-
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Baugruppen mit Elektronikbauteilen werden in unterschiedlichen Anwendungsbereichen vielfältig eingesetzt, beispielsweise als Elektronikmodule, Elektromodule oder Mechatronikmodule mit für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Elektronikbauteilen.
-
Die Elektronikbauteile dieser Baugruppen, beispielsweise Elektronikbauteile von Steuergeräten für Fahrzeugkomponenten oder beispielsweise im Hochvolt-Bereich Hochvolt-Elektronikbauteile wie Hochvolt-Stecker oder Hochvolt-Steuerungsbauteile von Hochvolt-Batterien, werden in der Regel von einem Gehäuse oder von Gehäuseteilen aufgenommen. Hierzu werden aus EMV-Gründen oder zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen insbesondere auch aus Aluminiumdruckguss bestehende Aluminiumgehäuse eingesetzt. Zur Kontaktierung der Elektronikbauteile der Baugruppe sind am Gehäuse auch Steckverbindungen oder anderweitige Kontaktierungen vorgesehen.
-
Zum Schutz der Baugruppe und insbesondere der Elektronikbauteile der Baugruppe vor äußeren Einflüssen wie insbesondere auch zum Schutz vor Feuchtigkeitseintritt in das Gehäuseinnere des Gehäuses der Baugruppe, sind am Gehäuse oder an den Gehäuseteilen der Baugruppe üblicherweise als Feststoffdichtungen ausgebildete Dichtungen angebracht, beispielsweise Dichtraupen oder O-Ringe aus einem Kunststoffmaterial. Da materialbedingt ein geringer Spalt zwischen der Feststoffdichtung und der Oberfläche des Gehäuses oder des Gehäuseteils der Baugruppe verbleibt, kann sich in diesem Spalt Feuchtigkeit ablagem und letztendlich ins Gehäuseinnere des Gehäuses der Baugruppe korrosiv eindringen. Durch diese korrosive Unterwanderung kann es zu Schädigungen der Elektronikbauteile der Baugruppe kommen, was auch die Funktionsfähigkeit der Elektronikbauteile der Baugruppe und damit letztendlich auch die Funktionsfähigkeit der gesamten Baugruppe beeinträchtigen kann.
-
Zur Wärmeabfuhr müssen die Elektronikbauteile der Baugruppe oftmals auch gekühlt werden, wozu die Elektronikbauteile auf geeignete Kühlkörper aufgebracht werden. Zu dieser Thematik ist aus der
DE 10 2011 077 668 A1 eine Leuchte mit in einem geschlossenen Kunststoffgehäuse angeordneten LEDs bekannt. Hierbei ist zur Wärmeabfuhr der LEDs im Kunststoffgehäuse ein mit einer Kühlvorrichtung außerhalb des Kunststoffgehäuses thermisch verbundenes thermisches Koppelelement aus einem wärmeleitendem Kunststoff vorgesehen, das mit dem Kunststoffgehäuse verschweißt werden kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Baugruppe mit vorteilhaften Eigenschaften anzugeben, insbesondere hinsichtlich der Dichtheit und der Verhinderung von schädlicher und die Funktionsfähigkeit der Baugruppe beeinträchtigender Korrosion.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baugruppe mit den im Patentanspruch 1 angeführten Merkmalen gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Baugruppe sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
-
Bei der erfindungsgemäßen Baugruppe wird ein aus mehreren Gehäuseteilen bestehendes und hermetisch dichtes Gehäuse zur Aufnahme der Elektronikbauteile der Baugruppe aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Die Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses werden hierbei insbesondere aus einem thermoplastischem Kunststoff gefertigt, wie beispielsweise aus Polypropylen PP, oder aus einem Hochtemperaturkunststoff gefertigt, wie beispielsweise aus Polyaryletherketon PAEK oder aus Polyetheretherketon PEEK.
-
Zur Kühlung der Elektronikbautele der Baugruppe ist zumindest ein einen Teilbereich der Wandung eines der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses bildender metallischer Kühlkörper vorgesehen, der durch Umspritzen mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses im Kunststoffgehäuse integriert ist. Der metallischer Kühlkörper kann somit in der Wandung des Gehäusebodens des Kunststoffgehäuses oder in der Wandung der Gehäuseseitenwand des Kunststoffgehäuses oder in der Wandung des Gehäusedeckels des Kunststoffgehäuses integriert sein oder den Gehäuseboden des Kunststoffgehäuses oder die Gehäuseseitenwand des Kunststoffgehäuses oder den Gehäusedeckel des Kunststoffgehäuses ausbilden. Hierzu wird der metallische Kühlkörper mittels Inserttechnik als Einlegeteil vom Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses in einem Spritzgussverfahren umspritzt und ist somit bündig im Kunststoffgehäuse der Baugruppe integriert. Hierdurch ergibt sich ein nahtloser Übergang an der Verbindungsstelle zwischen dem Material des metallischen Kühlkörpers und dem Kunststoffmaterial des jeweiligen Gehäuseteils aus Kunststoff beziehungsweise dem Kunststoffgehäuse der Baugruppe. Demzufolge kann an dieser Verbindungsstelle auch keine Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere des Kunststoffgehäuses der Baugruppe eindringen oder eine sonstige korrosive Unterwanderung auftreten.
