DE10205223A1 - Fahrzeugaggregat - Google Patents

Fahrzeugaggregat

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DE10205223A1 DE2002105223 DE10205223A DE10205223A1 DE 10205223 A1 DE10205223 A1 DE 10205223A1 DE 2002105223 DE2002105223 DE 2002105223 DE 10205223 A DE10205223 A DE 10205223A DE 10205223 A1 DE10205223 A1 DE 10205223A1
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Abstract

Bei einem Fahrzeugaggregat mit einem Gehäuse 1, in das ein Aggregat und ein elektronisches Steuergerät 3 für das Aggregat integriert sind, wobei das elektronische Steuergerät 3 zur Kühlung seiner temperaturkritischen Bauelemente 7, 7' mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist, wird vorgeschlagen, dass die Kühlvorrichtung wenigstens ein den temperaturkritischen Bauelementen 7, 7' zugeordnetes Peltierelement 9, 9' umfasst. Gemäß diesem Vorschlag wird erreicht, dass das elektronische Steuergerät 3 ohne aufwendige und kostspielige Maßnahmen, wie zusätzlich Kühlkanäle, Kühlrippen und/oder größere Ölkühler besser gekühlt werden kann, da das den temperaturkritischen Bauelementen 7, 7' zugeordnete wenigstens eine Peltierelement 9, 9' in genau dosierbarer Weise jeweils dort wirkt, wo eine Kühlung erforderlich ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugaggregat mit einem Gehäuse, in das ein Aggregat und ein elektronisches Steuergerät für das Aggregat integriert sind, wobei das elektronische Steuergerät zur Kühlung seiner temperaturkritischen Bauelemente mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist. Dabei ist das elektronische Steuergerät in das Gehäuse integriert, damit bei der Fertigung des Fahrzeugaggregates die Verkabelung entfallen oder wesentlich vereinfacht werden kann, so dass Materialkosten, Montagezeit sowie eventuelle Störquellen reduziert werden.
  • Ein gattungsbildendes Fahrzeugaggregat, nämlich ein Automatikgetriebe ist in der Druckschrift DE 197 10 931 A1 beschrieben. Dieses Automatikgetriebe umfasst ein Steuergerät, welches mit dem Getriebegehäuse verbunden oder integraler Bestandteil desselben ist. Innerhalb des Steuergerätes ist eine Steuerungselektronik aufgenommen, welche durch Kühlkanäle, in welchen das über einen Ölkühler geleitete Getriebeöl fließt, sowie gegebenenfalls durch Kühlrippen, welche mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen, gekühlt wird.
  • Beispielsweise bei Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen ist der Einsatz von solchen Kühlkanälen, Kühlrippen und Ölkühlern jedoch insbesondere durch die damit verbundenen Kosten sowie durch den zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt, so dass die Temperatur innerhalb des Steuergerätes bei hohen Beanspruchungen des Automatikgetriebes nicht immer unterhalb einer für die elektronischen Komponenten maximal zuträglichen Temperatur von ca. 150 bis 170 Grad Celsius gehalten werden kann. Bei einer Annäherung an diese Temperaturgrenze wird daher meist in das Motor- und Getriebemanagement des Kraftfahrzeugs eingegriffen, um einem weiteren Temperaturanstieg entgegenzuwirken und/oder beim Erreichen dieser Temperaturgrenze wird die Steuerungselektronik abgeschaltet, was bei den mit einem Automatikgetriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugen zu spürbaren und daher unerwünschten Komforteinbußen führt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Fahrzeugaggregat zu schaffen, dessen Kühlvorrichtung auch bei besonders starken mechanischen bzw. thermischen Beanspruchungen eine effektive Kühlung der temperaturkritischen Bauelemente des elektronischen Steuergerätes ermöglicht. Zudem soll diese Kühlvorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik einfach und kostengünstig realisierbar sein.
