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STAND DER
TECHINIK
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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät, insbesondere für den Automotivbereich,
mit einer integrierten Kühleinrichtung.
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Im
Automotivbereich kommen zunehmend elektronische Steuergerätekonzepte
zum Einsatz, vor allem bei der Motorsteuerung, der Getriebesteuerung,
bei Startergeneratoren, bei der Karosserieelektronik, usw. Derartige
elektronische Steuergeräte
besitzen beispielsweise für
die Motorsteuerung auf einem Schaltungsträger elektrische Leistungsbauelemente,
welche Verlustleistungswärme
produzieren. Dabei nimmt die Verlustleistungswärme mit steigenden Schaltungsfunktionen
zu, und je nach Einbauort am Motor kann die Wärmebelastung bis zu einer Grenze
ansteigen, bei der ein metallischer Kühlkörper ohne durchströmende Kühlflüssigkeit
nicht mehr die notwendige Wärmeabführung gewährleisten
kann.
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Aus
der
EP 0 968 885 A2 ist
es bereits bekannt, ein elektronisches Steuergerät mit einem Schaltungsträger auf
eine randseitig teilweise flüssigkeitsdurchströmte Kühlplatte
zu montieren. Da hier Kühlkanäle nur an
drei Randbereichen der Kühlplatte
vorgesehen sind und die bedrahteten Sonderbauelemente, wie z. B. Kondensatoren
und Spulen, nicht thermisch an das gekühlte Gehäuse angekoppelt sind, ist dieses
Kühlkonzept
für Steuergeräte mit einer
größeren Verlustleistung
nur bedingt einsetzbar.
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Ein
weiteres Problem bei der vorbekannten Kühlplatte ist, daß sie als
Boden eines Gehäuses
konzipiert ist und aufgrund der randseitig vorgesehenen Kühlkanalkonfiguration
nur einen begrenzten Raum zur Aufnahme von zu kühlenden Schaltungsträgern aufweist.
Gerade durch die Entwicklung von Motor-Direkteinspritzung bei Benzin- und Dieselmotoren
in Kombination mit Magnet- und Piezoventilsteuerung kommen für das elektronische
Steuergerät
jedoch weitere Funktionen hinzu, die mit elektrischen bedrahteten
Sonderbauelementen, wie Elektrolytkondensatoren und Spulen, realisiert
werden und die zusätzlichen
Platz benötigen. Dabei
produzieren auch diese Sonderbauelemente Verlustleistungswärme, die
nach dem herkömmlichen
Konzept mit oder ohne Flüssigkeitskühlung nicht
mehr ausreichend abgeführt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe
zugrunde, ein elektronisches Steuergerät verfügbar zu machen, bei dem auch
funktions- und einbaubedingte höhere
Wärmeverhältnisse
sicher und wirkungsvoll durch Wärmeabführung beherrscht
werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Bevorzugte
Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten
Patentansprüchen
zu entnehmen.
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In
vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Steuergerät durch
die Integration des flüssigkeitsdurchströmten Kühlkörpers in
die Mitte des Steuergeräts
nicht nur eine kompakte Gestaltung des Steuergeräts, sondern auch eine optimale
Kühlung
aller elektrischen Bauelemente erreicht. Auf der einen Seite des
Kühlkörpers ist
dabei der Schaltungsträger
angeordnet, der bevorzugt in einer bestimmten Segmentierung auf
Kühlbänken des
Kühlkörpers anliegt
und hierdurch eine optimale Wärmeübertragung
von den zu kühlenden
Bauelementen ermöglicht.
Der Bauelementeträger,
der vorzugsweise elektrische bedrahtete Sonderbauelemente, wie Elektrolytkondensatoren
und Spulen, aufweist, ist an der gegenüberliegenden Seite des Körpers angeordnet
und damit ebenfalls optimal zur Wärmeabfuhr angebunden. Durch
die erfindungsgemäße Anordnung
des Kühlkörpers zwischen
dem Schaltungsträger
und dem Bauelementeträger
sind diese somit thermisch optimiert an eine Wärmesenke gekoppelt.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, daß durch
das erfindungsgemäße Konzept
auch eine schwingungstechnisch optimierte Anordnung aller elektrischen
Bauteile an dem Kühlkörper erreicht
wird. Dabei läßt sich
der Kühlkörper in
seiner Geometrie und seinen Materialkennwerten an die auf ihm anliegenden
Schaltungsträger
abstimmen und ermöglicht
hierdurch beispielsweise eine Montage an einem Motor, ohne daß der Schaltungsträger in gefährdeten
Frequenzbereichen eine Schwingungsanregung erfährt, in denen elektrische Bauelemente,
insbesondere die Sonderbauelemente, durch die Schwingungsanregung
beschädigt
oder abgeschüttelt
werden können.
