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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft allgemein elektronische Steuermodule für Antiblockierbremssysteme und insbesondere einen Kühlkörper zum Verteilen der von den Elektronikbauteilen erzeugten Wärme, die in den Steuermodulen enthalten sind.
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Ein Antiblockierbremssystem (ABS) ist bei neuen Fahrzeugen oft Standardausrüstung. Bei Betätigung steuert das ABS den Betrieb von einigen oder allen Fahrzeugradbremsen. Ein typisches ABS enthält eine Mehrzahl von Magnetventilen, die in einem Steuerventilblock montiert und an das Fahrzeughydraulikbremssystem angeschlossen sind. Gewöhnlich umfaßt das ABS eine separate Hydraulikquelle, wie z. B. eine motorgetriebene Pumpe, um an den gesteuerten Radbremsen während eines ABS-Bremszyklusses wieder hydraulischen Druck aufzubringen. Die Pumpe ist typischerweise im Steuerventilblock enthalten, während der Pumpenmotor außen am Steuerventilblock befestigt ist.
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Ein ABS umfaßt ferner ein elektronisches Steuermodul, das einen Mikroprozessor hat. Das Steuermodul ist elektrisch gekoppelt mit dem Pumpenmotor, einer Mehrzahl Magnetspulen, die mit den Magnetventilen verbunden sind, und Raddrehzahlsensoren zum Überwachen der Geschwindigkeit und Verlangsamung der gesteuerten Räder. Das Steuermodul ist typischerweise auf dem Steuerventilblock befestigt, um eine kompakte Einheit zu bilden, die oft als ein ABS-Elektrohydrauliksteuergerät bezeichnet wird.
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Während des Fahrzeugbetriebes erhält der Mikroprozessor im ABS-Steuermodul von den Raddrehzahlsensoren fortlaufend Drehzahlsignale. Der Mikroprozessor überwacht die Drehzahlsignale auf mögliche Radblockierzustände. Wenn die Radbremsen betätigt sind und der Mikroprozessor einen nahenden Radblockierzustand sensiert, betätigt der Mikroprozessor den Pumpenmotor und betätigt wahlweise die Magnetventile im Steuergerät, um an den gesteuerten Radbremsen zyklisch einen Hydraulikdruck abzubauen und wieder aufzubringen. Der an die gesteuerten Radbremsen angelegte Hydraulikdruck wird durch den Betrieb der Magnetventile eingestellt, um einen Radschlupf auf ein sicheres Niveau zu begrenzen, während zum Abbremsen des Fahrzeugs, wie vom Fahrer gewünscht, weiterhin ein angemessenes Bremsdrehmoment erzeugt wird.
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Das ABS-Steuermodul enthält typischerweise zusätzlich zum Mikroprozessor elektronische Bauteile, die als Aktuatoren für die Magnetventile im Steuerventil und als Schaltungen zum Starten und Stoppen des Pumpenmotors wirken. Es ist wünschenswert, diskrete Elektronikbauteile und/oder Mehrfach-Hybridgeräte zu verwenden, die keine diskreten Anschlußleitungen haben, sondern auf ein Steuerschaltungssubstrat oberflächenbestückt sind, wie z. B. auf eine Leiterplatte oder eine Keramiksubstrat. Das Oberflächenbestücken erzielt eine höhere Packdichte der Elektronikbauteile und/oder Geräte innerhalb des Steuermoduls. Dies ermöglicht eine verringerte Gesamtgröße des Steuermoduls.
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Der durch die elektronischen Bauteile im Steuermodul vom Pumpenmotor und den Magnetventilwindungen aufgenommene Strom kann groß sein. Dementsprechend sind viele Elektronikbausteine so gewählt, daß sie hohe Stromnenndurchflüsse haben. Während des ABS-Betriebs erzeugen die inneren Widerstände der elektronischen Bauteile Wärme, die auf das Schaltungssubstrat übertragen wird. Die erzeugte Wärmemenge übersteigt typischerweise die Wärmeabführkapazität des Substrats. Somit ist gewöhnlich eine zusätzliche thermische Masse erforderlich, um einen zuverlässigen Betrieb des Steuermoduls zu sichern. Dementsprechend ist typischerweise ein druckgegossener oder geschmiedeter Aluminiumkühlkörper mit dem Steuerschaltungssubstrat durch einem thermisch leitenden Kleber verbunden. Der Kleber sichert das Schaltungssubstrat am Kühlkörper und bildet eine Schnittstelle, die dazwischen einen geringen thermischen Widerstandsweg bereitstellt.
