DE19919098A1 - Elektronische Einrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche in einem zweiteiligen Gehäuse eine zum Schalten hoher Ströme ausgebildete Elektronikeinheit aufweist, wobei zur Unterdrückung der dadurch hervorgerufenen Störsignale eine Kondensatoreinheit im Gehäuse angeordnet ist. DOLLAR A Bei einer elektronischen Einrichtung, welche einfach herstellbar ist, und bei welcher die von den elektronischen Schaltungen erzeugte Wärme die Funktion der elektronischen Schaltungen nicht weiter beeinflußt wird, ist die großflächig ausgebildete Kondensatoreinheit (4) und die Elektronikeinheit (8, 9) getrennt auf einem Trägersubstrat (3) angeordnet, wobei die Kondensatoreinheit (4) wärmetechnisch mit einem ersten Bereich (12) und die Elektronikeinheit (8, 9) wärmetechnisch mit einem zweiten Bereich (13) des ersten Gehäuseteiles (1) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche in einem zweiteiligen Gehäuse eine zum Schalten hoher Ströme ausgebildete Elektronikeinheit aufweist, wobei zur Unterdrückung der da­ durch hervorgerufenen Störsignale eine Kondensatoreinheit im Gehäuse angeordnet ist.

Es sind Steuergeräte bekannt, welche neben der Steuerelektronik auch eine Leistungsendstufe zur Ansteuerung eines im Kraftfahrzeug angeordneten Stellgliedes enthalten. Bei der Ansteuerung des Stellgliedes, wie beispiels­ weise eines Elektromotors für Fensterheber oder zur Realisierung eines Ventilhubes in einem Kraftfahrzeug werden durch die Leistungsendstufen hohe Ströme bereitgestellt. Im Falle einer getakteten Ansteuerung des Stell­ glieds werden durch das Schalten der hohen Ströme Störsignale innerhalb des Steuergerätes erzeugt, deren Pegel um ein Vielfaches größer sind als die Pegel der Signale, welche die Steuerelektronik verarbeitet. Durch die räumlich dichte Anordnung dieser unterschiedlichen Schaltungen beim Steuergerät werden die Signale der Steuereinrichtung durch diese elektro­ magnetischen Störsignale beeinflußt. Um die elektromagnetische Verträg­ lichkeit dieser beiden Anordnungen herzustellen, sind in den Steuergeräten Kondensatoren elektrisch verschaltet, welche die Störsignale kompensieren.

Sowohl die Leistungselektronik als auch die Kondensatoren erzeugen im Betrieb eine hohe Verlustwärme, welche über das Gehäuse an die Umge­ bung abgegeben wird.

Um die entstehende Wärme schnell abzuführen, sind umfangreiche kon­ struktive Gehäusegestaltungen in Form von Kühlkörpern notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Einrichtung anzugeben, welche einfach herstellbar ist, und bei welcher die von den elek­ tronischen Schaltungen erzeugte Wärme die Funktion der elektronischen Schaltungen nicht weiter beeinflußt.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß die großflächig aus­ gebildete Kondensatoreinheit und die Elektronikeinheit räumlich getrennt auf einem Trägersubstrat angeordnet sind, wobei die Kondensatoreinheit wär­ metechnisch mit einem ersten Bereich und die Elektronikeinheit wärmetech­ nisch mit einem zweiten Bereich eines ersten Gehäuseteiles verbunden ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die beiden, Verlustwärme er­ zeugenden Komponenten ihre Wärme an unterschiedliche Bereiche dessel­ ben Gehäuseteiles abgeben, wodurch eine schnelle Wärmeabfuhr über die gesamte Fläche des ersten Gehäuseteiles gewährleistet wird. Damit wird der bestmögliche Wärmeaustausch zwischen Elektronik und dem Gehäuseteil erzielt. Aufgrund dieser Wärmeverteilung kann auf die Verwendung eines als Kühlkörper gestalteten zweiten Gehäuseteiles verzichtet werden.