-
Vorzugsweise weist der metallische Kühlkörper auf seiner dem Gehäuseinneren des Kunststoffgehäuses gegenüberliegenden Oberflächenseite und damit auf seiner Außenseite Kühlrippen auf.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zur weiteren Verbesserung des Schutzes vor korrosiver Unterwanderung mindestens ein Seitenteil des metallischen Kühlkörpers und damit der Übergangsbereich zwischen dem metallischen Kühlkörper und dem Kunststoffmaterial des sich an den Kühlkörper anschließenden Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses eine gewundene Struktur und insbesondere eine mäanderförmige Struktur aufweisen. Hierdurch wird zum einen eine vorteilhafte mechanische Verklammerung beim Spritzvorgang des Kunststoffmaterials dieses Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses am metallischen Kühlkörper realisiert und damit eine feste mechanische Verbindung zwischen dem metallischen Kühlkörper und dem Kunststoffmaterial dieses Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses. Zum andern besteht hierdurch für etwaige am Kunststoffgehäuse anliegende Feuchtigkeit ein sehr langer Weg bis zum potentiellen Eintritt ins Gehäuseinnere des Kunststoffgehäuses der Baugruppe, wodurch dann auch das Risiko für das Auftreten von etwaiger Korrosion signifikant reduziert wird.
-
Weiterhin kann mindestens ein zum Anschluss der sich im Gehäuseinneren des Kunststoffgehäuses befindlichen Elektronikbautele der Baugruppe dienender und in einem Gehäuseteil des Kunststoffgehäuses der Baugruppe bündig mittels Inserttechnik als Einlegeteil integrierter metallischer Anschlussstecker oder Kunststoffstecker vorgesehen sein. Auch hier wird ein beispielsweise aus Aluminium bestehender metallischer Anschlussstecker mit dem Kunststoffmaterial des jeweiligen Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses der Baugruppe umspritzt, so dass ein nahtloser Übergang zwischen dem Material des Anschlusssteckers und dem Kunststoffmaterial des Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses der Baugruppe realisiert ist. Demzufolge kann an dieser Verbindungsstelle auch keine Feuchtigkeit ins Gehäuseinnere des Kunststoffgehäuses der Baugruppe eindringen oder eine sonstige korrosive Unterwanderung auftreten.
-
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine Dichtung zwischen einem Kunststoffstecker und dem Kunststoffmaterial des jeweiligen den Kunststoffstecker aufnehmenden Gehäuseteils des Kunststoffgehäuses der Baugruppe vorgesehen sein. Diese Dichtung ist beispielsweise als Elastomerdichtung ausgebildet und hierzu beispielsweise als O-Ring realisiert.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Verstärkung des Kunststoffgehäuses der Baugruppe beziehungsweise zur Versteifung des Kunststoffgehäuses der Baugruppe, ein Faserwerkstoff in das Kunststoffmaterial der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses eingebracht. Beispielsweise werden hierzu als Faserwerkstoff kurze Glasfasern mit einem beispielhaften Anteil zwischen 10 % und 30 % in das Kunststoffmaterial der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses eingebracht.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Gewährleistung der Elektromagnetischen Verträglichkeit EMV und/oder zur Realisierung der elektrischen Leitfähigkeit des Kunststoffgehäuses der Baugruppe, in das Kunststoffmaterial der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses eine elektrisch leitfähige Füllkomponente als elektrisch leitfähiger Füllbestandteil eingebracht. Diese elektrisch leitfähige Füllkomponente kann mit einem beispielhaften Anteil zwischen 10 % und 30 % in das Kunststoffmaterial der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses eingebracht sein und insbesondere als Aluminiumgrieß beziehungsweise Aluminiumgranulat ausgebildet sein, also eine gröbere Konsistenz als beispielsweise Aluminiumpulver aufweisen. Altemativ hierzu kann die elektrisch leitfähige Füllkomponente auch durch Metallnetze realisiert sein, die dann vom Kunststoffmaterial der Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses der Baugruppe umspritzt werden.