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DE 42 25 358 A1 beschreibt ein Anbausteuergerät. Dieses Anbausteuergerät hat ein einseitig offenes Gehäuse, das an den Gehäuseblock eines Hydroaggregats angesetzt ist. In dem Gehäuse des Anbausteuergeräts ist eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Leistungsendstufe untergebracht, die auf einer Leiterfolie angeordnet ist. Die Leiterfolie ist dabei so ausgebildet und bemessen, dass gleichzeitig ein direktes Kontaktieren der Anschlusspins der Magnetventile und des Steckers möglich ist. Die Leiterfolie dient damit gleichzeitig als Träger der Schaltungsbauelemente und als Verbindung zwischen Verbrauchern und dem Stecker. Durch die direkte Anbindung der Verbraucher und des Steckers an die Leiterfolie entfallen zusätzliche Steckverbindungen.
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DE 195 18 518 C1 beschreibt ein Steuergerät für ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeugs. Dieses Steuergerät weist eine Leiterplatte mit Leistungsbauelementen auf. Damit die Wärme der Leistungsbauelemente gut nach außen abgeführt wird, ist die Leiterplatte unmittelbar auf dem ohnehin vorhandenen Ventilblock befestigt. Über ein Stanzgitter werden die Ventile elektrisch kontaktiert und in ihrer Lage gehalten. Eine Schutzhülle aus einem nachgiebigen Vergußmaterial schützt die gesamte Schaltung vor Umwelteinflüssen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Erfindung betrifft ein verbessertes ABS-Steuerventil, bei dem der Ventilblock ein Kühlkörper für die Elektronikbauteile im elektronischen ABS-Steuermodul ist.
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Wie oben beschrieben, umfassen elektronische ABS-Steuermodule des Standes der Technik typischerweise Steuerschalttechnik mit Elektronikbauteilen, die auf einem Keramik- oder Leiterplatten-Schaltungssubstrat befestigt sind. Das Schaltungssubstrat ist mit einem druckgegossenen oder geschmiedeten Aluminiumkühlkörper durch eine thermisch leitende Kleberschicht verbunden. Die Steuerschaltung und der Kühlkörper sind in einem Steuermodulgehäuse eingeschlossen.
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Typischerweise sind ABS-Hydraulikpumpenmotor-Stromschalteinrichtungen in der Steuerschaltung enthalten und auf dem gleichen Kühlkörper mit anderen elektronischen ABS-Logik- und/oder Leistungsgeräten angeordnet. Der Pumpenmotor nimmt typischerweise durch die Schalteinrichtungen große Ströme auf, was ein Erzeugen einer erheblichen Wärmemenge in den Geräten verursacht. Dementsprechend muß der ABS-Elektronikmodulkühlkörper ein ausreichend großes Volumen haben, um die von den elektronischen Bauteilen und den Hydraulikpumpenmotor-Schalteinrichtungen während der ABS-Bremszyklen erzeugte Gesamtwärme abzuführen.
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Es wäre ein ersatzweiser Kühlkörper wünschenswert, um die von den Elektronikbauteilen und den Pumpenmotorschalteinrichtungen erzeugte Wärme abzuführen. Die vorliegende Erfindung verwendet den Steuerventilblock als einen Kühlkörper für die elektronischen Steuermodulbauteile.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Steuerventil für ein Hydrauliksteuersystem vor, das einen Steuerventilblock mit einer Außenoberfläche, ein auf dem Ventilblock befestigtes Gehäuse und einem Steuerschaltungssubstrat umfasst. Das Gehäuse hat eine darin geformte Kammer. Die Kammer hat eine Aussparung, die um einen den Steuerventilblock benachbarten Rand der Kammer geformt ist. Die Aussparung definiert eine Aussparungsschulter. Das Steuerschaltungssubstrat ist angrenzend zur Außenoberfläche des Steuerventilblocks angeordnet. Das Substrat trägt Elektronikbauteile, die Bauteile des Hydrauliksteuersystems steuern können, und bildet mit der Außenoberfläche des Ventilblocks eine thermische Schnittstelle. Die Kammer nimmt dabei die von dem Substrat getragenen Elektronikkomponenten auf, während die Schulter einen Rand des Schaltungssubstrats aufnimmt und damit zusammenwirkt, um das Substrat gegen die Ventilblockoberfläche zu drängen. Der Ventilblock dient dann als ein Kühlkörper für die Elektronikbauteile. Zwischen dem Schaltungssubstrat und dem Ventilblock kann ein thermisch leitendes Material angeordnet sein.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Aussparung auf dem Ventilblock so befestigt ist, daß die Aussparung das Substrat aufnimmt. Das Gehäuse wirkt mit dem Substrat zusammen, um das Substrat gegen die Ventilblockoberfläche zu drängen. Das Gehäuse kann das Steuermodulgehäuse oder der Pumpenmotorbefestigungsflansch sein. Wenn der Pumpenmotorbefestigungsflansch als Gehäuse verwendet wird, ist die Aussparung in den Flansch eingeformt und die Erfindung sieht ein Anordnen der elektronischen Steuerbauteile für den Pumpenmotor innerhalb der Flanschaussparung vor.