  • Gelöst wird die vorliegende Aufgabe durch ein Fahrzeugaggregat der eingangs genannten Art, dessen Kühlvorrichtung wenigstens ein den temperaturkritischen Bauelementen zugeordnetes Peltierelement umfasst. Durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung wird also nicht zuerst das Aggregateöl gekühlt und dann durch das Aggregateöl das elektronische Steuergerät gekühlt, sondern werden die temperaturkritischen Bauelemente des Steuergerätes durch die zugeordneten Peltierelemente direkt und daher besonders effektiv gekühlt. Somit werden die Bauelemente wirkungsvoll unterhalb von deren jeweils zulässiger Maximaltemperatur gehalten und wird ein Eingreifen in das Aggregatemanagement sowie ein Abschalten der Steuerungselektronik wirkungsvoll vermieden. Mit dieser Kühlvorrichtung kann also der Einsatz von zusätzlichen Kühlkanälen und Kühlrippen oder größeren Ölkühlern entfallen, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Aggregat ein Getriebe. Selbstverständlich könnte das Aggregat jedoch auch ein anderer Bestandteil eines Fahrzeugs sein.
  • Vorteilhaft ist das elektronische Steuergerät als ein abgeschlossener Behälter ausgebildet und beinhaltet ein plattenförmiges Keramiksubstrat, wobei die temperaturkritischen Bauelemente auf der einen Seite des Keramiksubstrates angeordnet sind und das wenigstens eine Peltierelement in das Keramiksubstrat integriert ist oder auf der anderen gegenüberliegenden Seite des Keramiksubstrates angeordnet ist. Der abgeschlossene Behälter schützt die . Bauelemente sowie das Keramiksubstrat vor dem Aggregateöl. Und das Keramiksubstrat ist in ganz besonderer Weise als Träger für die Bauelemente geeignet, da ein derartiges Keramiksubstrat, welches wie das wenigstens eine Peltierelement Teil der Kühlvorrichtung ist, innerhalb eines großen Temperaturbereichs von ca. -40 bis +170 Grad Celsius verwendbar ist. Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung ist das wenigstens eine Peltierelement dabei in das Keramiksubstrat integriert und gemäß einer zweiten Alternative ist das wenigstens eine Peltierelement dabei auf der anderen Seite des Keramiksubstrates angeordnet.
  • Besonders vorteilhaft stehen die temperaturkritischen Bauelemente und die Peltierelemente entsprechend der ersten Alternative direkt miteinander in Verbindung oder entsprechend der zweiten Alternative indirekt mittels im Keramiksubstrat integrierter Temperaturleitelemente miteinander in Verbindung.
  • Sind die Peltierelemente bzw. die Temperaturleitelemente gemäß der beiden vorstehend genannten Alternativen länglich ausgebildet und innerhalb von im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Keramiksubstrates orientierten Bohrungen positioniert, so findet beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Peltierelemente zumindest auf der den Bauelementen zugewandten Seite des Keramiksubstrates eine Kühlung statt. Auf diese Weise bildet das plattenförmige Keramiksubstrat auf der den elektronischen Bauelementen zugeordneten Seite einen wirkungsvollen Kühlkörper aus. Die auf der gegenüberliegenden Seite der Peltierelemente erzeugte Wärme wird dabei zweckmäßigerweise an das außerhalb des Steuergerätes befindliche Aggregateöl abgegeben. Die dadurch bedingte Erwärmung des Aggregateöls ist lediglich gering und für die Funktion des Fahrzeugaggregates in keiner Weise störend.
  • Ist die Anordnung der Peltierelemente bzw. der Temperaturleitelemente in dem Keramiksubstrat von der Anordnung der Bauelemente und deren jeweils benötigter Kühlung gewählt, so können besonders temperaturkritische Bauelemente stark gekühlt werden und weniger temperaturkritische Bauelement weniger stark gekühlt werden. Somit kann die Leistung des von dem wenigstens einen Peltierelement und dem Keramiksubstrat gebildeten Kühlkörpers in idealer Weise an die Anordnung der Bauelemente angepasst werden, wobei die einzelnen Peltierelemente bzw. Temperaturleitelemente selbstverständlich auch unterschiedlich stark bzw. unterschiedlich wärmeleitfähig dimensioniert sein können.
  • Das Steuergerät weist eine metallische Grundplatte auf, welche eine an das Aggregateöl angrenzende Außenwand des Behälters bildet. Auf diese Weise, steht das Steuergerät mit dem Aggregateölkreislauf in thermischer Verbindung, wodurch die bei der Kühlung der Bauelemente erzeugte Wärme einfach an das Aggregateöl abgegeben werden kann.
  • Werden die elektrischen Leitungen für die Peltierelemente innerhalb des Keramiksubstrates geführt, so ist deren elektrische Isolation sichergestellt. Alternativ kann jedoch auch die metallische Grundplatte selbst eine elektrische Leitung, nämlich insbesondere die Masseverbindung der Peltierelemente darstellen.
