DE19715592C2

DE19715592C2 - Kühlvorrichtung für einen Elektronikbaustein

Info

Publication number: DE19715592C2
Application number: DE1997115592
Authority: DE
Inventors: Bernd Taubitz; Ewald Spiess
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: WO1998046457A1; DE19715592A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Elektronikbaustein, insbesondere einen Steuer- oder Re gelbaustein für eine elektromechanische Baugruppe in ei nem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Hauptan spruchs.

Es ist bereits aus der DE-OS 42 22 838 ein kühlbarer Elektronikbaustein für ein Steuergerät bekannt, bei dem Verlustwärme erzeugende Leistungsbauelemente auf einer Leiterplatte im Gehäuse angeordnet sind. Um die Ver lustwärme der Leistungsbauelemente abzuleiten, liegen diese auf einer wärmeleitenden Schicht, die fest auf die Leiterplatte aufgebracht ist. Diese wärmeleitende Schicht hat auch Kontakt zu Teilen des Gehäuses, so dass als Küh lelement hier auch das Gehäuse oder Teile davon in Frage kommen können.

Der bekannte Elektronikbaustein ist aber zur Abschirmung gegenüber thermischen Einflüssen separat von der zu steu ernden Vorrichtung, z. B. einem Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug angeordnet. Durch die separate Anordnung sind lange Leitungen und zusätzliche Anschlüsse notwendig.

Aus der US 5 001 601 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, die Kanäle für eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung eines elektronischen Bauteils aufweist. Diese Kanäle sind aber in einer zusätzlichen Kühlplatte angeordnet und kühlen diese zusätzliche Kühlplatte. Es wird zuerst vom elektronischen Baustein die Wärme auf diese Platte übertragen und dann von der Kühlflüssigkeit abgeführt. Dadurch kann der Kühlfluß gehemmt werden.

Vorteile der Erfindung

Eine Kühlvorrichtung für einen Elektronikbaustein nach der eingangs beschriebenen Art ist mit den erfindungsge mäßer Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs da durch vorteilhaft, dass die elektronische Schaltung des Elektronikbausteins weitgehend integriert in einem herme tisch dicht verschweißten Metallgehäuse im Bereich eines zu steuernden Aggregats untergebracht werden kann. Der erfindungsgemäße Elektronikbaustein kann in vorteilhafter Weise aufgrund seines Aufbaus mit einem durch Kühlflüs sigkeit durchströmten Kühlgehäuse direkt am elektronisch zu steuernden Aggregats angebracht werden, auch wenn die ses Aggregat eine relativ hohe Temperatur erzeugt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kühl flüssigkeit das Kühlöl des Getriebes eines Kraftfahrzeu ges. Der Elektronikbaustein kann beispielsweise direkt an das Automatikgetriebe des Kraftfahrzeuges angebaut wer den, wodurch die oben erwähnten Leitungen und Anschlüsse eingespart werden können. Da aber Automatikgetriebe und auch das im Ölkreislauf zirkulierende Kühlöl Temperaturen von 130°C bis 150°C aufweisen, wird erfindungsgemäß das Kühlöl auf möglichst kurzem Weg vom Ölkühler zum Elektro nikbaustein geleitet und dort vor allem der Bereich der Grundplatte benetzt und gekühlt. Das Kühlöl fließt unmit telbar danach in den Ölsumpf und von dort in den Ölkühler zurück.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Kühlgehäuses als Vollkunststoffgehäuse bietet den Vorteil einer besonders guten Isolierung, das heißt eines geringen Temperaturaus tausches von innen nach außen bzw. von außen nach innen. Beispielsweise wird das ca. 100 bis 110°C warme Kühlöl durch das im Getriebe befindliche um ca. 20 bis 40°C hei ßere Getriebeöl nur geringfügig erwärmt.

Für Ausführungsformen mit der Einbeziehung von Gehäuse teilen der zu steuernden Vorrichtung (z. B. Getriebegehäu se) gelten insbesondere dann die gleichen Vorteile wenn die Platten oder Bereiche der Steuervorrichtung, die auch Teile des Kühlgehäuse sind, ebenfalls aus Kunststoff her gestellt sind. Hierbei ist weiterhin vorteilhaft, dass für das Kühlgehäuse somit nur ein zusätzliches Kunst stoffteil gefertigt werden muss.

