DE4121545C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, mit einer
von einem Gehäuse umschlossenen
Trägerplatte, mit
wärmeerzeugenden Bauteilen und wärmeempfindlichen
Bauteilen.
Ein solches Gerät kann beispielsweise ein
Glühlampenkontrollgerät für ein Kraftfahrzeug sein. Ein
solches besitzt zur Stromdetektion einige niederohmige
Widerstände, die sich beim Stromdurchgang erwärmen, sowie
einen elektronischen Schaltungsaufbau, der unter anderem
auch wärmeempfindliche Bauteile enthält.
Des weiteren kann es auch ein beliebiges Steuergerät sein,
das zum einen ein Steuerteil mit wärmeempfindlichen
Bauteilen enthält und das zum anderen auch ein
Leistungsteil enthält, dessen Verlustleistung eine
Erwärmung des Geräts bewirkt.
Ein elektrisches Gerät mit
wärmeerzeugenden Bauteilen und wärmeempfindlichen Bauteilen
ist beispielsweise aus der EP-A 01 42 053 bekannt.
Beschrieben ist hier ein Kontrollgerät zur
Stromkreisüberwachung für ein Kraftfahrzeug, das als
wärmeerzeugende Bauteile Blechstreifenwiderstände besitzt,
die in parallel zu einer Leiterplatte gelegenen Ebenen in
einem gewissen Abstand zur Leiterplatte angeordnet sind und
die mit dieser über Leiterstege verschaltet sind. Dieses
Gerät ist mechanisch aufwendig und dürfte zudem
erschütterungsempfindlich sein, da die
Blechstreifenwiderstände nur über relativ lange und dünne
Leiterstege an der Leiterplatte befestigt sind. Diese
Schwierigkeit dürfte besonders dann von Bedeutung sein,
wenn die Anordnung mehrerer Blechstreifenwiderstände
vorgesehen ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß solche
Blechstreifenwiderstände, insbesondere solche mit langen
Leiterstegen für eine automatische Bestückung der
Leiterplatte nur wenig oder gar nicht geeignet sind,
wodurch die Massenfertigung eines solchen Geräts erschwert
und verteuert wird.
Aus der DE-OS 27 57 282 ist ein Gerät bekannt, bei dem das
Gerätegehäuse in mehrere thermisch weitgehend voneinander
isolierte Bereiche aufgeteilt ist. Im Geräteinneren
und/oder in den Gerätegehäusewänden sind thermische
Barrieren vorgesehen, das heißt, Stellen, an denen die
Wärmeleitfähigkeit herabsetzende Formgebungsmaßnahmen oder
der Einbau schlecht wärmeleitender Materialien vorgesehen
sind.
Die aufgeführten Maßnahmen zur Formgebung, z. B. die
Anbringung von Aussparungen und Perforationen innerhalb der
Gehäusewände, das Anformen von Kühlflächen sowie das
Zusammenfügen unterschiedlicher Materialen zu einem
Gehäusekörper sind insbesondere zur Herstellung eines
Kleingeräts unverhältnismäßig aufwendig.
Die mit unterschiedlich hohen Verlustleistungen behafteten
Schaltungsteile sind auf verschiedene Bereiche des Gehäuses
vorzugsweise auf mehrere Gehäusekammern verteilt. Der
hierdurch bedingte hohe schaltungstechnische Aufwand
erschwert und verteuert die Herstellung eines solchen
Gerätes noch zusätzlich.
Ein elektrisches Gerät mit einem Kühlblech zeigt
das DE-GM 74 11 120. Bei diesem Gerät ist die Trägerplatte
als Kühlblech ausgeführt, welches durch eine schlitzförmige
Aussparung in zwei Bereiche geteilt wird. Diesseits und
jenseits des Schlitzes sind mehr bzw. weniger stark
temperaturempfindliche Bauelemente angeordnet.
Dieses Gerät weist den Nachteil auf, daß es relativ
arbeits- und kostenaufwendig ist, eine Anzahl von
Bauelementen auf einem Kühlkörper anzuordnen, insbesondere
unter dem Gesichtspunkt, daß die meisten Bauelemente
elektrisch isoliert auf dem Kühlkörper angebracht werden
müssen.