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Die Erfindung sieht ferner ein Einspritzen eines Leitungsrahmens innerhalb des Gehäuses vor. Der Leitungsrahmen kuppelt die auf dem Substrat befestigten Elektronikbauteile elektrisch an andere elektrische Bauteile. Zusätzlich kann ein Verteiler, der einen Kühlkörper enthalten kann, in das Gehäuse gespritzt sein. Der Verteiler trägt das Substrat. Zwischen dem Substrat und dem Verteiler kann eine erste Schicht aus thermisch leitendem Material und zwischen dem Verteiler und dem Ventilgehäuse kann eine zweite Schicht aus thermisch leitendem Material angeordnet sein.
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Verschiedene Vorteile der Erfindung werden durch die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesene nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung offenbart.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen ABS-Steuerventils.
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2 ist eine ausgebrochene Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1, die den Aufbau eines elektronischen Steuergeräts veranschaulicht.
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3 ist eine alternative Ausführungsform des in 2 gezeigten Aufbaus des elektronischen Steuergeräts.
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4 ist eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Motorflansches.
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5 ist eine räumliche Ansicht eines alternativen Aufbaus des in 2 gezeigten Steuermoduls.
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6 ist eine räumliche Ansicht eines weiteren Aufbaus des in 5 gezeigten Steuermoduls.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend nun auf 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes verbessertes erfindungsgemäßes ABS-Steuerventil gezeigt. Zur Vereinfachung wurden in der 1 hydraulische Anschlüsse zum Verbinden des Ventils 10 mit Fahrzeugbremsbauteilen weggelassen. Das Steuerventil 10 umfaßt einen Steuerventilblock 11, in dem eine Mehrzahl von Magnetventilen (nicht gezeigt) und eine Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) befestigt ist. Ein elektrischer Pumpenmotor 12 ist auf der Seite des Ventilblocks 11 mit einem Befestigungsflansch 13 gehalten. Der Motor 12 hat eine Welle (nicht gezeigt), die sich zum Antreiben der Hydraulikpumpe in den Ventilblock 11 erstreckt. Auf der Oberseite des Ventilblocks 11 ist ein elektronisches Steuermodul 14 befestigt. Das Steuermodul 14 umfaßt zum Betätigen der Magnetventile im Ventilblock 11 und des Pumpenmotors 12 Logikschaltungen und elektronische Schalteinrichtungen. Ein erster elektrischer Steckanschluß 15 ist in einer Seite des Steuermoduls 14 ausgebildet, um eine elektrische Schnittstelle mit anderen ABS-Bauteilen bereitzustellen, wie z. B. Drehzahlsensoren (nicht gezeigt). Ein zweiter elektrischer Steckanschluß 16 erstreckt sich vom Steuermodul 14 zum Befestigungsflansch 13, um eine elektrische Schnittstelle mit dem Pumpenmotor 12 bereitzustellen.
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In 2 ist eine Schnittansicht des Steuermoduls 14 gezeigt. Der Deutlichkeit halber sind in der 2 bis 4 die Magnetventile und die Hydraulikpumpe nicht gezeigt, und ist in den 2 und 3 der Pumpenmotor 12 weggelassen worden. Das Modul 14 hat ein Gehäuse 18, das in der bevorzugten Ausführungsform durch einen herkömmlichen Spritzgießvorgang aus einem Kunststoff geformt ist; jedoch können zum Bilden des Gehäuses 18 andere Materialien verwendet werden. Das Gehäuse 18 enthält einen Deckel 19, der einen Zugriff auf das Gehäuseinnere ermöglicht. Das Gehäuse 18 ist um einen Stecker-Leitungsrahmen 20 gespritzt. Das Gehäuse 18 ist mit dem Ventilblock 11 durch herkömmliche Einrichtungen (nicht gezeigt) befestigt, wie z. B. Gewindebefestigungen, und bildet zusammen mit dem Ventilblock 11 eine Kammer 21.