Für den Einbau und die Befestigung des Elektronikbau steins sind keine besonderen Hilfsmittel und Arbeitsgänge notwendig. Alle Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass der Elektronikbaustein, bis auf die Bereiche der An schlussstecker und der Lagerstellen, vollständig von der Kühlflüssigkeit benetzt wird. Für eine äußere Kontaktie rung des Elektronikbausteins wird vorteilhafterweise eine flexible Leiterplatte verwendet, welche direkt auf die Oberfläche des Kühlgehäuses aufgelegt und mit den Pins der Anschlussstecker verlötet werden kann.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühlvorrich tung für einen Elektronikbaustein werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel eines Kühlgehäuses längs zur Durchfluss richtung einer Kühlflüssigkeit;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 um 90° verdreht, quer zur Durchfluss richtung einer Kühlflüssigkeit;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühl vorrichtung mit einem, an einer Platte einer Steuer vorrichtung angebrachten Kühlgehäuse;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4 mit einer abgewandelten Anbringung an der Platte der Steuervorrichtung;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 4 mit einem einstückigen Kühlgehäuse;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 6;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel als Kombination der Anordnungen aus Fig. 5 und 6 sowie

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel bei dem beide Gehäu seteile des Kühlgehäuses jeweils Bestandteile einer Steuervorrichtung sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird Kühlöl als Kühlflüssigkeit nicht wie üblich zuerst in den freien heißen Raum eines hier nicht dargestellten Getriebegehäu ses für das Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges ge leitet, sondern vom Ölkühler auf möglichst kurzem Weg di rekt in ein Kühlgehäuse 1 für einen Elektronikbaustein 8 geführt.

Das Kühlgehäuse 1 ist vorzugsweise aus Kunststoff herge stellt und besitzt zur Einleitung der Kühlflüssigkeit auf der Unterseite einen geeigneten Zulaufanschluss 2, wel cher z. B. in eine Bohrung eines hier nicht gezeigten Öl- Zulaufkanals für das Getriebe-Kühlöl steckbar ist. Das Kühlgehäuse 1 ist schachtelartig aufgebaut und besitzt ein Gehäuseunterteil 3 sowie einen Gehäusedeckel 4. Außer dem Zulaufanschluss 2 gibt es im Bereich des Gehäuseun terteils 3 einen Überströmkanal 5, sowie einen Ausström kanal 6.

Weiterhin ist eine, bis auf den Bereich des Überströmka nal 5, umlaufende Stufe 7 am Gehäuseunterteil 3 vorhan den, die als Lagerstelle für den Elektronikbaustein 8 an einem umlaufenden Rand 9 geeignet ist. Im Bereich des Ge häusedeckels 4 gibt es einen Durchströmkühlkanal 10, wel cher bis auf einen Anschlusssteckerbereich 11 die ganze Fläche einer Grundplatte 12 des Elektronikbausteins 8 um faßt. Der Durchströmkühlkanal 10 mündet in den Ausström kanal 6.

Der Ausströmkanal 6 nach Fig. 1 kann dabei in relativ dichter Verbindung zu einem Rücklaufkanal im Bereich des steuernden Aggregats stehen, durch das das erwärmte Kühl öl zurück in den Ölsumpf beziehungsweise zum Ölkühler ge leitet wird. Der Ausströmkanal 6 kann auch in beliebiger Richtung in den freien Raum des hier nicht dargestellten Getriebegehäuses münden, von wo aus das erwärmte Kühlöl in den Ölsumpf zurückfließt.

Aus Fig. 2 und gegebenenfalls aus der Draufsicht nach Fig. 3 ist zu erkennen, dass zum Durchstecken der An schlussstecker 13 der Gehäusedeckel 4 zwei längliche Öff nungen 14 besitzt. Zum Abdichten der dadurch gebildeten Anschlusssteckerbereiche 11 gibt es am Gehäusedeckel 4 einen die Anschlussstecker 13 umgreifenden Dichtungssteg 15 mit einer nahezu keilförmig ausgebildeten Dichtkante 16. Die umlaufende Dichtkante 16 wird mit einigen 1/10 mm Übermaß gegen eine ebene Fläche 17 der Grundplatte 12 ge preßt.

Die zuvor erwähnte Anpresskraft wird zum Beispiel durch das Verschrauben des Gehäusedeckels 4 mit dem Gehäuseun terteil 3, beispielsweise mittels hierfür geeigneter Schraubverbindungen 18, erreicht. Für diese Verbindung sind auch andere mechanische Lösungen anwendbar. Zur Kom pensierung des Übermaßes der Dichtkante 16 in vertikaler Richtung kann der Gehäusedeckel 4 auch eine an den Dich tungsstegen 15 umlaufende Nut 19 besitzen, wodurch sich ein darüberliegender dünnerer elastischer Wandbereich 20 ergibt. Dieser elastische Bereich 20 an der Wand kann beispielsweise mäanderförmig ausgebildet sein.