  • Weiterbildungsgemäß wird die Temperatur des Steuergerätes mittels eines an dem Keramiksubstrat angebrachten Temperatursensors erfasst und werden die Peltierelemente sowohl bei vorbestimmten hohen als auch bei vorbestimmten niedrigen Temperaturen innerhalb des Steuergerätes angesteuert bzw. geregelt betrieben. Auf diese Weise kann nicht nur der von dem wenigstens einen Peltierelement und dem Keramiksubstrat gebildete Kühlkörper während einer Belastungsphase des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der elektrischen Bauelemente genutzt werden, sondern kann auch der von dem wenigstens einen Peltierelement und dem Keramiksubstrat gebildete Heizkörper während der Startphase des Kraftfahrzeugs in vorteilhafter Weise zur Erwärmung des Aggregateöls genutzt werden. Idealerweise werden dabei jeweils die spezifischen Temperaturgrenzen der Bauelemente, die Eigenerwärmung der Bauelemente durch die Verlustleistung im Betrieb sowie die Toleranz des Temperatursensors berücksichtigt, um die Temperatur innerhalb des Steuergerätes auf einem konstanten Wert zu halten.
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugaggregates mit einem integrierten elektronischen Steuergerät;
  • Fig. 2 das elektronische Steuergerät gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem Keramiksubstrat und darauf angeordneten elektrischen Bauelementen sowie darin angeordneten Peltierelementen in geschnittener Ansicht; und
  • Fig. 3 das elektronische Steuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem Keramiksubstrat und darauf angeordneten Bauelementen, darin angeordneten Temperaturleitelementen sowie einem darunter angeordneten Peltierelement in geschnittener Ansicht.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugaggregat weist ein Gehäuse 1 aus Aluminiumdruckguss auf. In dem Gehäuse 1 sind ein Getriebe 2, das heißt beispielsweise ein Stufenwechselgetriebe, ein stufenloses Getriebe oder die Zahnräder und Wellen eines automatisierten Schaltgetriebes, sowie ein elektronisches Steuergerät 3 untergebracht.
  • Um das elektronische Steuergerät 3 vor chemischen und thermischen Belastungen durch das Getriebeöl zu schützen, ist dieses als ein luftgefüllter nach außen hin abgeschlossener Behälter 4 ausgebildet und fern des Getriebes 2 im Bereich einer Außenwand des Gehäuses 1 angeordnet. Zwischen dem Getriebe 2 und dem Steuergerät 3 sowie zwischen dem Steuergerät 3 und der Außenwand des Gehäuses 1 verläuft jeweils ein von Getriebeöl durchströmter Kühlkanal 5. Das Getriebeöl ist über einen nicht näher dargestellten Ölkühler im Motoraum des zugehörigen Kraftfahrzeugs geführt. Zur Kühlung des Getriebeöls sind an dem Gehäuse 1 zudem eine Anzahl von nach außen weisenden Kühlrippen 6 angeordnet, welche bezüglich der Umgebungsluft als Wärmetauscher dienen.
  • Das in Fig. 2 gezeigte elektronische Steuergerät 3 beinhaltet in einer ersten Ausführungsform eine Anzahl von temperaturempfindlichen elektronischen Bauelementen 7, 7', welche auf der Oberseite eines plattenförmigen Keramiksubstrates 8 angeordnet sind. Diesen Bauelementen 7, 7' ist eine Kühlvorrichtung mit einer Anzahl von Peltierelementen 9 zugeordnet, die in das Keramiksubstrat 8 integriert sind. Dazu sind die Peltierelemente 9 länglich ausgebildet und innerhalb von im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Keramiksubstrates 8 orientierten Bohrungen 10 positioniert.
  • Erfindungsgemäß findet nun beim Anlegen einer elektrischen Spannung auf der den Bauelementen 7, 7' zugewandten Oberseite des Keramiksubstrates 8 eine Kühlung statt, indem die Peltierelemente 9 an ihrem einen oberen Ende ein Absenkung der Temperatur leisten, wohingegen auf der von den Bauelementen 7, 7' abgewandten bzw. auf der dem Getriebeölkanal 5 zugewandten Unterseite des Keramiksubstrates 8 eine Erwärmung stattfindet, indem die Peltierelemente 9 an ihrem anderen unteren Ende eine Anhebung der Temperatur leisten.
