DE4126113C2 - Elektrisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit einem Anschlußstecker, mit einem Gehäuse, das einen Rahmen und mindestens einen topfförmigen Gehäusedeckel aufweist, mit einer Leiterplatte, die elektronische Bauelemente trägt und die mit dem Rahmen verbunden ist.

Ein derartiges elektrisches Steuergerät ist aus der DE 39 33 084 A1 vorbekannt. Das dortige elektrische Steuergerät weist einen flachen Kühlrahmen auf. Über den gesamten Rahmen wird mindestens ein topfförmiger Gehäusedeckel gestülpt. Die Abdichtung zwischen dem Rahmen und dem Gehäusedeckel erfolgt mittels Weichstoffdichtungen. Die Befestigung des Gehäusedeckels auf dem Rahmen erfolgt mittels zusätzlicher Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben oder Nieten.

Das vorbekannte elektrische Steuergerät weist Nachteile auf. Aufgrund der dort dargestellten Konstruktion ist zur Abdichtung des elektrischen Steuergerätes gegen Umwelteinflusse zwischen dem Gehäusedeckel und dem Rahmen eine zusätzliche Weichstoffdichtung erforderlich, die die Fertigung des vorbekannten elektrischen Steuergerätes zeit- und kostenaufwendig macht. Weiterhin ist zur Befestigung des Gehäusedeckels mit dem Rahmen ein zusätzliches Befestigungsmittel in Form von Schrauben oder Nieten erforderlich, was ebenfalls die Fertigung des vorbekannten elektrischen Steuergerätes zeit- und kostenaufwendig macht.

Aus den Unterlagen des deutschen Gebrauchsmusters DE 67 51 595 U1 ist ein Kunststoffgehäuse für wassergeschützte Installationsgeräte bekannt, das aus einem Gehäuseunterteil und einem Deckel besteht. Das Gehäuseunterteil weist einen umlaufenden Kragen auf, den der Deckel umgreift, wobei ferner Mittel zum Verrasten des Deckels mit dem Gehäuseunterteil vorgesehen sind.

Diese vorbekannte Verbindungstechnik ist jedoch nur bei der Verwendung von Kunststoffteilen anwendbar, da hierbei die elastischen Eigenschaften von Kunststoffteilen ausgenutzt werden. Eine Anwendung dieser Verbindungstechnik bei Metallteilen ist ohne weiteres nicht möglich.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein elektrisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und das dennoch die hohen Anforderungen hinsichtlich der Staubdichtigkeit solcher Steuergeräte für die Verwendung in Kraftfahrzeugeninnenräumen erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rahmen einen umlaufenden Kragen aufweist, den der Gehäusedeckel mit glatten Seitenwänden umgreift, daß in den Seitenwänden Stege einstückig mit dem Gehäusedeckel durch Aussparungen gebildet sind, derart, daß die Stege verformbar hinter Kanten des Rahmens greifen. Desweiteren wird ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.

Dadurch daß der Rahmen einen umlaufenden Kragen aufweist, den der Gehäusedeckel umgreift, kann gegenüber dem Vorbekannten auf eine zusätzliche aufwendige Weichstoffdichtung verzichtet werden. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Kragen und die topfförmige Ausbildung des Gehäusedeckels wird ein Labyrinth gebildet, das das Eindringen von Feuchtigkeit in das erfindungsgemäße elektrische Steuergerät erschwert. Dadurch daß der Gehäusedeckel den umlaufenden Kragen erfindungsgemäß umgreift, verbleibt zwischen dem Gehäusedeckel und dem umlaufenden Kragen kein Raum, der das Eindringen von Staub ermöglicht.

Erfindungsgemäß weist der Gehäusedeckel glatte Seitenwände auf, so daß sich eine möglichst glatte und dichte Anlage der Seitenwände an dem umlaufenden Kragen ergibt. Dies erhöht die Dichtigkeit des erfindungsgemäßen Steuergerätes gegenüber der Außenumgebung zusätzlich.