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Entlang dem Unterteil der inneren Oberfläche des Gehäuses 18 ist eine Umfangsaussparung 22 ausgebildet. Die Aussparung legt eine horizontale Schulter 23 fest, deren Zweck später erklärt werden wird. Das Gehäuse 18 hat ferner einen in der Bodenoberfläche seines Unterteils ausgebildeten Umfangskanal 25. Im Kanal 25 ist ein elastischer Dichtungsring 26 angeordnet, wie z. B. ein Neopren-O-Ring, um zwischen dem Gehäuse 18 und dem Ventilblock 11 eine Abdichtung zu bilden. Obwohl in 2 ein Dichtungsring 26 gezeigt ist, versteht es sich, daß in den Kanal 25 mit einem thermisch erstarrten oder thermoplastischen Material eine Abdichtung eingespritzt (nicht gezeigt) oder in den Kanal 25 eingebracht (nicht gezeigt) werden kann. Wahlweise kann eine Dichtung (nicht gezeigt) aus einem elastischen Material zwischen dem Gehäuse 18 und der Oberseite des Ventilblocks 11 angeordnet sein. Wenn eine Dichtung die Abdichtung bildet, kann der Kanal 25 weggelassen werden.
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Innerhalb der Steuermodulkammer 21 ist eine elektronische Steuerschaltung 30 angeordnet. Die Steuerschaltung 30 umfaßt ein Schaltungssubstrat 31, das aus einem Keramikmaterial geformt oder eine laminierte Leiterplatte (PCB) sein kann. Auf dem Substrat 31 ist eine Mehrzahl Elektronikbauteile 32 befestigt. Die Elektronikbauteile 32 weisen Logikschaltungen auf, die in einem Mikroprozessor enthalten sein können, um die Drehzahlen der gesteuerten Räder zu überwachen und Einrichtungen zum Betätigen der Magnetventile und des Pumpenmotors 12 zu schalten. Auf dem Substrat 31 können auch Logikeinrichtungen zum Betreiben eines Wechselstrommotors befestigt sein. Die elektronischen Bauteile 32 sind durch Leiterbahnen (nicht gezeigt) verbunden, die auf der Oberseite des Substrats 31 gebildet sind. Eine Mehrzahl von Drahtverbindungen 33 verbindet elektrisch den eingespritzten Leitungsrahmen 20 mit den elektrischen Bahnen, um zum übertragen von Leistungsströmen und Signalen zwischen den Elektronikbauteilen 32 und dem ersten und zweiten elektrischen Steckanschluß 15 und 16 eine elektrische Verbindung bereitzustellen. Obwohl in 2 Drahtverbindungen 33 gezeigt sind, versteht es sich, daß andere herkömmliche Verbindungen verwendet werden können, wie z. B. Löten oder Widerstandsschweißen des Leitungsrahmens an die Leiterbahnen.
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In der bevorzugten Ausführungsform kann zwischen dem Substrat 31 und dem Ventilblock 11 eine Schicht aus elastischem thermisch leitenden Material 35 angeordnet sein, wie z. B. eine Klebstoff- oder Fettschicht, ein Elastomerpolster, eine vorimprägnierte Platte, eine Schicht aus Glasfaserepoxylaminat, eine Platte aus selbstklebendem Elastomer, oder andere herkömmliche Materialien, um einen Kontakt zwischen der gesamten Unterseite des Substrates 31 und der Oberseite des Ventilblocks 11 sicherzustellen. Wenn die Schicht 35 einen Klebstoff enthält, befestigt der Klebstoff das Substrat 31 am Ventilblock 11. Das thermisch leitende Material 35 verbessert die thermische Schnittstelle zwischen dem Substrat 31 und dem Ventilblock 11.
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Die Gehäuseaussparung 22 nimmt die Ränder des Substrats 31 und des thermisch leitenden Materials 35 auf. Die Aussparungsschulter 23 wirkt mit den Substraträndern zusammen, um die Unterseite des Substrats 31 und das thermisch leitende Material 35 gegen die Oberseite des Ventilblocks 11 zu drängen. und dazwischen eine thermische Schnittstelle zu bilden. Zusätzlich kann eine Mehrzahl Pfosten (nicht gezeigt) ausgebildet sein, die sich von der Unterseite des Gehäusedeckels 19 nach unten erstrecken. Die unteren Enden der Pfosten berühren die Oberseite des Substrats 31, um den angrenzenden Bereich des Substrats 31 und das thermisch leitende Material 35 gegen den Ventilblock 11 zu drängen. Somit stellen die Pfosten ein maximales Kühlen von bestimmten Teilen des Substrats sicher.
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Typischerweise ist der Ventilblock 11 aus Aluminiumdruckguß. Allgemein ist der thermische Ausdehnungkoeffizient (CTE) des Ventilblocks 11 größer als der CTE des Schaltungssubstrats 31. Der CTE-Unterschied verursacht im Steuermodul ein Entstehen von thermomechanischen Spannungen, da sich der Ventilblock 11 bei Temperaturschwankungen starker ausdehnen und zusammenziehen kann als das Schaltungssubstrat 31. Dementsprechend ist das thermisch leitende Material 35, das die Schnittstelle zwischen dem Schaltungssubstrat 31 und dem Ventilblock 11 bildet, so ausgewählt, daß es die unterschiedlichen CTEs ausgleichen kann und zum Aufnehmen der thermomechanischen Spannungen dick genug ist. Wenn auf der Unterseite des Substrats 31 Leiterbahnen geformt sind, wird ein thermisch leitendes Material ausgewählt, das zum elektrischen Isolieren der Leiterbahnen vom Ventilblock 11 auch ein elektrischer Isolator ist. Die elektrische Isolierung verhindert, daß der Ventilblock 11 für die Elektronikbauteile eine Kurzschlußbahn bildet.