-
Nach dem Einbringen der Elektronikbauteile und weiterer Schaltungskomponenten wie Leiterplatten beziehungsweise Platinen in das Gehäuseinnere des Kunststoffgehäuses der Baugruppe, wird das Kunststoffgehäuse mit einem werkstoffgleichen Gehäusedeckel mittels eines für das eingesetzte Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses geeigneten Schweißverfahrens verschlossen und damit hermetisch gegenüber der Umwelt beziehungsweise dem Außenbereich abgedichtet. Als Schweißverfahren zur Verbindung des Gehäusedeckels mit den weiteren Gehäuseteilen des Kunststoffgehäuses kommen hierbei insbesondere Reibschweißen, Ultraschallschweißen oder Diodenlaserschweißen oder ähnliche Schweißverfahren in Betracht.
-
Hierdurch ist das Gehäuseinnere des Kunststoffgehäuses der Baugruppe beziehungsweise der Innenbereich der Baugruppe sehr wirksam gegenüber äußeren Einflüssen abgedichtet und auch effektiv vor Korrosion geschützt, so dass auch insbesondere die sich im Gehäuseinneren des Kunststoffgehäuses der Baugruppe befindlichen Elektronikbauteile effektiv vor äußeren Einflüssen und vor Korrosion geschützt sind.
-
Bei der erfindungsgemäßen Baugruppe kann somit vorteilhafterweise auf einfache Weise ein wirksamer und effektiver Schutz vor dem Auftreten von Korrosion gewährleistet werden und gleichzeitig auch eine ausgezeichnete Dichtigkeit des Kunststoffgehäuses der Baugruppe erreicht werden. Somit ist auch eine langzeitsichere und korrosionsbeständige Abdichtung des Kunststoffgehäuses der Baugruppe und damit der Baugruppe insgesamt realisiert. Die Montageschritte zur Herstellung des Kunststoffgehäuses der Baugruppe und insbesondere zur Herstellung der einzelnen Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses der Baugruppe können im Rahmen des Fertigungsprozesses der Baugruppe auf einfache Weise eingebunden werden.
-
Das Kunststoffgehäuse und damit auch die Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses der Baugruppe können mit einem gängigen Kunststoffmaterial und damit kostengünstig gefertigt werden, wozu auch ein standardmäßiges Kunststoffspritzverfahren eingesetzt werden kann, bei dem das Einbringen der Insertteile wie metallischer Kühlkörper und Anschlussstecker auf einfache Weise in einen Spritzgussvorgang integriert werden kann.
-
Eine oftmals erforderliche beziehungsweise wünschenswerte elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche des Kunststoffgehäuses der Baugruppe, kann wie beschrieben auf einfache Weise realisiert werden, so dass die an das Kunststoffgehäuse der Baugruppe gestellten Anforderungen hinsichtlich Elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und sonstiger elektrischer Leitfähigkeitseigenschaften gewährleistet sind.
-
Durch die Integration der Insertteile beim Spritzgussvorgang wird ein passgenauer und nahtloser Übergang zwischen den Gehäuseteilen des Kunststoffgehäuses der Baugruppe und den Insertteilen realisiert und damit auch die Oberflächenrauheit der Oberfläche des Kunststoffgehäuses der Baugruppe signifikant verbessert. Ebenso trifft dies beim Anschweißen des Gehäusedeckels an die entsprechenden Gehäuseteile des Kunststoffgehäuses der Baugruppe zu, das heißt auch hierdurch wird ein passgenauer und nahtloser Übergang zwischen den Gehäuseteilen des Kunststoffgehäuses der Baugruppe realisiert.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 Eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Elektronikmoduls als erfindungsgemäße Baugruppe in einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
- 2 Eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Elektronikmoduls als erfindungsgemäße Baugruppe in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
-
Die in der Zeichnung mit den 1 und 2 ausschnittsweise und schematisch dargestellte Baugruppe 1 ist als Elektronikmodul beispielsweise zur Steuerung der Hochvolt-Traktionsbatterie eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs (BEV) vorgesehen. Zur Aufnahme der Hochvolt-Elektronikbauteile 8 des beispielsweise als Steuergerät oder als Inverter oder als Heizmodul für eine Zusatzheizung ausgebildeten Elektronikmoduls als Baugruppe 1, ist ein aus Polypropylen PP als Kunststoffmaterial bestehendes Kunststoffgehäuse 2 vorgesehen.
-
Gemäß der 1 sind in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Elektronikmodul 1 mehrere Gehäuseteile 3, 4, 5 als Gehäuseboden 3, Gehäuseseitenwand 4 und Gehäusedeckel 5 vorgesehen, die zusammen das beispielsweise aus Polypropylen PP als Kunststoffmaterial bestehende Kunststoffgehäuse 2 ausbilden. Zur Wärmeabfuhr und zur Kühlung der sich im Gehäuseinneren 6 des Kunststoffgehäuses 2 des Elektronikmoduls 1 befindlichen Hochvolt-Elektronikkomponenten 8 des Elektronikmoduls 1, ist ein beispielsweise aus Aluminium bestehender metallischer Kühlkörper 9 vorgesehen, der auf seiner Außenseite 12 mehrere Kühlrippen 10 aufweist. Beispielsweise bildet der metallische Kühlkörper 9 als Trägerplatte den Gehäuseboden 3 des Kunststoffgehäuses 2 des Elektronikmoduls 1 oder ist im einem Teilbereich des Gehäusebodens 3 des Kunststoffgehäuses 2 des Elektronikmoduls 1 integriert.