Selbst wenn man den größten Teil der Schaltung modular
aufbaut und somit einer relativ geringen Anzahl von
Bauteilen auskommt, so werden doch immerhin zusätzliche
Verbindungen zwischen den Bauteilen diesseits und jenseits
der thermischen Barriere benötigt. Die Herstellung dieser
elektrischen Verbindungen, beispielsweise als
Drahtverbindungen ausgeführt, läßt sich nicht oder nur sehr
schwer automatisieren und stellt daher einen besonders
umständlichen und kostenintensiven Arbeitsschritt dar.
Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen,
daß ein Kühlkörper immer auch einen guten Wärmeleiter
darstellt, so daß die thermische Trennung zwischen
wärmeerzeugenden Bauteilen und wärmeempfindlichen Bauteilen
trotz der im Kühlkörper angebrachten Aussparung nicht
optimal sein dürfte.
Weitere Möglichkeiten, die thermische Überbeanspruchung
empfindlicher Bauteile zu verhindern, können der
DE-PS 33 47 854 und der DD-PS 2 18 522 entnommen werden. In
der DE-PS 33 47 854 sind Leiterplatten mit elektronischen
Bauteilen auf einem Träger montiert, der mit einer
Gehäusefläche einen Hohlraum ausbildet. Ein Ventilator
fördert Luft in diesen Hohlraum und kühlt so die
elektronischen Bauteile auf dem Träger.
Solche Maßnahmen sind insbesondere für Kleingeräte viel zu
aufwendig. Dies gilt ebenso für die in der DD-PS 2 18 522
vorgeschlagene Anbringung von strömungsleitenden Flächen,
welche eine Verteilung der Wärme innerhalb des Gehäuses
ermöglichen sollen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches
Gerät nach dem Oberbegriff zu schaffen, das möglichst
einfach und kostengünstig ist, eine kleine Bauform
ermöglicht und das bei geringstmöglichem mechanischen und
schaltungstechnischen Aufwand eine thermische
Überbeanspruchung der wärmeempfindlichen Bauteile durch die
wärmeerzeugenden Bauteile verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Vorteilhafterweise ist die Trägerplatte als Leiterplatte
ausgeführt, auf die die Bauteile aufgelötet werden, so daß
die Bauteile in einem Arbeitsgang gleichzeitig sowohl
mechanisch fixiert als auch elektrisch miteinander
verbunden werden. Die weitaus geringere Wärmeleitfähigkeit
einer Leiterplatte beispielsweise gegenüber einem
metallischen Kühlkörper unterstützt zusätzlich die Wirkung
der mindestens einen als thermische Barriere wirkenden
Aussparung zwischen den wärmeerzeugenden und
wärmeempfindlichen Bauteilen.
Durch diese einfachen Maßnahmen zur thermischen Trennung
brauchen die wärmeempfindlichen Bauteile auch nicht sehr
weit entfernt von den wärmeerzeugenden Bauteilen angeordnet
werden, was einen kompakten Aufbau des Geräts ermöglicht.
Vorteilhaft ist auch, daß die wärmeerzeugenden Bauteile auf
die gleiche Trägerplatte wie die wärmeempfindlichen
Bauteile montiert werden können. Es erübrigt sich so die
Herstellung und der Einbau weiterer Trägerplatten und vor
allem auch die Herstellung zusätzlicher elektrischer
Verbindungen zwischen den Trägerplatten.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß zur
Herstellung solcher thermischer Barrieren keine weiteren
mechanischen oder elektrischen Teile benötigt werden, die
bei Herstellung oder Einbau zusätzliche Kosten verursachen
würden. Außerdem wird die Baugröße des Geräts durch die
Anbringung solcher Aussparungen nicht vergrößert. Dagegen
wird das Gewicht des Geräts sogar noch verringert.
Des weiteren ist ein solches erfindungsgemäßes Gerät
unempfindlich gegen elektrische und mechanische Einflüsse.
Zudem läßt sich die vorgeschlagene Lösung leicht bei einer
Vielzahl von verschiedenen elektrischen Geräten anwenden.