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Wenn die Masse des Ventilblocks 11 ausreichend groß ist, um die von der Steuerschaltung 30 erzeugte Wärme ohne übermäßige Ausdehnung zu verteilen, kann es möglich sein, das thermisch leitende Material 35 wegzulassen. Die Verwendung des Materials 35 ist somit optional. Wenn die Schicht aus thermisch leitendem Material 35 weggelassen ist, wird jedoch die Unterseite des Substrats 31 unmittelbar gegen die Oberseite des Ventilblocks 11 gedrängt. Dementsprechend ist eine elektrische Isolierung zwischen jeglichen Leiterbahnen an der Unterseite des Substrats 31 und dem Ventilblock 11 vorhanden, um sicherzustellen, daß der Ventilblock 11 nicht eine Kurzschlußbahn für die Elektronikbauteile bildet.
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Wenn die Steuermodulschaltung 30 während eines Antiblockierbremszyklusses in Betrieb ist, wird die von den Elektronikbauteilen 32 erzeugte Wärme durch das Substrat 31 und das thermisch leitende Material 35 zum Ventilblock 11 übertragen, wo die Wärme innerhalb der Ventilblockmasse verteilt wird. Somit dient der Ventilblock 11 als ein Kühlkörper für die Elektronikbauteile 32 und ein gesonderter Kühlkörper wird für die Steuerschaltungsbauteile 32 nicht benötigt. Dies vereinfacht die Herstellung des Steuerventils 10 und senkt die Herstellungskosten.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform mit einem elastischen Dichtungsring 26 dargestellt ist, versteht es sich, daß die Erfindung auch ohne einen Dichtungsring 26 ausgeführt werden kann. Wenn der Dichtungsring 26 weggelassen ist, kann die Steuerschaltung 30 wahlweise eingekapselt sein, um die Schaltungsbauteile 32 vor Umweltverunreinigungen zu schützen. Obwohl der zweite Steckanschluß 16 mit dem Befestigungsflansch 13 einstückig gebildet dargestellt ist, versteht es sich ferner, daß zum Verbinden des Motors 12 mit dem Steuermodul 14 alternativ ein Steckeranschluß mit einem Leitungsstück (nicht gezeigt) verwendet werden kann.
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Es versteht sich darüber hinaus, daß die Anordnung der Elektronikbauteile 32 auf dem Substrat 31 viele Formen annehmen kann. Es könnten Mehrfach- oder Einfach-Chiphybridschaltungen unter Verwendung der Keramiksubstrat- oder Leiterplatten-(PCB)-Laminattechnologie verwendet werden. Auch könnten die gehäusten oder ungehäusten Elektronikbauteile mit jeder Schaltungsverbindungstechnologie verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht im Verwenden von Kunststoff- oder Metall-Federklipps, die im Steuermodulgehäuse 18 angeordnet sind, und von gelöteten gehäusten Bauteilen. Federklipps (nicht gezeigt) könnten auch anstatt der Schulter 23 verwendet werden, um das Substrat 31 gegen die Oberfläche des Ventilblocks 11 zu drängen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine alternative Ausführungsform vor, die in 3 allgemein mit 40 bezeichnet und veranschaulicht ist. In 3 gezeigte Bauteile, die in 2 gezeigten Bauteilen ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die alternative Ausführungsform 40 umfaßt ein um einen Leitungsrahmen 20 gespritztes Gehäuse 41 und einen Verteiler 42, der das Schaltungssubstrat trägt. Der Verteiler 42, der einen Kühlkörper umfassen kann, besteht aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Aluminium, Stahl, Kupfer oder einen Metallverbundwerkstoff. Zwischen dem Substrat 31 und dem Verteiler 42 ist eine erste Schicht aus thermisch leitendem Material 35 angeordnet, während zwischen dem Verteiler 42 und der Oberseite des Ventilblocks 11 eine zweite Schicht 43 aus thermisch leitendem Material angeordnet ist. Das thermisch leitende Material kann einen Klebstoff, ein Fett oder ein Elastomerpolster umfassen. Der Verteiler 42 erhöht die thermische Leistung am Ventilblock zur thermischen Schnittstelle des Modulgehäuses und verbessert die Steifigkeit der Struktur.