In einer Ausgestaltung ist die Kondensatoreinheit auf einer, dem ersten Ge­ häuseteil zugewandten Oberfläche des Trägersubstrates angeordnet, wäh­ rend die Elektronikeinheit auf einer, dem Gehäuseteil abgewandten Oberflä­ che des Trägersubstrates angeordnet ist, wobei der erste Bereich des ersten Gehäuseteiles auf der Kondensatoreinheit aufliegt, während der zweite Be­ reich des ersten Gehäuseteiles annähernd vollständig auf der, dem ersten Gehäuseteil zugewandten Oberfläche aufliegt.

Durch diese Anordnung wird eine, den Einbauerfordernissen im Kraftfahr­ zeug entsprechende flache elektronische Einrichtung bereitgestellt, bei wel­ cher der zur Verfügung stehende Bauraum sowohl innerhalb der elektroni­ schen Einrichtung selbst als auch im Kraftfahrzeug optimal genutzt werden kann.

Vorteilhafterweise sind die, die Elektronikeinheit bildenden Bauteile auf der dem ersten Gehäuseteil abgewandten Oberfläche oberflächenmontiert. Auch die elektrische Verbindung der Kondensatoreinheit bzw. einer Steckereinheit mit der Elektronikeinheit kann über diese Oberflächenmontage erfolgen.

In einer Ausgestaltung ist der erste Bereich des ersten Gehäuseteiles zur formschlüssigen Aufnahme der Kondensatoreinheit an seiner Innenfläche an die Außenkontur der Kondensatoreinheit angepaßt.

Insbesondere bei der Verwendung von handelsüblichen Kondensatorzellen, weist die Innenfläche des ersten Bereiches des ersten Gehäuseteiles der Außenkontur der Kondensatorelemente entsprechende halbkreisförmige Vertiefungen auf. Bei dieser Anordnung liegt das erste Gehäuseteil direkt auf den Kondensatorzellen auf, wodurch ein unmittelbarer Wärmekontakt ent­ steht.

Zwischen der Kondensatoreinheit und dem ersten Gehäuseteil ist eine Wärmeleitkleberschicht angeordnet. Diese Wärmeleitkleberschicht überträgt nicht nur die von der Kondensatoreinheit erzeugte Wärme an den ersten Be­ reich des ersten Gehäuseteiles, sondern gleicht zusätzlich die bauliche Tole­ ranzlage der Kondensatorzellen innerhalb des Gehäuses aus, was durch die Fixierung am ersten Gehäuseteil noch unterstützt wird.

In einer Ausgestaltung ist zwischen dem ersten und einem zweiten Gehäu­ seteil eine nach außen geführte Steckereinheit angeordnet, deren Stec­ kerelemente zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der Konden­ satoreinheit oder der Elektronikeinheit auf dem Trägersubstrat verbunden sind.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll an­ hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 Draufsicht auf die erfindungsgemäße Einrichtung.

Fig. 2 Schnitt durch die Erfindungsgemäße Einrichtung.

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, wie sie zur Ansteuerung eines Elektromotors verwendet wird, der den Ventilhub eines Lufteinlaßventiles eines Verbrennungsmotors einstellt. Die elektronische Einrichtung besteht aus zwei Gehäuseteilen 1 und 2. Zwei Steckereinheiten 6a bzw. 6b ragen aus dem Gehäuse 1, 2 heraus. In räumli­ cher Nähe zum Steckmodul 6b ist eine Kondensatoreinheit bestehend aus drei Kondensatorzellen 4a bis 4c angeordnet. Neben den Kondensatorzellen 4a, 4b, 4c ist eine Zenerdiode 5 vorgesehen, um Stromspitzen zu unterbin­ den und somit die elektronische Schaltung vor einer Zerstörung zu schützen. Das erste Gehäuseteil 1 weist hinsichtlich der wärmetechnischen Anbindung der Elektronik zwei Bereiche auf. Der erste Bereich 12 des ersten Gehäu­ seteiles 1 erstreckt sich entlang der gesamten Ausdehnung der Kondensa­ torzellen 4a, 4b, 4c von Gehäuserand 14 bis über das Ende der Kondensa­ toreinheit 4a, 4b, 4c hinaus. Daran schließt sich parallel zur Steckereinrich­ tung 6a ein zweiter Bereich 13 des Gehäuseteiles 1 an.