  • Zur Gewährleistung einer optimalen Kühlung ist die Anordnung der Peltierelemente 9 in Abhängigkeit von der Anordnung der Bauelemente 7, 7' und deren jeweils benötigter Kühlleistung gewählt. Das heißt, dass unterhalb von besonders temperaturkritischen Bauelementen 7, die in Fig. 2 rechts und links dargestellt sind, eine große Anzahl von Peltierelementen 9 und/oder besonders starke Peltierelemente 9 vorgesehen sind, während unterhalb von anderen weniger temperaturkritischen Bauelementen 7', die in Fig. 2 mittig dargestellt sind, nur einzelne und/oder weniger starke Peltierelemente 9 vorgesehen sind.
  • Damit die Kühlung der Bauelemente 7, 7' ohne Verluste erfolgen kann sind diese unmittelbar auf den einen oberen Enden der Peltierelemente 9 angeordnet, wobei aus Toleranzgründen gegebenenfalls noch eine gut temperaturleitfähige Ausgleichsschicht vorgesehen sei kann.
  • Und damit die Erwärmung der anderen unteren Enden der Peltierelemente 9 schnell abgeführt werden kann, ist parallel unterhalb des plattenförmigen Keramiksubstrates 8 eine metallische Grundplatte 11 angeordnet. Diese Grundplatte 11 ist mittels einer gut temperaturleitfähigen Klebeschicht 12 mit dem Keramiksubstrat 8 verbunden. Da die Grundplatte 11 gleichzeitig eine Außenwand des Behälters 4 des Steuergerätes 3 bildet, steht sie mit dem Kühlkanal 5, der zwischen dem Steuergerät 3 und der Außenwand des Gehäuse 1 des Fahrzeugaggregates verläuft, in thermischer Verbindung.
  • Die elektrischen Leitungen 13 für die Bauelemente 7, 7' und die Peltierelemente 9 sind bei der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform oberhalb und innerhalb des Keramiksubstrates 8 geführt und an eine Steckverbindungsleiste 14 des Steuergerätes 3 angeschlossen.
  • Auch die zweite Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten elektronischen Steuergeräts 3 beinhaltet eine Anzahl von temperaturempfindlichen elektronischen Bauelementen 7, 7', welche auf der Oberseite eines plattenförmigen Keramiksubstrates 8 angeordnet sind. Diesen Bauelementen 7, 7' ist jedoch eine Anzahl von Temperaturleitelementen 15 zugeordnet, die in das Keramiksubstrat 8 integriert sind und mit einem einzelnen Peltierelement 9' in Verbindung stehen, das plattenförmig ausgebildet ist und mittels einer ersten temperaturleitfähigen Klebeschicht 12 parallel unterhalb des Keramiksubstrates 8 positioniert ist.
  • Beim Anlegen einer elektrischen Spannung findet bei dieser zweiten Ausführungsform auf der dem Keramiksubstrat 8 zugewandten Oberseite des Peltierelementes 9' eine Kühlung und auf der von dem Keramiksubstrat 8 abgewandten Unterseite des Peltierelementes 9' eine Erwärmung statt. Dabei wird die Kühlung an der Oberseite des Peltierelementes 9' mittels der in das Keramiksubstrat 8 integrierten Temperaturleitelemente 15 zu den Bauelementen 7, 7' geleitet.
  • Die Anordnung der Temperaturleitelemente 15 innerhalb des Keramiksubstrates 8 ist in Abhängigkeit von der Anordnung der Bauelemente 7, 7' auf dem Keramiksubstrat 8 sowie von deren benötigter Kühlleistung gewählt. Demnach sind unterhalb von besonders temperaturkritischen Bauelementen 7, die auch in Fig. 3 rechts und links dargestellt sind, eine große Anzahl von Temperaturleitelementen 15 und/oder besonders wärmeleitfähige Temperaturleitelemente 15 vorgesehen, während unterhalb von anderen weniger temperaturkritischen Bauelementen 7', die in Fig. 3 in der Mitte dargestellt sind, nur einzelne und/oder querschnittsschwache Temperaturelemente 15 vorgesehen sind.