Zur Befestigung des Gehäusedeckels mit dem Rahmen sind erfindungsgemäß in den Seitenwänden des Gehäusedeckels Stege einstückig mit dem Gehäusedeckel durch Aussparungen gebildet, die verformbar hinter Kanten des Rahmens greifen. Diese Ausbildung zum Verklemmen des Gehäusedeckels mit dem Rahmen ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Im endgültigen Zustand des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes hintergreifen die Stege die Kanten des Rahmens derart, daß ein Abrutschen des Gehäusedeckels von dem Rahmen sicher vermieden wird.

Das erfindungsgemäße elektrische Steuergerät ist also gegenüber dem Vorbekannten wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar. Es entfallen bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät gegenüber dem Vorbekannten mehrere Befestigungsteile. Zudem ist der Fertigungsablauf zur Herstellung des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes gegenüber dem Vorbekannten wesentlich vereinfacht und im Zeitbedarf verkürzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft können die Kanten des Rahmens einstückig mit dem Rahmen durch Ausnehmungen gebildet sein. Eine der Begrenzungen der Ausnehmungen bildet dann die zugehörige Kante des Rahmens, die von dem jeweiligen Steg des Gehäusedeckels hintergriffen wird.

Um eine gute Ableitung der in dem elektrischen Steuergerät von den darin befindlichen elektrischen Bauteilen erzeugten Wärme nach außen zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Gehäusedeckel aus Metall, insbesondere Aluminium gedrückt ist und/oder wenn der Rahmen aus einer Metallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung spritzgegossen ist. Die Herstellung des Gehäusedeckels aus Metall ergibt zudem den weiteren Vorteil, daß die Ausbildung der oben beschriebenen Stege und deren Verformung ohne eine Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung des Gehäusedeckels möglich ist. Die Fertigung des Rahmens aus Spritzgußmaterial bietet zudem den weiteren Vorteil, daß der Rahmen eine große Steifigkeit besitzt und als tragendes Element des Gehäuses des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes dienen kann.

Wie oben beschrieben, erzeugen die im elektrischen Steuergerät befindlichen elektronischen Bauteile Verlustwärme. Unter diesen Bauteilen gibt es sogenannte Leistungsbauelemente, die aufgrund ihrer Funktion als Spannungsregler oder Endstufentransistor besonders viel Verlustwärme erzeugen. Um bei Verwendung derartiger Leistungsbauelemente eine Überhitzung des Inneren des elektrischen Steuergerätes und damit eine Fehlfunktion des elektrischen Steuergerätes zu verhindern, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Rahmen insbesondere einstückig mit dem Rahmen ausgebildete Kühlstege zur Befestigung der Leistungsbauelemente aufweist. Mittels dieser Kühlstege wird dann die an den Leistungsbauelementen anfallende Verlustwärme durch unmittelbare thermische Ankopplung an die Kühlstege und durch unmittelbare thermische Ankopplung der Kühlstege an den Rahmen direkt auf den Rahmen übertragen, ohne daß eine Aufheizung des Luftvolumens im Inneren des elektrischen Steuergerätes erfolgt.

In diesem Zusammenhang können die Kühlstege zwischen zwei Schenkeln des Rahmens angeordnet sein. Dies ermöglicht einerseits eine weiter verbesserte Wärmeableitung von den Kühlstegen zum Rahmen. Andererseits wird die mechanische Stabilität des Rahmens durch diese Kühlstege weiter erhöht, da sie praktisch als Gehäuseversteifung wirken.

Zur Aufnahme und Befestigung des Anschlußsteckers kann der Rahmen vorteilhaft einen Steckerabschnitt aufweisen, wobei der Steckerabschnitt außerhalb des Kragens angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Anschlußsteckers über den Steckerabschnitt unmittelbar im Rahmen ist die mechanische Festigkeit der Steckverbindung groß, was beim häufigen Aufsetzen und Abnehmen des entsprechenden Steckergegenstücks von Bedeutung ist. Durch die Anordnung des Steckerabschnitts außerhalb des Kragens muß der Anschlußstecker die entsprechenden Gehäusedeckel nicht durchdringen, was die mechanische Konstruktion der topfförmigen Deckelteile gegenüber dem Vorbekannten vereinfacht und die Fertigung der topfförmigen Deckelteile aus dünnem Material ermöglicht. Zudem ist bei der beschriebenen Konstruktion, bei der der Steckerabschnitt außerhalb des Kragens angeordnet ist, keine separate Abdichtung des Anschlußsteckers zu den Gehäusedeckeln erforderlich.