Die Gestaltung der beiden Bereiche 12, 13 des Gehäuseteiles 1 sollen im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert werden. Diese zeigt zwei Schnitte durch die erfindungsgemäße Einrichtung.

Im Schnitt A-A' ist zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2 die Steckereinheit 6b dicht angeordnet. Die Steckeinheit 6b weist mehrere als Stanzbiegeteil ausgebildete Steckerelemente 7 auf, welche nach außen geführt sind und zum Anschluß eines Gegensteckers dienen. Im Gehäuseinneren 15 sind die Steckerelemente 7 mit einer Leiterplatte 3 verlötet, welche zwischen den beiden Gehäuseteilen 1 und 2 gelagert ist. Die Steckerelemente 7 stellen somit eine elektrische Verbindung mit einer Steuerelektronik 9 her, welche in Abhängigkeit des zu überwachenden Prozesses Steuersignale für ein Lei­ stungsendstufenmodul 8 erzeugt.

Die Steuerelektronik 9 ist auf einer Seite 16 der Leiterplatte 3 gegenüberlie­ gend zu den drei Kondensatorzellen 4a, 4b, 4c sowie der Zenerdiode 5 an­ geordnet, welche auf der zweiten Seite 17 der Leiterplatte 3 angebracht sind. Die Kondensatorzellen 4a, 4b, 4c greifen dabei formschlüssig in Ausneh­ mungen 10 ein, welche an der Innenseite des ersten Bereiches 12 des zweiten Gehäuseteiles 1 ausgebildet sind. Im vorliegenden Fall sind diese Ausnehmungen 10 halbkreisförmig ausgebildet. Auf diese Weise wird ein direkter Wärmekontakt der Kondensatorzellen 4a, 4b, 4c mit dem ersten Ge­ häuseteil 1 hergestellt.

Die Leiterplatte 3 wird dabei von dem ersten Gehäuseteil 1 sowie der Stec­ kereinheit 6b getragen. Zwischen den einzelnen Kondensatorzellen 4a, 4b, 4c und jeder Ausnehmung 10 ist eine Wärmeleitkleberschicht 11 zur verbes­ serten Wärmeabfuhr angeordnet.

Wie dem Schnitt B-B' zu entnehmen ist, ist eine weitere Steckereinheit 6a über ebenfalls als Blechformteil ausgebildete Steckerelemente 7 mit der Leiterplatte 3 verbunden. Auch hier dient das Steckerelement 6a zum An­ schluß an einen Gegenstecker, welcher der Energieversorgung der sich in diesem Bereich auf der Leiterplatte 3 befindenden Leistungsendstufenelek­ tronik 8 gewährleistet. Des weiteren wird über dieses Steckerelement 6a die von der Leistungsendstufenelektronik 8 nach Anforderung durch die Steuer­ elektronik 9 bereitgestellten Schaltspannung bzw. -ströme für den Elektro­ motor generiert und an diesen übertragen. Auch die Leistungsendstufen­ elektronik 8 ist auf der, dem zweiten Gehäuseteil zugewandten Oberfläche 16 der Leiterplatte 3 angeordnet. Der zweite Bereich 13 des ersten Gehäu­ seteiles 1 liegt in diesem Bereich flächig auf der Gegenseite 17 der Leiter­ platte 3 auf und bildet somit einen direkten Wärmekontakt. Sowohl die Bau­ elemente der Steuerelektronik 9 sowie die Bauelemente der Leistungsend­ stufenelektronik 8, als auch die Steckerelemente 7 und die elektrische Ver­ bindung der Kondensatoren 4a, 4b, 4c sind auf der dem zweiten Gehäuseteil 2 zugewandten Oberfläche 16 der Leiterplatte 3 mittels der an sich bekann­ ten SMD-Technik oberflächenmontiert.