Eine besonders vorteilhafte Maßnahme, insbesondere bei
einem elektrischen Gerät, bei dem die Trägerplatte von
einem vollständig geschlossenen Gehäuse umgeben ist, ergibt
sich dadurch, daß die Trägerplatte mindestens eine weitere
Aussparung aufweist. Hierdurch können sich innerhalb des
Gerätegehäuses Konvektionsströmungen ausbilden, wodurch die
von den wärmeerzeugenden Bauteilen abgegebene Wärme schnell
auf das gesamte Gehäusevolumen verteilt wird, so daß sich
ein niederiges Temperaturniveau einstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
So ist es vorteilhaft, die Trägerplatte innerhalb des
Gehäuses so anzubringen, daß die nicht mit wärmeerzeugenden
Bauteilen bestückte Seite der Trägerplatte mit einer
Gehäusekappenwand einen im Vergleich zur Gehäusebreite
schmalen Zwischenraum bildet.
Innerhalb des Gehäuses wird so zwischen der wärmeerzeugende
Bauteile enthaltenden Vorderseite der Trägerplatte und
weiteren Gehäusekappenwänden ein relativ zum
Gehäusegesamtvolumen großes Luftvolumen eingeschlossen. Die
von den wärmeerzeugenden Bauteilen während des Betrieb des
elektrischen Gerätes auf der Vorderseite der Trägerplatte
abgegebene Wärme verteilt sich auf dieses relativ große
Luftvolumen. Hierdurch erhält man in diesem Bereich ein
geringes Temperaturniveau. Die wärmeerzeugenden Bauteile
geben einen Teil der entstehenden Wärme an die Trägerplatte
ab. Dies geschieht zum einen durch direkten Kontakt der
wärmeerzeugenden Bauteile mit der Trägerplatte, zum anderen
über Wärmeleitung über die durch die Trägerplatte
hindurchgeführten Lötanschlüsse der wärmeerzeugenden
Bauteile.
Zur Beseitigung einer übermäßigen Erwärmung der
Trägerplatte erweist sich der schmale Zwischenraum zwischen
Trägerplattenrückseite und einer Gehäusekappenwand
besonders bei stehender Anbaulage des elektrischen Gerätes
und besonders bei Anbringung einer weiteren Aussparung
innerhalb der Trägerplatte als besonders förderlich. Die
von der Rückseite der Trägerplatte abgegebene Wärme steigt
in dem schmalen Zwischenraum auf, durchdringt die weitere
Aussparung und strömt in das zwischen
Trägerplattenvorderseite und weiteren Gehäusekappenwänden
befindliche Luftvolumen. Im Bereich der ersten Aussparung
entsteht innerhalb des Zwischenraumes ein Unterdruck
(Kamineffekt). Dieser Unterdruck bewirkt das Nachströmen
von kühlerer Luft aus dem zwischen Trägerplattenvorderseite
und weiteren Gehäusekappenwänden befindlichen Luftvolumen.
Die einströmende Luft kühlt dabei die wärmeerzeugenden
Bauteile sowie die Trägerplatte.
Der beschriebene Konvektionsmechanismus kommt besonders gut
bei stehender Anbaulage des elektrischen Gerätes zur
Wirkung. Die in der Trägerplatte angebrachten Aussparungen
zeigen aber auch bei liegender Anbaulage des elektrischen
Gerätes vorteilhafte Wirkungen, in dem sie einen Wärmestau
innerhalb des schmalen Zwischenraumes durch eine
verbesserte Wärmeabfuhr verhindern.
Weiter ist es vorteilhaft, die zumindest eine weitere
Aussparung an einer von der ersten Aussparung möglichst
weit entfernt gelegenen Stelle der Trägerplatte
anzubringen. Hierdurch kann die von den wärmeerzeugenden
Bauteilen erwärmte Luft innerhalb des Gerätegehäuses
besonders gut umströmen und kommt so mit weiten Teilen der
Gehäusefläche in Berührung, wodurch sich eine gleichmäßige
Wärmeverteilung und Wärmeabstrahlung über die gesamte
Gehäuseoberfläche ergibt. Hierdurch wird ein gleichmäßiges
und niedriges Temperaturniveau im Gerätegehäuseinneren
erreicht.