Das Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Steuergerätes gemäß Anspruch 10 weist den besonderen Vorteil auf, daß das Verlöten der Bauelemente und der Anschlußstifte des Anschlußsteckers mit der Leiterplatte erst dann erfolgt, wenn die Leiterplatte endgültig in dem Rahmen befestigt ist. Bisher wurde zunächst die Leiterplatte mit den Bauelementen und mit den Anschlußstiften des Anschlußsteckers bestückt, verlötet und anschließend als Leiterplatten-Lötgruppe mit dem Rahmen verbunden. Toleranzbedingt entstanden dadurch Spannungen in der Leiterplatte, die die Lötstellen mechanisch belasteten. Durch diese mechanische Belastung der Lötstellen konnte es geschehen, daß die Lötstellen brachen und die elektrische Verbindung über die Lötstelle nicht mehr gewährleistet war. Dadurch daß nunmehr erst die Montage der Leiterplatte in dem Rahmen erfolgt und anschließend die Verlötung der Bauelemente und der Anschlußstifte mit der Leiterplatte erfolgt, können die mechanischen Spannungen sich nicht mehr auf die Lötstellen übertragen, so daß bei dem beschriebenen neuen Verfahren die Betriebssicherheit des elektrischen Steuergerätes gegenüber der vorbekannten Lösung wesentlich erhöht ist.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Steuergerätes dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes im Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein geöffnetes elektrisches Steuergerät gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Rahmen des elektrischen Steuergerätes gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Rahmens gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Seitenansicht des elektrischen Steuergerätes gemäß Fig. 1 in einem Schnitt,

Fig. 6 ein Detail einer Seitenwand eines topfförmigen Gehäusedeckels,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Rahmen gemäß Fig. 3 gemäß der Schnittlinie A-A und

Fig. 8 einen Schnitt durch den Rahmen des elektrischen Steuergerätes gemäß Fig. 3 gemäß der Schnittlinie B-B.

In der Fig. 1 weist das elektrische Steuergerät einen Rahmen (1) aus Aluminium-Druckguß auf, der einen umlaufenden Kragen (2) aufweist. Der umlaufende Kragen (2) des Rahmens (1) wird durch einen topfförmigen Gehäusedeckel (3) umgriffen. Dieses Umgreifen des Rahmens (1) erfolgt im Bereich von glatten Seitenwänden (14) des Gehäusedeckels (3).

Im Inneren des durch den Rahmen (1) und den Gehäusedeckel (3) gebildeten Gehäuses befindet sich eine Leiterplatte (4), die an dem Rahmen (1) befestigt ist. Weiterhin ist an dem Rahmen (1) ein Anschlußstecker (5) befestigt, der mit einer abnehmbaren Steckbuchse (6) korrespondiert.

Im Bereich der glatten Seitenwände (14) weist der Rahmen (1) am umlaufenden Kragen (2) eine Kante (15) auf, die durch eine Ausnehmung (16) im umlaufenden Kragen (2) gebildet ist.

Zur Aufnahme des Anschlußsteckers (5) weist der Rahmen (1) einen Steckerabschnitt (13) auf, durch dessen Freimachungen der Anschlußstecker (5) nach außen hindurchgesteckt ist und an dem der Anschlußstecker (5) befestigt ist.

In der Fig. 2 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in der Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Man erkennt zusätzlich in der Fig. 2, daß die Leiterplatte (4) elektronische Bauelemente (7) trägt, die z. B. als Mikrorechner, Quarze, integrierte Schaltungen oder diskrete passive elektronische Bauelemente ausgebildet sein können. Andererseits weist die Leiterplatte (4) Leistungsbauelemente (8) auf, die insbesondere als Spannungsregler und Endstufentransistoren ausgebildet sein können. Diese Leistungsbauelemente (8) erzeugen eine besonders große Verlustwärme, die aus dem Gehäuse abzuführen ist.