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Eine Mehrzahl von Blindsteckern, wie z. B. die in 3 gezeigten Bajonettstecker 44, verbindet den Leitungsrahmen 20 mit den auf der Oberseite des Substrats 31 geformten Leiterbahnen. Wahlweise können für die Verbindung Drahtverbindungen (nicht gezeigt) verwendet werden. Blindstecker können ebenfalls zum Verbinden des Leitungsrahmens 20 mit den Leiterbahnen der in 2 gezeigten Ausführungsform verwendet werden.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen, die in den 1 bis 3 gezeigt worden sind, das elektronische Steuermodul 14 auf der Oberseite des Ventilblocks 11 befestigt haben, versteht es sich, daß die Erfindung auch mit einem Steuermodul ausgeführt werden kann, das auf anderen Ventilblockoberflächen, wie z. B. einer Seitenfläche, befestigt ist.
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Wie oben beschrieben, zieht der Pumpenmotor 12 während ABS-Bremszyklen typischerweise große Ströme und die Pumpenmotorschalteinrichtungen stellen typischerweise im Steuermodul 14 die größte Quelle von Wärme dar, die von dem Steuermodulkühlkörper verteilt werden muß. Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Verlagerung der Motorsteuerelektronikbauteile vom Steuermodulgehäuse 18 zum Motorbefestigungsflansch 13 vor.
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In 4 ist eine Schnittansicht des Motorbefestigungsflansches 13 gezeigt. Die in 4 gezeigten Bauteile, die den in 1 und 2 gezeigten Bauteilen ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zur Vereinfachung wurde das Steuermodul 14 in 4 weggelassen. Der Befestigungsflansch 13 hat eine im wesentlichen kreisförmige Form und ist in der bevorzugten Ausführungsform aus einem Kunststoff durch einen Spritzgießprozeß geformt; jedoch können für den Flansch 13 andere Materialien, wie z. B. Aluminium, verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Flansch 13 um einen Steckerleitungsrahmen 45 gespritzt. Durch die Mitte des Flansches 13 ist eine Öffnung 46 geformt. Durch die Öffnung 46 erstreckt sich eine Motorwelle 47 zum Antreiben der Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) in den Ventilblock 11.
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Eine ringförmige Leiste 48 steht axial von der rechten Stirnfläche des Flansches 13 ab. Eine in der Außenseite der Leiste 48 ausgebildete Umfangsnut 49 nimmt einen elastischen Dichtungsring 50 auf, wie z. B. ein Neopren-O-Ring. Wie in 4 gezeigt, erstreckt sich ein offenes Ende eines Motorgehäuses 51 über die Leiste 48 und bildet zusammen mit dem Dichtungsring 20 eine Abdichtung zwischen dem Motorgehäuse 51 und dem Befestigungsflansch 13. Wahlweise kann eine Abdichtung auf die Oberfläche der Leiste 48 gespritzt oder aufgetragen (nicht gezeigt) sein, oder zwischen dem Befestigungsflansch 13 und dem Ende des Motorgehäuses 51 eine Dichtung (nicht gezeigt) angeordnet sein. Der Motor 12 ist am Flansch 13 in einer herkömmlichen Art und Weise gesichert, wie z. B. mit einer Mehrzahl Schraubbefestigungen (nicht gezeigt). Die Schraubbefestigungen können sich durch den Befestigungsflansch 13 in den Ventilblock 11 erstrecken, um sowohl den Motor 13 als auch den Flansch 14 am Ventilblock 11 zu sichern.
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In der linken Stirnfläche des Flansches 13 ist eine ringförmige Aussparung 55 ausgebildet. Die Aussparung 55 kann durchgängig, oder von sich radial erstreckenden Wänden (nicht gezeigt) unterbrochen sein. In der Aussparung 55 sind innere und äußere Schultern 56 bzw. 57 ausgebildet. Der Zweck der Schultern 56 und 57 wird später erklärt werden. In der linken Stirnfläche des Flansches 13 sind ferner innere und äußere Umfangsnuten 60 bzw. 61 ausgebildet. Die Nuten 60 und 61 nehmen elastische Dichtungsringe 62 und 63 auf, wie z. B. Neopren-O-Ringe. Die Dichtungsringe 62 und 63 dichten zusammen mit dem Flansch 13 und der Oberfläche des Ventilblocks 11 die Aussparung 55 gegenüber Verschmutzungen ab. Obwohl in 4 O-Ringe 62 und 63 gezeigt worden sind, versteht es sich, daß eine Abdichtung in die linke Stirnfläche des Flansches 13 auch gespritzt oder aufgetragen (nicht gezeigt) sein kann. Wahlweise kann eine Dichtung (nicht gezeigt) aus einem elastischen Material zwischen dem Flansch 13 und dem Ventilblock 11 angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Umfangsnuten 60 und 61 weggelassen sein können.