Die genannten Maßnahmen bewähren sich besonders gut bei
kleinen und vollständig gekapselten Gerätegehäusen, wie sie
insbesondere für elektrische Kleingeräte in Kraftfahrzeugen
häufig verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, die Trägerplatte aus
einem besonders gut stanzbaren Material herzustellen. Wird
die Trägerplatte nämlich durch Ausstanzen, beispielsweise
aus einem Vielfachnutzen hergestellt, so können im gleichen
Arbeitsgang auch auf besonders einfache und kostengünstige
Weise eine oder mehrere Aussparungen mit ausgestanzt
werden. Damit ist die Herstellung einer solchen
erfindungsgemäß ausgestalteten Trägerplatte kaum teurer als
eine vorbekannte Trägerplatte. Andererseits können bedingt
durch die allgemeine Absenkung des Temperaturniveaus
innerhalb des Geräts die Anforderungen an die
Temperaturbeständigkeit der Trägerplatte und der auf ihr
befindlichen Bauteile gesenkt werden, was weitere Kosten
einspart.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen dargestellt und
wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite der
Trägerplatte eines
elektrischen Geräts,
Fig. 2 das in der Fig. 1 dargestellte Gerät in einer
Seitenansicht. Die Pfeile deuten die bevorzugten
Konvektionsrichtungen (15a, 15b) der von den
wärmeerzeugenden Bauteilen (1) und an der Vorderseite der
Trägerplatte (6) erwärmten Luft für zwei verschiedene
Anbaulagen des elektrischen Geräts.
Fig. 3 zeigt das elektrische Gerät in der
bereits in der Fig. 2 gezeigten Ansicht. Die Pfeile zeigen
die bevorzugten Konvektionsrichtungen (15c) der von der
Trägerplattenrückseite erwärmten Luft bei stehender
Anbaulage des elektrischen Geräts.
Fig. 1 zeigt ein elektrisches Gerät bei
entfernter Gehäusekappe. Es besteht aus einem Sockelteil
(9) welches von mehreren Kontaktfahnen (10) durchstoßen
wird. Die Kontaktfahnen (10) sind dabei auf beiden Seiten
des Sockelteils (9) möglichst großflächig ausgeführt, um
Spannungsabfälle an den Kontaktfahnen (10) vernachlässigbar
klein zu halten. Die Enden dieser Kontaktfahnen (10) sind
auf der Rückseite der Trägerplatte (6) mit großflächigen,
in der Fig. 1 nicht dargestellten Leiterbahnen verlötet.
Diese Lötverbindungen stellen zum einen die elektrische
Verbindung zwischen den auf der Trägerplatte (6)
angeordneten elektrischen Bauteilen (1, 2, 3, 5) und den
Kontaktfahnen (10) her, zum anderen fixieren diese
Lötverbindungen die Trägerplatte (6) in senkrechter Lage
zum Sockelteil (9). Desweiteren wird die Trägerplatte (6)
durch zwei senkrecht vom Sockelteil (9) abstehende Winkel
(8) in senkrechter Lage relativ zum Sockelteil (9)
stabilisiert.
Auf dem dem Sockelteil (9) zugewandten Teil der
Trägerplatte (6) sind einige wärmeerzeugende Bauteile (1)
angeordnet. Diese sind über großflächige Leiterbahnen, die
sich auf der Rückseite der Trägerplatte (6) befinden, mit
den Kontaktfahnen (10) elektrisch leitend verbunden. Über
diesen besitzt die Trägerplatte (6) eine schlitzförmige
Aussparung (7), welche sich nahezu über die gesamte Breite
der Trägerplatte (6) ausdehnt.
Die Breite dieser Aussparung (7) wird lediglich durch zwei
Anforderungen beschränkt:
Zum einen darf die mechanische Stabilität der Trägerplatte (6) nicht beeinträchtigt werden, zum anderen müssen die neben der Aussparung (7) verbleibenden Ränder der Trägerplatte (6) breit genug sein, um die zur elektrischen Verbindung der durch die Aussparung (7) getrennten Bauteile benötigten Leiterbahnen aufzunehmen. Da der aus den wärmeempfindlichen Bauteilen (2, 5) und den passiven Bauteilen (3) bestehenden Steuerelektronik nur geringfügige elektrische Ströme zugeführt werden, können diese Leiterbahnen sehr schmal ausgeführt werden. Aufgrund der in Kraftfahrzeugen üblichen geringen Spannungen können diese Leiterbahnen zudem sehr dicht nebeneinander angeordnet werden. Hieraus folgt, daß die Aussparung (7) sich nahezu über die gesamte Breite der Trägerplatte (6) erstrecken kann.