Weiterhin ist gemäß Fig. 2 die Leiterplatte (4) an Befestigungspunkten (9) durch Nieten befestigt. Weitere Befestigungspunkte für die Leiterplatte befinden sich unterhalb des Anschlußsteckers (5) im Bereich des Steckerabschnittes (13).

In der Fig. 3 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Figur ist erkennbar, daß ein erster Kühlsteg (10) und ein zweiter Kühlsteg (11) vorgesehen sind, die im Bereich der Leistungsbauelemente (8) gemäß Fig. 2 angeordnet sind. Diese Kühlstege (11 und 10) sind gemeinsam einstückig mit dem Rahmen (1) aus Spritzguß hergestellt. Der zweite Kühlsteg (11) ist dabei zwischen gegenüberliegenden Schenkeln (12) des Rahmens (1) angeordnet derart, daß er zusätzlich den Rahmen (1) mechanisch abstützt.

Auf den Kühlstegen (10, 11) sind die Leistungsbauelemente (8) mit handelsüblichen Klammern klemmbefestigt, so daß die von den Leistungsbauelementen (8) erzeugte Verlustwärme unmittelbar auf das Metall der Kühlstege (10, 11) abgeführt wird und von dort auf den Rahmen (1) weitergeleitet und dort an die umgebende Luft abgeführt wird.

Schließlich sind in der Fig. 3 die Ausnehmungen (16) aus der Fig. 1 nochmal in einer anderen Ansicht erkennbar. Man sieht, daß diese Ausnehmungen flach ausgebildet sind und das Material des Rahmens (1) nur geringfügig schwächen. Insbesondere wird durch die Ausnehmungen (16) keine Öffnung im Rahmen (1) geschaffen, die zu einer Undichtigkeit des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes führen könnte.

In der Fig. 4 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren versehen. Hier ist in einer Draufsicht noch einmal die Ausnehmung (16) mit der durch die Ausnehmung gebildeten Kante (15) erkennbar, die in den Bereich des umlaufenden Kragens (2) hineinreicht.

In Fig. 5 sind ebenfalls gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den anderen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Figur wird deutlich, daß das erfindungsgemäße elektrische Steuergerät gemäß den Figuren zwei topfförmige Gehäusedeckel aufweist, wobei der in der Fig. 5 untere topfförmige Gehäusedeckel die Lötseite der Leiterplatte (4) abdeckt und der in der Fig. 5 obere Gehäusedeckel (3) die Bestückungsseite der Leiterplatte (4) abdeckt. Zudem wird deutlich, daß durch die Anordnung des Anschlußsteckers (5) in einem Steckerabschnitt (13) neben dem umlaufenden Kragen (2) und damit neben dem in der Fig. 5 oberen Gehäusedeckel (3) der Gehäusedeckel (3) auf der Oberseite dicht ausgebildet werden kann und keinerlei zusätzliche Maßnahmen zur abgedichteten Durchführung des Anschlußsteckers (5) durch den Gehäusedeckel (3) erforderlich sind.

In der Fig. 6 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den vorhergehenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt. In dieser Figur wird erkennbar, daß die Gehäusedeckel (3) im Bereich der glatten Seitenwände (14) Stege (17) aufweisen, die durch entsprechende durchgehende Aussparung (18) der glatten Seitenwände (14) gebildet sind. Diese Aussparung (18) weisen auf der den Stegen (17) zugewandten Seite einen ersten Radius (R1) auf. Ebenso weisen die Aussparung (18) in den Randbereichen in der Fig. 6 links und rechts zweite Radien (R2) auf. Die beschriebenen Radien dienen dazu, beim Verformen der Stege (17) in Richtung der Ausnehmungen (16) des Rahmens (1) ein Aufreißen oder Brechen des metallischen Gehäusedeckels (3) zu verhindern. Durch die Radien werden die beim Verformen auftretenden Spannungen derart im Material des Gehäusedeckels (3) verteilt, daß sich im Bereich der Stege keine Risse bilden können, die zu einem Verlust an mechanischer Stabilität oder Dichtigkeit des erfindungsgemäßen elektrischen Steuergerätes führen könnten.