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Die Schultern 56 und 57 stützen ein scheibenförmiges Schaltungssubstrat 65, das aus einem Keramikmaterial gebildet sein kann oder eine laminierte Leiterplatte (PCB) sein kann. Die Scheibenform des Schaltungssubstrats 65 paßt in die verfügbare Form der Aussparung 55; wenn gewünscht, kann jedoch ein kleineres Substrat (nicht gezeigt) mit einer anderen Form verwendet werden. Wie in 4 gezeigt ist durch die Mitte des Substrats 65 eine Öffnung 66 geformt. Die Öffnung 66 nimmt die Motorwelle 47 und einen Teil des Flansches 13 auf.
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Auf dem Substrat 65 sind zum Steuern des Motors 12 elektronische Motorsteuerbauteile 67 befestigt. Auf dem Substrat 65 könnten auch Logikgeräte zum Betreiben eines Wechselstrommotors befestigt sein. Die Elektronikbauteile 67 sind durch auf der Oberfläche des Substrats 65 ausgebildete Leiterbahnen miteinander elektrisch verbunden. Der Leitungsrahmen 45 ist, wie in 4 gezeigt, mit den Leiterbahnen durch eine Mehrzahl von Drahtverbindungen 68 verbunden; zwischen dem Leitungsrahmen 45 und den Leiterbahnen können jedoch andere herkömmliche Verbindungen verwendet werden, wie z. B. der oben beschriebene Blindstecker. Die Schultern 56 und 57 pressen die Oberfläche des Substrats 65 gegen die Oberfläche des Ventilblocks 11, um dazwischen eine thermische Schnittstelle zu bilden. Zusätzlich kann der Flansch 13 eine Mehrzahl von Pfosten (nicht gezeigt) aufweisen, die sich durch die Aussparung 55 und gegen die Oberfläche des Substrats 65 erstrecken, um die angrenzenden Teile des Substrats 65 gegen den Ventilblock 11 zu drängen.
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Ähnlich der oben beschriebenen Struktur, kann zwischen dem Substrat 65 und dem Ventilblock 11 eine Schicht aus elastischem thermisch leitendem Material 68 angeordnet sein, wie z. B. eine Schicht aus einem Klebstoff oder Fett, ein Elastomerpolster, eine Platte aus vorimprägniertem Material, eine Schicht aus Glasfaserepoxylaminat, eine Platte aus selbstklebendem Elastomer, oder andere herkömmliche Materialien, um einen Kontakt zwischen der gesamten Oberfläche des Substrats 65 und der Oberfläche des Ventilblocks 11 sicherzustellen. Wenn die Schicht 68 einen Klebstoff umfaßt, befestigt der Klebstoff das Substrat 65 am Ventilblock 11. Das thermisch leitende Material 68 verbessert die Wärmeschnittstelle zwischen dem Substrat 65 und dem Ventilblock 11, und nimmt mögliche thermomechanische Spannungen auf.
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Wenn die Masse des Ventilblocks 11 ausreichend groß ist, um die von den Elektronikbauteilen 67 erzeugte Wärme ohne übermäßiges Ausdehnen zu verteilen, kann es möglich sein, das Material 68 wegzulassen. Dementsprechend wird das Material 68 optional verwendet. Wenn die Schicht aus thermisch leitendem Material 68 weggelassen ist, wird die Oberfläche des Substrats 65 unmittelbar gegen die Oberfläche des Ventilblocks 11 gedrängt. Zwischen jeglichen Leiterbahnen auf der Unterseite des Substrats 31 und dem Ventilblock 11 ist zusätzlich eine elektrische Isolierung vorhanden, um sicherzustellen, daß der Ventilblock 11 nicht eine Kurzschlußbahn für die Elektronikbauteile bildet.
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Wenn der Motor 12 während eines Antiblockierbremszyklusses betrieben wird, wird die von den elektronischen Motorsteuerbauteilen 67 erzeugte Wärme durch das Substrat 65 und das thermisch leitende Material 68 zum Ventilblock 11 übertragen, wo die Wärme innerhalb der Ventilblockmasse verteilt wird. Somit bildet der Ventilblock 11 einen Kühlkörper für die elektronischen Motorsteuerbauteile 67. Das Entfernen der elektronischen Motorsteuerbauteile 67 vom Steuermodul 14 und das Verwenden des Ventilblocks 11 als Kühlkörper ermöglicht eine verringerte Größe des Steuermoduls 14.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform mit drei elastischen Dichtungsringen 50, 62 und 63 veranschaulicht ist, versteht es sich, daß die Erfindung auch ohne Dichtungsringe ausgeführt werden kann. Wenn die Dichtungsringe weggelassen sind, kann die Steuerschaltung wahlweise eingekapselt sein, um die Schaltungsbauteile gegen Umweltverunreinigungen zu schützen. Zusätzlich können für den Motor 12 Dichtungsringe vorgesehen sein. Obwohl ein mit dem Befestigungsflansch 13 einstückig gebildeter Steckanschluß 16 gezeigt ist, versteht es sich ferner, daß zum Verbinden der elektronischen Motorsteuerbauteile 67 mit dem Steuermodul 14 wahlweise ein Steckanschluß mit einem Leitungsstück (nicht gezeigt) verwendet werden kann.