Zum einen darf die mechanische Stabilität der Trägerplatte (6) nicht beeinträchtigt werden, zum anderen müssen die neben der Aussparung (7) verbleibenden Ränder der Trägerplatte (6) breit genug sein, um die zur elektrischen Verbindung der durch die Aussparung (7) getrennten Bauteile benötigten Leiterbahnen aufzunehmen. Da der aus den wärmeempfindlichen Bauteilen (2, 5) und den passiven Bauteilen (3) bestehenden Steuerelektronik nur geringfügige elektrische Ströme zugeführt werden, können diese Leiterbahnen sehr schmal ausgeführt werden. Aufgrund der in Kraftfahrzeugen üblichen geringen Spannungen können diese Leiterbahnen zudem sehr dicht nebeneinander angeordnet werden. Hieraus folgt, daß die Aussparung (7) sich nahezu über die gesamte Breite der Trägerplatte (6) erstrecken kann.
Oberhalb dieser Aussparung (7) sind wärmeempfindliche
Bauteile (2, 5) angeordnet, also solche Bauteile, die durch
eine erhöhte Umgebungstemperatur leicht in der Funktion
beeinträchtigt oder sogar zerstört werden können. Zu diesen
gehören integrierte Schaltkreise (2) und Transistoren (5).
Des weiteren befinden sich in diesem Bereich auch passive
Bauteile (3). Damit sind hier Bauteile angesprochen, die
keine größere Mengen Wärme erzeugen, aber auch nicht
allzusehr durch Wärme in ihrer Funktion beeinträchtigt
werden. Hierzu zählen insbesondere Widerstände, Spulen,
Kondensatoren usw.
Alle auf der Trägerplatte (6) befindlichen Bauteile (1, 2,
3, 5) sind mit in der Fig. 1 nicht dargestellten
Leiterbahnen verschaltet, welche sich auf der Rückseite der
Trägerplatte (6) befinden. Am oberen Teil der Trägerplatte
(6) ist eine weitere, im wesentlichen rechteckige
Aussparung (4) angebracht.
Zur besseren Verdeutlichung zeigen die Fig. 2 und 3 das
in der Fig. 1 dargestellte elektrische Gerät in einer
Seitenansicht. Die Bezugszeichen entsprechen denen in der
Fig. 1.
Die Fig. 2 zeigt deutlich die mechanische Verbindung
zwischen Trägerplatte (6) und Sockelteil (9). An den vom
Sockelteil (9) abstehenden Winkeln (8) ist jeweils eine
Führung (12) angeformt, in welche die Trägerplatte (6)
eingeschoben und durch eine Rastverbindung (11) gesichert
ist. Der am anderen Ende des Sockelteils befindliche in der
Fig. 2 nicht sichtbare zweite Winkel sowie dessen
Verbindung zur Trägerplatte (6) ist entsprechend
ausgeführt.
Die Trägerplatte (6) wird im allgemeinen von einer
Gehäusekappe (13) umschlossen, die zusammen mit dem
Sockelteil (9) ein vollständig gekapseltes Gehäuse bildet.
Die Lage der Hände der Gehäusekappen (15) ist in den
Fig. 2 und 3 angedeutet.
Die Trägerplatte (6) ist innerhalb des Gehäuses (9, 13)
dergestalt angeordnet, daß die nicht mit wärmeerzeugenden
Bauteilen bestückte Seite der Trägerplatte (6) mit einer
Gehäusekappenwand (13a) einen im Vergleich zur
Gehäusebreite schmalen Zwischenraum (14) bildet. Hierdurch
ist zwischen der bestückten Vorderseite der Trägerplatte
(6) und den weiteren Gehäusekappenwänden (13b) ein im
Vergleich zum Gehäusegesamtvolumen großes Luftvolumen (16)
eingeschlossen. Ein großer Anteil der von den
wärmeerzeugenden Bauteilen (1) direkt bzw. über die
Vorderseite der Trägerplatte (6) abgegebenen Wärmemenge
wird über Konvektionen an dieses große Luftvolumen (16)
abgegeben. Die für stehende bzw. liegende Anbaulage
bevorzugt auftretenden Konvektionsrichtungen (15a bzw. 15b)
führen die Wärme dabei zunächst zumindest an einer der
Gehäusekappenwände (13b) entlang, bevor sich die Wärme
innerhalb des Luftvolumens (16) verteilt.
