wärmeleitende Schicht aufweisen. Die Kunststoffumhüllung 16 der Getriebesteuerelektronik 5 umhüllt in 1 im Wesentlichen den Bereich der Leiterplatte 6, in dem die elektronischen Bauteile 5.1 angeordnet sind. Die Kunststoffumhüllung 16 der Getriebesteuerelektronik 5 könnte aber auch bis an den Rand der Leiterplatte 6 reichen, wobei dann das Verbindungsmittel 8 durch eine Bohrung 19 in der Kunststoffumhüllung 16 und der Leiterplatte 6 geführt wäre.
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Die elektronischen Bauteile 5.1 sind hier in 1 auf der der Umrichterelektronik 1 abgewandten Seite der Leiterplatte Getriebesteuerelektronik 5 angeordnet.
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Das Gehäuseunterteil 12 kann an der dem Gehäuseoberteil 11 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 3 kraftschlüssig, beispielsweise, hier nicht gezeigt, mittels einer Schraube, oder stoffschlüssig mittels Schweißung oder Klebung befestigt sein und bildet insbesondere die Schnittstelle des Steuermoduls an ein nicht gezeigtes Getriebe.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in 1, jedoch ist im erhöhten Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 zwischen der Getriebesteuerelektronik 5 und der Umrichterelektronik 1 eine Abschirmung 13 angeordnet. Diese Abschirmung 13 dient zum einen dazu, eine gegenseitige, schädliche elektromagnetische Wechselwirkung (EMI = electromagnetic interference) zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden. Zusätzlich zur Reduzierung der EMI zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5 dient die Abschirmung 13 insbesondere auch zur Reduzierung beziehungsweise Vermeidung der thermischen Wechselwirkung, insbesondere gegenseitigen Erwärmung, zwischen der Umrichterelektronik 1 und der Getriebesteuerelektronik 5.
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Dabei findet der Wärmetransport 10 von der Umrichterelektronik 1 beziehungsweise von der Getriebesteuerelektronik 5 über die Abschirmung 13 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 statt. Die flächige Abschirmung 13 kann als ein Stahlblech oder ein anderes metallisches Blech ausgeführt sein. Die Abschirmung 13 könnte aber auch aus einem Verbundaufbau aus Kunststoff und einer speziellen EMI Schutzfolie bestehen.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Steuereinheit wie in 1, jedoch sind hier die elektronischen Bauteilen 5.1 auf der der Umrichterelektronik 1 zugewandten Seite der Getriebesteuerelektronik 5 angeordnet. Dies ermöglicht eine extrem flache Bauweise des Steuermoduls. Auch hier könnte die Kunststoffumhüllung 16 der Getriebesteuerelektronik 5 bis an den Rand der Leiterplatte 6 reichen.
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Es wäre auch möglich, dass die der Umrichterelektronik 1 zugewandte Seite der Getriebesteuerelektronik 5 zumindest teilweise mit einer Kunststoffumhüllung 16 umhüllt ist, was in 3 nicht dargestellt ist.
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Es wäre auch denkbar, dass die elektronischen Bauteile 5.1 auf beiden Seiten der Getriebesteuerelektronik 5 angeordnet sind. Dies ermöglicht dann eine sehr kompakte Bauweise des Steuermoduls.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines Steuermoduls, und zwar den Bereich in dem die Leiterplatte 6 der Getriebesteuerelektronik 5 auf dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 angeordnet ist. Das Verbindungsmittel 8 verbindet die Leiterplatte 6 und den Kühlkörper 3 thermisch leitend und mechanisch miteinander, wobei das Verbindungsmittel 8 durch die Bohrung 19 der Leiterplatte 6 geführt ist und mit der entsprechenden Aufnahme 3.3 im Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 in Eingriff steht. Der Wärmetransport 10 findet von der Getriebesteuerelektronik 5 an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 statt.
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Zur Verbesserung des Wärmetransports 10 von der Leiterplatte 6 zum Kühlkörper 3.1, 3 sind zumindest der Bereich der Oberfläche der Leiterplatte 6, der mit dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 verbunden ist, beziehungsweise in Kontakt steht, mit einer wärmeleitenden Schicht 18 versehen. Die wärmeleitende Schicht 18 ist dabei beispielsweise aus Kupfer oder Messing beschichtet mit Nickel-Gold oder Zinn, wobei sich diese Schicht 18 idealerweise von der Oberseite der Leiterplatte 6 über deren Kante zu dem Bereich der gegenüberliegenden Unterseite der Leiterplatte 6 erstreckt, der mit dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 in wärmeleitendem Kontakt steht.
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Die Wandung der Bohrung 19 in der Leiterplatte 6, durch die das Verbindungsmittel 8 geführt ist, ist zur weiteren Verbesserung des Wärmetransports 10 ebenfalls mit einer wärmeleitenden Schicht 18 versehen, wobei diese Schicht 18 insbesondere aus demselben Material besteht wie die wärmeleitende Schicht 18, mit der die Leiterplatte 6 der Getriebesteuerelektronik 5 im Kontaktbereich mit dem Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 versehen ist. Idealerweise ist die Beschichtung 18 der Wandung der Bohrung 19 auf jeder Oberfläche der Leiterplatte 6 zumindest auf den Bereich der Leiterplatte 6 erweitert, der einerseits mit dem Verbindungsmittel 8, beispielweise einem Schraubenkopf, und der andererseits mit dem gegenüberliegenden Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 in wärmeleitendem Kontakt steht.