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Der
bei dem erfindungsgemäßen elektronischen
Steuergerät
vorgesehene Bauelementeträger
besteht aus einem Schaltungsträger,
wie beispielsweise eine Leiterplatte oder eine Folie, der vorzugsweise
auf einer Metallplatte auflaminiert bzw. aufgeklebt ist, wobei diese
Metallplatte Bestandteil des Kühlkörpers nach deren
Befestigung auf diesem wird. Die Metallplatte kann auch als ein
Druckgußteil,
vorzugsweise aus Al-GD, ausgeführt
sein.
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Der
Kühlkörper besteht
vorzugsweise aus einem Al-GD-Gehäuse
mit Einformungen für
die Kühlflüssigkeit,
wobei die Einformungen zusammen mit der auf dem Kühlkörper befestigten
Metallplatte des Bauelementeträgers
geschlossene Kanalabschnitte für
die Kühlflüssigkeit
bilden.
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Nach
einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das
Gehäuse
des Kühlkörpers Aufnahmeeinformungen
für von
dein Bauelementeträger
vorstehende Bauelemente auf und die Platte des Bauelementeträgers ist
mit in die Aufnahmeeinformungen ragenden Bauelementen als Verschlußdeckel
an dem Kühlkörper montiert.
Hierdurch bildet die Platte des Bauelementeträgers gleichzeitig einen äußeren Abschlußdeckel
für das
elektronische Steuergerät.
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Alternativ
kann der Bauelementeträger
auch mit einem Verschlußdeckel
versehen sein, wenn die Platte des Bauelementeträgers nicht mit zu dem Kühlkörper weisenden
Sonderbauelementen an dem Kühlkörper befestigt
ist. Ein weiterer Verschlußdeckel,
der den Schaltungsträger
umgibt, ist an dem Kühlkörper befestigt.
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Nach
einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der
Kühlkörper isoliert
durchtretende Stifte zur elektrischen Verbindung des Schaltungsträgers und
des Bauelementeträgers
auf, um diese beiden Träger
in kompakter Weise miteinander zu verbinden.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden
Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
wird. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionszeichnung
eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen elektronischen
Steuergerätes;
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2 eine perspektivische Ansicht
des zusammengebauten Steuergerätes
gemäß 1;
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3 eine perspektivische Draufsicht
auf eine Ausbildungsform eines Kühlkörpers;
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4 einen Schnitt durch eine
in dein Kühlkörper gebildete
Stiftleiste;
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5 eine perspektivische Explosionszeichnung
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit oberem und unterem Verschlußdeckel; und
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6 eine perspektivische Darstellung
des zusammengebauten elektronischen Steuergeräts gemäß 5.
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In
der 1 ist ein erstes
Ausführungsbeispiel
eines elektronischen Steuergeräts 10 in
Explosionsansicht und in 2 in
Zusammenbaustellung gezeigt. Das elektronische Steuergerät 10 setzt
sich zusammen aus einem Bauelementeträger 11, der Verlustleistungswärme produzierende
elektrische Bauelemente, vorzugsweise bedrahtete Sonderbauelemente,
wie Elektrolytkondensatoren oder Spulen, außerhalb seines Randbereichs
an seiner Unterseite aufweist. Unterhalb des Bauelementeträgers 11 befindet
sich ein Kühlkörper 12,
der zur Abführung
von Verlustleistungswärme
flüssigkeitsdurchströmte Kühlkanalabschnitte 13 aufweist,
die nach oben durch den umlaufenden Randbereich des Bauelementeträgers 11 abgeschlossen
sind und nicht dargestellte Anschlüsse für den Zulauf und den Ablauf
von Kühlflussigkeit
aufweisen. Mit 14 sind an dem Kühlkörper 12 seitlich außen angeformte
Befestigungsöffnungen
bezeichnet. Der Kühlkörper 12 weist weiterhin
an einem Außenrand
eine Kühlabschirmung 15 für Steckerbuchsen 16 auf,
die an dem Schaltungsträger 17 angeformt
sind. Der Schaltungsträger 17 ist
ebenso wie der Kühlkörper 12 und
der Bauelementeträger 11 plattenförmig mit
einem annähernd
rechteckigen Grundriß ausgebildet.