In der Fig. 3 ist das elektrische Gerät in der gleichen
Ansicht wie in der Fig. 2 dargestellt, wobei die bevorzugt
auftretenden Konvektionsrichtungen (15c) der von der
Trägerplattenrückseite erwärmten Luft dargestellt ist.
Die Funktion und Wirkungsweise des
elektrischen Geräts wird im folgenden anhand der
Zeichnungen näher erläutert.
Das in den Figuren dargestellte elektrische Gerät stellt
den Aufbau eines Glühlampenkontrollgerätes für ein
Kraftfahrzeug dar. Ein solches Gerät besteht im Prinzip aus
einigen niederohmigen Widerständen, die in die zu
kontrollierenden Lampenstromkreise eingeschaltet sind, so
wie aus einer insbesondere aus Komparatoren bestehenden
elektronischen Schaltung, die die an den Widerständen
abfallenden Spannungen überwachen.
Der Schaltungsaufbau solcher Glühlampenkontrollgeräte ist
hinreichend bekannt und soll im folgenden nicht weiter
erörtert werden. Wesentlich ist, daß die niederohmigen
Widerstände eine beträchtliche Wärmeentwicklung innerhalb
des Gerätegehäuses bewirken können. Dies hängt u. a. damit
zusammen, daß die Widerstände, die zumeist als
Drahtwiderstände ausgeführt sind, nicht beliebig
niederohmig sein dürfen, um beim Stromdurchgang einen
auswertbaren Spannungsabfall zu erzeugen. Da diese
Widerstände jeweils von Strömen der Größenordnung von
5 Ampere durchflossen werden, erwärmen sich diese bei
Betrieb der Schaltung deutlich. Man kann sie daher als
wärmeerzeugende Bauteile (1) ansprechen.
Die wärmeerzeugenden Bauteile (1) geben die entstehende
Wärme an die sie umgebende Luft und zum großen Teil an die
Trägerplatte (6) ab. Stellt man sich nun das elektrische
Gerät ohne die Aussparung (7) vor, so überträgt sich die
Wärme insbesondere über Wärmeleitung durch die Trägerplatte
(6) auf die übrigen Bauteile (2, 3, 5).
Da es insbesondere bei solchen kleinbauenden Geräten
niemals ganz vermeidbar ist, in der Nähe der
wärmeerzeugenden Bauteile (1) auch wärmeempfindliche
Bauteile (2, 5) anzuordnen, sind diese durch die auf sie
übertragende Wärme in ihrer Funktionsfähigkeit gefährdet.
Übermäßige Erwärmung kann den Ausfall oder zumindest eine
stark verkürzte Lebensdauer dieser Bauteile bewirken.
Dieses wird durch die beschriebene Ausgestaltung des
elektrischen Geräts, insbesondere durch die Aussparung (7)
vermieden. Diese Aussparung (7) bildet eine thermische
Barriere zwischen den wärmeerzeugenden Bauteilen (1) und
den wärmeempfindlichen Bauteilen (2, 5). Da die in der
Aussparung (7) befindliche Luft ein sehr schlechter
Wärmeleiter ist, findet im Bereich der Aussparung (7)
praktisch keine Wärmeleitung statt. Lediglich über die
recht schmalen Randbereiche der Trägerplatte (6) kann noch
eine geringe Wärmemenge zu den wärmeempfindlichen Bauteilen
(2, 5) gelangen, was für diese aber unschädlich ist.
Besonders vorteilhafte Wirkungen erzielt die Aussparung (7)
zusammen mit mindestens einer weiteren in der Trägerplatte
(6) angebrachten Aussparung (4) und zwar insbesondere bei
vollständig gekapselten Geräten. Gerade bei solchen
luftdicht abgeschlossenen Geräten, wie sie besonders in der
Kfz-Elektronik gefordert sind, kann es zu erheblichen
Kühlproblemen kommen, da die von den wärmeerzeugenden
Bauteilen (1) abgegebene Wärme nur sehr schlecht abgeführt
werden kann.