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Es versteht sich, daß das Befestigen der Elektronikbauteile 67 am Substrat 65 viele Formen annehmen kann. Unter Verwendung der Keramiksubstrat- oder Leiterplatten-(PCB)-Laminattechnologie könnten Mehrfach- oder Einfach-Chiphybridschaltungen verwendet werden. Gehäuste oder ungehäuste Elektronikbauteile könnten ebenfalls mit jeder Schaltungsverbindungstechnologie verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist das Verwenden von Kunststoff- oder Metallfederklipps im Motorflansch und von gelöteten diskreten Bauteilen. Die Federklipps könnten auch anstatt der Aussparungsschultern 56 und 57 verwendet werden, um das Substrat 65 gegen die Oberfläche des Ventilblocks 11 zu drängen.
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Ähnlich der in 3 veranschaulichten Struktur, sieht die Erfindung ferner ein Einspritzen eines Verteilers (nicht gezeigt) in den Motorflansch 13 vor. Wie oben beschrieben, kann der Verteiler einen Kühlkörper aufweisen. Der Verteiler wurde das Substrat 65 und die Elektronikbauteile 67 tragen, um die thermische Leistung am Ventilblock zur thermischen Schnittstelle des Motorflansches zu erhöhen und die Steifigkeit der Struktur zu verbessern. Wie in 3 gezeigt, ist ferner vorgesehen, daß eine erste Schicht aus thermisch leitendem Material zwischen dem Substrat 65 und dem Verteiler und eine zweite Schicht aus thermisch leitendem Material zwischen dem Verteiler und dem Ventilblock 11 angeordnet sein kann. Der Verteiler wäre aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Aluminium, Stahl, Kupfer oder einem Metallverbundwerkstoff hergestellt.
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In den 5 und 6 sind alternative Ausführungsformen zum Entfernen der elektronischen Motorsteuerbauteile vom Steuermodul 14 veranschaulicht. Bauteile, die den in den 1 und 2 gezeigten Bauteilen ähnlich sind, sind in den 5 und 6 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In den 5 und 6 sind die Motorsteuergeräte in einem gesonderten Modul 70 angeordnet, das auf dem zweiten elektrischen Steckanschluß 16 außerhalb des Motorflansches 13 befestigt ist. Die elektronischen Motorsteuerbauteile sind im Modul 70 mit ähnlichen Befestigungsstrukturen gehalten, wie die in den 2 und 3 gezeigten und oben beschriebenen, um sicherzustellen, daß zwischen dem Motorsteuerbauteilen und dem Ventilblock 11 eine thermische Schnittstelle gebildet ist.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Antiblockierbremssystem-Steuermodul beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich, daß die Erfindung auch auf andere Fahrzeugsteuersysteme angewendet werden kann, wie z. B. Fahrzeugstabilisierungs- und Traktions-Steuerelektronikmodule. Zusätzlich kann die Erfindung für jede beliebige Hydraulikventileinrichtung, wie z. B. ein Hauptzylinder einer Bremse, verwendet werden, bei der ein elektrischer Motor zum Verbessern der Bremssystemsteuerung verwendet wird. Des weiteren können Anbau- oder Wegbau-ABS-Elektronikmodule von dieser Erfindung profitieren. Es versteht sich ferner, daß die Erfindung auch zum Bereitstellen eines Kühlkörpers für Magnetspulenschaltbauteile und andere Elektronikbauteile in einem ABS-Steuermodul verwendet werden kann, obwohl die Erfindung als ein Bereitstellen eines Kühlkörpers für Motorschaltbauteile beschrieben worden ist.
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In Übereinstimmung mit den Vorschriften des Patentgesetzes ist das Prinzip und die Art des Betriebs dieser Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform erklärt und veranschaulicht worden. Jedoch ist zu verstehen, daß diese Erfindung anders ausgestaltet werden kann, als insbesondere erklärt und veranschaulicht worden ist, ohne von deren Grundgedanken oder deren Umfang abzuweichen.