-
An den eine gewundene Formgebung aufweisenden Seitenteilen 11 des metallischen Kühlkörpers 9 wird das Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses 2 zur Bildung der Gehäuseseitenwände 4 des Kunststoffgehäuses 2 angespritzt und hierdurch ein nahtloser Übergangsbereich beziehungsweise Verbindungsbereich 18 zwischen dem metallischen Kühlkörper 9 und dem Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses 2 hergestellt. Demzufolge ist der Verbindungsbereich 18 sehr effektiv vor korrosiver Unterwanderung durch Feuchtigkeit aus dem Außenbereich 7 des Kunststoffgehäuses 2 geschützt und damit auch vor einem Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere 6 des Kunststoffgehäuses 2.
-
Weiterhin ist ein beispielsweise aus AlSi10Mg bestehender leitfähiger Anschlussbereich 16 vorgesehen, über den das Elektronikmodul 1 an der hierfür vorgesehenen Stelle am Fahrzeug befestigt werden kann, beispielsweise dort angeschraubt werden kann.
-
Um die sich im Gehäuseinneren 6 des Elektronikmoduls 1 befindlichen Hochvolt-Elektronikbauteile 8 des Elektronikmoduls 1 gegenüber dem Außenbereich 7 des Elektronikmoduls 1 abzudichten, ist der Gehäusedeckel 5 beispielsweise mittels eines Reibschweißverfahrens mit den Gehäuseseitenwänden 4 des Kunststoffgehäuses 2 an den Verbindungsstellen 17 verschweißt.
-
Hierdurch wird ein hermetisch dichtes und gegenüber korrosiver Unterwanderung geschütztes Kunststoffgehäuses 2 realisiert. In das als Polypropylen PP verwendete Kunststoffmaterial für das Kunststoffgehäuse 2 werden zur Stabilisierung der Gehäuseteile 3, 4, 5 des Kunststoffgehäuses 2 und damit des gesamten Kunststoffgehäuses 2, als Faserwerkstoff beispielsweise kurze Glasfasern mit einem Anteil von 15% eingebracht. Weiterhin ist in den Gehäuseteilen 3, 4, 5 des Kunststoffgehäuses 2 ein Drahtnetz aus Aluminium eingebracht, das dann mit dem als Polypropylen PP eingesetzten Kunststoffmaterial für das Kunststoffgehäuse 2 umspritzt wird, wodurch eine gewünschte beziehungsweise erforderliche elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffgehäuses 2 realisiert wird.
-
Gemäß der 2 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Elektronikmodul 1 der metallische Kühlkörper 9 im Gehäusedeckel 5 des Kunststoffgehäuses 2 integriert und wird hierzu als Insertteil vom Kunststoffmaterial des Kunststoffgehäuses 2 in einem Spritzgussvorgang umspritzt. Hierdurch wird am Seitenteil 11 des Kühlkörpers 9 im Verbindungsbereich 18 wiederum ein nahtloser und bündiger Übergang zum Gehäusedeckel 5 des Kunststoffgehäuses 2 realisiert.
-
Weiterhin ist in der Gehäuseseitenwand 4 des Kunststoffgehäuses 2 ein Kunststoffstecker 14 mit metallischen Anschlusskontakten 13 integriert. Dieser durch eine Steckerwanne 19 als Insertteil in der Gehäuseseitenwand 4 des Kunststoffgehäuses 2 ausgebildete Kunststoffstecker 14 besteht aus einem korrosionsbeständigen Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Polymer. Zwischen dem Kunststoffstecker 14 und der Gehäuseseitenwand 4 des Kunststoffgehäuses 2 ist eine umlaufende und als O-Ring ausgebildete Feststoffdichtung 15 vorgesehen, die beispielsweise aus einem Elastomermaterial wie Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM) besteht.
-
Im Gehäuseinneren 6 des Elektronikmoduls 1 befinden sich Elektronikbauteile 8 des Elektronikmoduls 1, die beispielsweise auf einer Leiterplatte aufgebracht sind und deren Verlustleistung durch den metallischen Kühlkörper 9 vom Gehäuseinneren 6 des Kunststoffgehäuses 2 in den Außenbereich 7 des Kunststoffgehäuses 2 abgeführt wird.
-
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 102011077668 A1 [0005]