Die in der
Trägerplatte (6) angebrachte zweite Aussparung (4) fördert,
insbesondere bei stehender Anbaulage des elektrischen
Geräts, die Ausbildung von Konvektionsströmungen (15a, 15b,
15c) innerhalb des Gehäuses. Die von den wärmeerzeugenden
Bauteilen (1) und der Trägerplatte abgegebene Wärme steigt
entlang der Vorder- und Rückseite der Trägerplatte (6) auf,
kommt mit den Wänden (13a, 13b) der Gehäusekappe (13) in
Berührung und gibt einen Teil der Wärme an diese ab.
Durch die Konvektionsströmung (15a, 15b, 15c) kommt es
zudem sehr schnell zu einer Durchmischung von kalter und
erwärmter Luft. Hierdurch erreicht das gesamte Gehäuse
recht schnell ein einheitliches und recht niedriges
Temperaturniveau. Da nun die Wände (13a, 13b) der
Gehäusekappe (13) ebenfalls diese Temperatur annehmen, wird
die Wärme über die gesamte Gehäuseoberfläche gleichmäßig
abgegeben. Damit erhält man ohne aufwendige und teure
Maßnahmen eine für ein gekapseltes Gehäuse optimale
Kühlwirkung.
Auf der
Trägerplatte können durchaus mehrere Bereiche vorgegeben sein, in
dem wärmeerzeugende Bauteile vorgesehen sind und die durch
Aussparungen von den anderen Bauteilen getrennt sind.
Desweiteren muß die als thermische Barriere wirkende
Aussparung nicht unbedingt schlitzförmig sein, sondern kann
der Geometrie des jeweiligen Schaltungsaufbaus angepaßt
sein. Ebenfalls können statt einer auch mehrere
Aussparungen vorgesehen werden oder auch eine
schlitzförmige Aussparung, die durch einen schmalen Steg
überbrückt ist, z. B. um weitere elektrische
Leiterbahnverbindungen zwischen den getrennten Bereichen zu
schaffen.
Claims (10)
1. Elektrisches Gerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einer von einem Gehäuse (9, 13) umschlossenen
Trägerplatte (6), mit wärmeerzeugenden Bauteilen (1) und
mit wärmeempfindlichen Bauteilen (2, 5), dadurch
gekennzeichnet, daß die wärmeerzeugenden Bauteile (1)
von den wärmeempfindlichen Bauteilen (2, 5) auf der als
Leiterplatte ausgeführten Trägerplatte (6) räumlich
getrennt angeordnet sind, daß die Trägerplatte (6)
zwischen den wärmeerzeugenden Bauteilen (2, 5)
mindestens eine Aussparung (7) besitzt und daß die
Trägerplatte (6) an anderer Stelle mindestens eine
weitere Aussparung (4) aufweist.
2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die nicht mit den wärmeerzeugenden
Bauteilen (1) bestückte Seite der Trägerplatte (6) mit
einer Wand (13a) einer Gehäusekappe (13) einen im
Vergleich zur Gehäusebreite schmalen Zwischenraum (14)
bildet.
3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß diese zumindest eine weitere
Aussparung (4) von der ersten Aussparung (7) möglichst
weit entfernt angeordnet ist.
4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die zumindest eine weitere
Aussparung (4) an einem Rand der Trägerplatte (6)
angeordnet ist.
5. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Aussparung (7)
schlitzförmig ausgebildet ist.
6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die am Rand gelegene weitere
Aussparung (4) rechteck- oder
halbkreisförmig ausgestaltet ist und deren Breite nicht
größer als die halbe Breite der Trägerplatte (6) ist.
8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) in stehender
Einbaulage angeordnet ist und die wärmeerzeugenden
Bauteile (1) im unteren Teil und die wärmeempfindlichen
Bauteile (2, 5) im oberen Teil der Trägerplatte (6)
angeordnet sind.
8. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6), die
wärmeerzeugenden Bauteile (1) sowie die
wärmeempfindlichen Bauteile (2, 5) in einem,
vorzugsweise luftdicht, gekapselten Gehäuse angeordnet
sind.
9. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) aus einem
stanzbaren Material besteht.
10. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gerät zur Überwachung von
Stromkreisen, insbesondere von Glühlampenstromkreisen
in Kraftfahrzeugen verwendet wird und daß die
wärmeerzeugenden Bauteile (1) in den zu überwachenden
Stromkreis eingeschaltete Drahtwiderstände sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914121545 DE4121545A1 (de) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Elektrisches geraet, insbesondere fuer ein kraftfahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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