Bei dem beschriebenen Anwendungsfall treten Ströme bis zu 100 Ampere auf, und die Kondensatoren haben dabei eine Kapazität von annähernd 3000 bis 4000 Mikrofarad, um einen zuverlässigen EMV-Schutz der Schal­ tungsanordnung zu gewährleisten.

Bezugszeichen

1

erstes Gehäuseteil

2

zweites Gehäuseteil

3

Leiterplatte

4

Kondensator

5

Zenerdiode

6

Steckereinrichtung

7

Steckerelement

8

Leistungselektronik

9

Steuerelektronik

10

Halbkreisförmige Ausnehmung

11

Wärmeleitkleber

12

Erster Bereich des ersten Gehäuseteiles

13

Zweiter Bereich des ersten Gehäuseteiles

14

Gehäuserand

15

Gehäuseinneres

16

Erste Seite der Leiterplatte

17

Zweite Seite der Leiterplatte

Claims (7)

1. Elektronische Einrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche in einem zweitei­ ligen Gehäuse eine zum Schalten hoher Ströme ausgebildete Elektroni­ keinheit aufweist, wobei zur Unterdrückung der dadurch hervorgerufenen Störsignale eine Kondensatoreinheit im Gehäuse angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die großflächig ausgebildete Kondensa­ toreinheit (4) und die Elektronikeinheit (8, 9) räumlich getrennt auf einem Trägersubstrat (3) angeordnet sind, wobei die Kondensatoreinheit (4) wärmetechnisch mit einem ersten Bereich (12) und die Elektronikeinheit (8, 9) wärmetechnisch mit einem zweiten Bereich (13) eines ersten Ge­ häuseteiles (1) verbunden sind.

2. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheit (4) auf einer, dem ersten Gehäuseteil (1) zu­ gewandten Oberfläche (17) des Trägersubstrates (3) angeordnet ist, während die Elektronikeinheit (8, 9) auf einer, dem ersten Gehäuseteil (1) abgewandten Oberfläche (16) des Trägersubstrates (3) angeordnet ist, wobei der erste Bereich (12) des ersten Gehäuseteiles auf der Konden­ satoreinheit (4) aufliegt, während der zweite Bereich (13) des ersten Ge­ häuseteiles (1) annähernd vollständig auf der, den ersten Gehäuseteil (1) zugewandten Oberfläche (17) des Trägersubstrates (3) aufliegt.

3. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die, die Elektronikeinheit (8, 9) bildenden Bauteile auf der, dem er­ sten Gehäuseteil (1) abgewandten Oberfläche (16) des Trägersubstrates (1) oberflächen montiert sind.

4. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (12) des ersten Gehäuseteiles (1) an seiner Innen­ fläche der Außenkontur der Kondensatoreinheit angepaßt ist.

5. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheit (4) aus einzelnen Kondensatorelementen (4a, 4b, 4c) gebildet ist, wobei die Innenfläche des ersten Bereiches (12) des ersten Gehäuseteiiles (1) der Außenkontur der einzelnen Kondensa­ torelemente (4a, 4b, 4c) entsprechende halbkreisförmige Vertiefungen (10) aufweist.

6. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Wärmeleitkleberschicht (11) zwischen der Konden­ satoreinheit (4) und dem ersten Bereich (12) des ersten Gehäuseteiles (1) angeordnet ist.

7. Elektronische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten (1) und einem zweiten Gehäuseteil (2) eine nach außen geführte Steckereinrichtung (6) angeordnet ist, deren Steckerelemente (7) zur Herstellung einer elektri­ schen Verbindung mit der Kondensatoreinheit (4) oder der Elektronikein­ heit (8, 9) auf dem Trägersubstrat (3) verbunden sind.