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Hier sind zusätzlich beide Oberflächen der Leiterplatte 6, also Oberseite und Unterseite, in einem vom Rand der Leiterplatte 6 abgewandten und dem Hohlraum 9 zugewandten Bereich der Leiterplatte 6 mittels mindestens einer thermische Durchkontaktierung 20 wärmeleitend miteinander verbunden. Dies ist eine weitere Maßnahme, den Wärmetransport 10 von der Getriebesteuerelektronik 5 weg, hin zum Kühlkörper 3 zu erhöhen. Die Durchkontaktierung 20 kann aus Metall, zum Beispiel galvanisch aufgetragen, oder aus, in deinem Druckprozess hergestellter, wärmeleitender Paste sein. Diese Art der Entwärmung ist vor allem bei mehrlagigen Leiterplatten 6 von Vorteil, da hier eine Durchkontaktierung 20 die Wärme auch aus den inneren Lagen der Mehrlagenleiterplatte 6 effektiv ableiten kann.
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In 4 leiten zwei Durchkontaktierungen 20 die Wärme von der Oberseite der Leiterplatte 6 direkt an den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3. Eine Durchkontaktierung 20 führt die Wärme von der Oberseite der Leiterplatte 6 über Wärmeabstrahlung in den Hohlraum 9.
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5 zeigt wie 4 einen Ausschnitt eines Steuermoduls, bei dem der Wärmetransport 10 von der Leiterplatte 6 der Getriebesteuerelektronik 5 weg, beziehungsweise hin zum den Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 durch verschiedene Maßnahmen erhöht werden kann. In 5 ist zusätzlich die Entwärmung eines elektronischen Bauteils 5.1, zum Beispiel eines Wärme erzeugenden Leistungstransistors, von der Schicht 18 auf der Oberseite der Leiterplatte 6, auf der das Bauteil 5.1 angeordnet ist, über die Durchkontaktierungen 20 zur Schicht 18 an der Unterseite der Leiterplatte 6 bis zum Rand 3.1 des Kühlkörpers 3 gezeigt.
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Die in den 4 und 5 beschriebenen Maßnahmen zur Steigerung des Wärmetransports 10 von der Leiterplatte 6 zum Kühlkörper 3, also wärmeleitende Schicht 18 auf den Oberflächen der Leiterplatte 6 beziehungsweise auf der Wandung der Bohrung 19 und Durchkontaktierungen 20 in der Leiterplatte, können wie hier gezeigt in Kombination, aber auch einzeln Anwendung finden.
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6 zeigt eine Außenansicht eines Steuermodulgehäuses mit einem Gehäuseoberteil 11 mit Kunststoffumhüllung 16, einem Kühlkörper 3 und einem Gehäuseunterteil 12, wobei der Kühlkörper 3 zwischen dem Gehäuseoberteil 11 und dem Gehäuseunterteil 12 angeordnet ist.
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Das Gehäuseoberteil 11, aus Getriebesteuerelektronik 5 und Kunststoffumhüllung 16, und der Kühlkörper 3 sind mittels der Verbindungsmittel 8 miteinander verbunden, wobei ein Verbindungsmittel 8 jeweils durch eine Bohrung 19 in der Kunststoffumhüllung 16, die in diesem Fall im Bereich des Verbindungsmittels 8 über die Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik 5 hinausragt, geführt ist. Der Wärmetransport 10 findet so von der Getriebesteuerelektronik 5 über die Kunststoffumhüllung 16 zum Rand des Kühlkörpers 3 statt.
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Die elektrischen Anschlüsse 17 der Getriebesteuerelektronik 5, insbesondere zum Austausch von Signalen und Versorgungsspannungen mit einer nicht gezeigten Umgebungselektronik, befinden sich hier auf der Oberseite des Gehäuseoberteils 11, könnten aber auch seitlich am Gehäuseoberteil 11 platziert sein.
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Der elektrische Anschluss 14 für die Umrichterelektronik 1 ist hier am Gehäuseunterteil 12 angeordnet.
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Der Kühlkörper 3 weist hier an seinen Längsseiten jeweils einen Kühlanschluss 15 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umrichterelektronik
- 1.1
- Elektronisches Bauelement der Umrichterelektronik
- 2
- Wärmeleitmaterial
- 3
- Kühlkörper
- 3.1
- Rand des Kühlkörpers
- 3.2
- Stufe des Kühlkörpers
- 3.3
- Aufnahme für Verbindungsmittel
- 4
- Kühlflüssigkeitskanal
- 5
- Getriebesteuerelektronik
- 5.1
- Elektronisches Bauelement der Getriebesteuerelektronik
- 6
- Leiterplatte der Getriebesteuerelektronik
- 7
- Dichtung
- 8
- Verbindungsmittel
- 9
- Hohlraum
- 10
- Wärmetransport
- 11
- Gehäuseoberteil
- 12
- Gehäuseunterteil
- 13
- Abschirmung
- 14
- Elektrischer Anschluss Inverter
- 15
- Kühlanschluss
- 16
- Kunststoffumhüllung
- 17
- Elektrischer Anschluss Getriebesteuerelektronik
- 18
- wärmeleitenden Schicht
- 19
- Bohrung
- 20
- Thermische Durchkontaktierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013222599 A1 [0007]