In der Fig. 7 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den Fig. 1 bis 6 mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt. In diesem Schnitt durch den Gehäuserahmen (1) gemäß Fig. 3 wird nochmals die Lage der Befestigungspunkte (9) für die Leiterplatte (4) und die Lage des ersten Kühlstegs (10) in dem Gehäuserahmen (1) deutlich. Auch die Befestigungspunkte (9) des Gehäuserahmens (1) sind einstückig mit dem Gehäuserahmen (1) aus Aluminium-Druckguß spritzgegossen.

In der Fig. 8 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den Fig. 1 bis 7 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Aus dieser Figur wird nochmals die Anordnung des zweiten Kühlsteges (11) in dem Rahmen (1) deutlich, wobei erkennbar wird, daß der zweite Kühlsteg (11) in der Fig. 8 senkrechte Rippen aufweist, die zur Lagefixierung und zur mechanischen und elektrischen Trennung der Leistungsbauelemente (8) gemäß Fig. 2 in der Figur links dienen.

Bezugszeichenliste

1 Rahmen
2 Umlaufender Kragen
3 Gehäusedeckel
4 Leiterplatte
5 Anschlußstecker
6 Steckbuchse
7 Elektronische Bauelemente
8 Leistungsbauelemente
9 Befestigungspunkte der Leiterplatte am Rahmen
10 Erster Kühlsteg
11 Zweiter Kühlsteg
12 Gegenüberliegende Rahmenschenkel
13 Steckerabschnitt
14 Glatte Seitenwände
15 Kante des Rahmens
16 Ausnehmung des Rahmens
17 Steg
18 Aussparung
R1 Erster Radius
R2 Zweiter Radius.

Claims (7)

1. Elektrisches Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit einem Anschlußstecker, mit einem Gehäuse, das einen Rahmen und mindestens einen topfförmigen Gehäusedeckel aufweist, mit einer Leiterplatte, die elektronische Bauelemente trägt und die mit dem Rahmen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) einen umlaufenden Kragen (2) aufweist, den der Gehäusedeckel (3) mit glatten Seitenwänden (14) umgreift, daß in den Seitenwänden (14) Stege (17) einstückig mit dem Gehäusedeckel (3) durch Aussparungen (18) gebildet sind, derart, daß die Stege (17) verformbar hinter Kanten (15) des Rahmens (1) greifen.

2. Elektrisches Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (15) des Rahmens (1) einstückig mit dem Rahmen (1) durch Ausnehmungen (16) gebildet sind.

3. Elektrisches Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusedeckel (3) aus Metall, insbesondere Aluminium besteht und/oder daß der Rahmen (1) aus einer Metallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung besteht.

4. Elektrisches Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) insbesondere einstückig mit dem Rahmen (1) ausgebildete Kühlstege (10, 11) zur Befestigung von Leistungsbauelementen (8) aufweist.

5. Elektrisches Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstege (11) zwischen zwei Schenkeln (12) des Rahmens (1) angeordnet sind.

6. Elektrisches Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) einen Steckerabschnitt (13) zur Aufnahme und Befestigung des Anschlußsteckers (5) aufweist und daß der Steckerabschnitt (13) außerhalb des Kragens (2) angeordnet ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Steuergerätes nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Bestücken der Leiterplatte (4) mit den elektronischen Bauelementen (7, 8),
• b) Befestigen des Anschlußsteckers (5) in dem Rahmen (1),
• c) Einlegen der bestückten Leiterplatte (4) in den Rahmen (1) derart, daß die Anschlußstifte des Anschlußsteckers (5) die Leiterplatte (4) durchdringen,
• d) Befestigen der Leiterplatte (4) in dem Rahmen (1),
• e) Verlöten der Bauelemente (7, 8) und der Anschlußstifte mit der Leiterplatte (4),
• f) Aufdrücken des Gehäusedeckels (3) auf den umlaufenden Kragen (2) des Rahmens (1),
• g) Verbiegen der Stege (17) des Gehäusedeckels (3) derart, daß die Stege (17) die Kanten (15) des Rahmens (1) hintergreifen.