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Der
Bauelementeträger 11 besteht
aus einem Schaltungsträger,
wie beispielsweise eine Leiterplatte oder eine Folie, der auf eine
Metallplatte 27 auflamiert bzw. aufgeklebt ist. Die Metallplatte 27 überragt
dabei den mittig angeordneten Schaltungsträger an allen vier Rändern und
dient nach der Befestigung auf dem Kühlkörper 12 dazu, die
in dem Kühlkörper 12 bei
diesem Ausführungsbeispiel
randseitig vorgesehenen Einformungen zur Bildung von Kühlkanalabschnitten 13 für die Kühlflüssigkeit
nach oben abzuschließen.
Dabei kann die Platte 27 durch eine Dichtschweißverbindung,
eine Dichtlötverbindung,
Aufbringen eines Dichtelements, wie Einlegdichtung, eine Naß- oder
Trockendichtung, anschließendes
Verschrauben oder Vercrimpen der Metallplatte am Gehäuse befestigt
sein.
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Unterhalb
des Schaltungsträgers 17 ist
ein Verschlußdeckel 18 dargestellt,
der, wie in 2 gezeigt, den
Schaltungsträger 17 von
unten abdeckt und an dem Kühlkörper 12 befestigt
ist. Der Schaltungsträger 17 ist
dabei auf einem umlaufenden randseitigen Absatz 19 des
Verschlußdeckels 18 lagegesichert
angeordnet.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Kühlkörpers 12' perspektivisch
von unten dargestellt. Der Kühlkörper 12' besteht ebenso
wie der Kühlkörper 12 aus
einem Al-GD-Gehäuse.
Mit 20 sind Kühlbänke bezeichnet,
die an der Unterseite des Kühlkörpers 12' für die Anlage
des Schaltungsträgers 17 zur
Verbesserung der Wärmeabfuhr
gebildet sind. Montagebohrungen 21 zur Befestigung eines
Schaltungsträgers 17 sind
in dein Kühlkörper 12' vorgesehen.
Mit 22 ist eine Kontaktstiftleiste bezeichnet, die isoliert
in einer Öffnung des
Kühlkörpers 12' eingespritzt
ist und zur elektrischen Verbindung zwischen Bauelementeträger und
Schaltungsträger
dient.
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4 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt
durch den Kühlkörper 12' im Bereich
der Kontaktstiftleiste 22 und verdeutlicht, daß die Kontaktstifte 23 gegeneinander
isoliert in einem Kunststoffabschnitt 24 gehalten sind
und über
den Rand 25 der Kontaktstiftleiste 22 nach oben
und unten zur entsprechenden Kontaktierung mit einem Bauelementeträger bzw.
einem Schaltungsträger
vorstehen.
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Das
in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel
zeigt ein elektronisches Steuergerät 10', das sich von dem elektronischen
Steuergerät 10 gemäß den 1 und 2 nur dadurch unterscheidet, daß der Bauelementeträger 11 umgekehrt
auf dem Kühlkörper 12 angeordnet
ist. Dabei weisen die bedrahteten Sonderbauelemente des Bauelementeträgers 11 nicht
zum Kühlkörper, sondern
von diesem weg. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Verschlußdeckel 26 vorgesehen,
der den Bauelementeträger 11 umgibt
und an dem Kühlkörper 12 befestigt
ist, wie in 6 gezeigt.
Die 6 zeigt das zusammengebaute
elektronische Steuergerät 10' in einer um
180° um
eine vertikale Achse gedrehten Stellung.
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Für die elektrische
Verbindung des Bauelementeträgers 11 mit
dem Schaltungsträger 17 können alternativ
zu der in den 3 und 4 gezeigten Kontaktstiftleiste 22 auch
separate flexible Leiterplattenverbinder, welche in den Bauelementeträger und
den Schaltungsträger
gesteckt oder verlötet
werden, oder integrierte flexible Verbindungsbahnen verwendet werden.
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