  • Und die Erwärmung an der Unterseite des Peltierelementes 9' kann schnell abgeführt werden, indem parallel unterhalb des plattenförmigen Peltierelementes 9' eine metallische Grundplatte 11 angeordnet ist. Dabei ist das Peltierelement 9' mittels einer zweiten temperaturleitfähigen Klebeschicht 12' mit der Grundplatte 11 verbunden.
  • Schließlich sind die elektrischen Leitungen 13, 13' für die Bauelemente 7, 7' und das Peltierelement 9' sind bei der zweiten Ausführungsform oberhalb und außerhalb des Keramiksubstrates 8 geführt und an eine Steckverbindungsleiste 14 angeschlossen.
  • Die Temperatur innerhalb des Steuergerätes 3, wird bei beiden Ausführungsformen mittels eines auf der Oberseite des Keramiksubstrates 8 zwischen zwei Bauelementen 7, 7' angeordneten Temperatursensors 16 erfasst. Dabei werden die Peltierelemente 9, 9' nicht nur oberhalb einer bestimmen maximalen Temperatur des Getriebeöls, sondern auch unterhalb einer bestimmten minimalen Temperatur des Getriebeöls angesteuert bzw. geregelt betrieben. Liste der Bezugszeichen 1 Gehäuse
    2 Getriebe
    3 Steuergerät
    4 Behälter
    5 Kühlkanal
    6 Kühlrippe
    7, 7' Bauelement
    8 Keramiksubstrat
    9, 9' Peltierelement
    10 Bohrung
    11 Grundplatte
    12, 12' Klebeschicht
    13, 13' Leitung
    14 Steckverbindungsleiste
    15 Temperaturleitelement
    16 Temperatursensor

Claims (10)

1. Fahrzeugaggregat mit einem Gehäuse, in das ein Aggregat und ein elektronisches Steuergerät für das Aggregat integriert sind, wobei das elektronische Steuergerät zur Kühlung seiner temperaturkritischen Bauelemente mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung wenigstens ein den temperaturkritischen Bauelementen (7, 7') zugeordnetes Peltierelement (9, 9') umfasst.
2. Fahrzeugaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat ein Getriebe (2) ist.
3. Fahrzeugaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät (3) als ein abgeschlossener Behälter (4) ausgebildet ist und ein plattenförmiges Keramiksubstrat (8) beinhaltet, wobei die temperaturkritischen Bauelemente (7, 7') auf der einen Seite des Keramiksubstrates (8) angeordnet sind und das wenigstens eine Peltierelement (9, 9') der Kühlvorrichtung in das Keramiksubstrat (8) integriert ist oder auf der anderen gegenüberliegenden Seite des Keramiksubstrates (8) angeordnet ist.
4. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturkritischen Bauelemente (7, 7') und die Peltierelemente (9, 9') direkt miteinander in Verbindung stehen oder indirekt mittels im Keramiksubstrat (8) integrierter Temperaturleitelemente (15) miteinander in Verbindung stehen.
5. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltierelemente (9, 9') bzw. die Temperaturleitelemente (15) länglich ausgebildet sind und innerhalb von im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Keramiksubstrates (8) orientierten Bohrungen (10) positioniert sind, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Peltierelemente (9, 9') zumindest auf der den Bauelementen (7, 7') zugewandten einen Seite des Keramiksubstrates (8) eine Kühlung stattfindet.
6. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Peltierelemente (9, 9') bzw. der Temperaturleitelemente (15) in dem Keramiksubstrat (8) von der Anordnung der Bauelemente (7, 7') und deren jeweils benötigter Kühlung gewählt ist.
7. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) eine metallische Grundplatte (11) aufweist, welche eine an das Aggregateöl angrenzende Außenwand des Behälters (4) bildet.
8. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen (13, 13') für die Peltierelemente (9, 9') innerhalb des Keramiksubstrates (8) geführt werden.
9. Fahrzeugaggregat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Grundplatte (11) eine elektrische Leitung für die Peltierelemente (9, 9') darstellt.
10. Fahrzeugaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur innerhalb des Steuergerätes (3) mittels eines an dem Keramiksubstrat (8) angebrachten Temperatursensors (16) erfasst wird und die Peltierelemente (9, 9') sowohl bei vorbestimmten hohen als auch bei vorbestimmten niedrigen Temperaturen innerhalb des Steuergerätes (3) angesteuert bzw. geregelt betrieben werden.
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