Für eine weitere bessere Abdichtung nach außen ist am Ge häusedeckel 4 ein umlaufender Steg 21 vorgesehen. Dieser Steg 21 greift beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Innenseite des Gehäuseunterteils 3 in dieses relativ genau passend ein. Hierdurch wird eine ausreichend gute radiale Abdichtung auch für den Fall erreicht, daß sich der Gehäusedeckel 4 von einer Anschraubfläche 22 des Ge häuseunterteils 3, vor allem in den Bereichen zwischen den Schrauben, um einige 1/10 mm abheben sollte.

Wie anhand der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und darüber hinaus bei einigen der nachfolgend erläuter ten Ausführungsbeispiele verbleibt zwischen dem umlaufen den Steg 21 und der Grundplatte 12 ein freier Abstand 23. Die vertikale Höhe des umlaufenden Steges 21 kann jedoch auch so ausgelegt sein, daß er zusätzlich zu den Dich tungsstegen 15 außer den Bereichen des Überström- und Ausströmkanals 5 und 6 gegen die Grundplatte 12 drückt.

Hierdurch wird eine verbesserte mechanische Befestigung des Elektronikbausteins 8 erreicht. Für das Zusammenfügen von Gehäuseunterteil 3 und Gehäusedeckel 4 sind auch an dere konstruktive Varianten denkbar, so z. B. daß der um laufende Steg 21 den äußeren Umfang des Gehäuseunterteils 3 umgreift.

Zur Absicherung des Querschnittes des Durchströmkühlka nals 10 kann der Gehäusedeckel 4 eine oder auch mehrere Abstützstege 24 besitzen, welche ein Durchbiegen des Ge häusedeckels 4 nach innen weitgehend verhindern. Im Nor malfall haben die Abstützstege 24 einen Abstand von eini gen 1/10 mm zur Grundplatte 12. Die Abstützstege 24 sind in Durchflussrichtung der Kühlflüssigkeit angeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Gehäuseun terteil 3 wenige Millimeter unterhalb der Stufe 7 plan abgeschnitten. Zur Herstellung eines geschlossenen Kühl gehäuses wird diese Anordnung auf eine Platte 25 eines Gehäuses, beispielsweise für eine Getriebesteuerung, auf gesetzt. Für die räumliche Aufnahme des Elektronikbau steins 8 sowie für die richtige Durchströmung mit dem Kühlöl besitzt die Platte 25 eine ausreichend große Ver tiefung 26. In diese Vertiefung 26 mündet die Zulaufboh rung 27. Des weiteren besitzt die Vertiefung 26 einen Überströmkanal 5 und die Platte 25 nach Bedarf auch einen Ausströmkanal 6.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zeigt ein Kühlge häuse, bei dem das Gehäuseunterteil 3 über den Elektro nikbaustein 8 herunterreicht und dicht über einem Gehäu seboden 28 einer Steuervorrichtung plan abgeschnitten ist. Zur Herstellung eines geschlossenen Kühlgehäuses wird dies Anordnung auf den ebenen Bereich einer Platte 29 der Steuervorrichtung aufgesetzt und mit üblichen Mit teln befestigt. Das Gehäuseunterteil 3 beinhaltet jetzt den in dieser Ansicht nicht erkennbaren Überströmkanal 5 und nach Bedarf auch den Ausströmkanal 6.

Ein einstückiges Kunststoff-Kühlgehäuse 30 ist mit einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und der entsprechenden Draufsicht nach Fig. 7 gebildet; jeweils mit einer An sicht quer zur Durchflussrichtung.

Abweichend zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 5 wird hier der Elektronikbaustein 8 von unten her in das Kunststoff-Kühlgehäuse 30 eingesetzt. Die Befesti gung des Elektronikbausteins 8 am Kunststoff-Kühlgehäuse 30 kann durch Schrauben, Nieten, usw. an hierfür geeigne ten Stellen erfolgen. Die Fig. 6 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, bei dem der Elektro nikbaustein 8 durch Warmverstemmen eines über den umlau fenden Rand 9 hinausragenden Kunststoffsteges 31 gehalten wird, welcher nach dem Warmverstemmen diesen zumindest teilweise umschließt. Die Warmverstemmbereiche 32 können rundum am Elektronikbaustein 8 bis auf den Bereich des Überströmkanals 5 vorhanden sein. Zur Begrenzung der Ver stemmung kann auf der Grundplatte 12 rundum, bis auf den Bereich des Überströmkanals eine Auflagefläche 33 vorhan den sein.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem einstüc kigen Kunststoff-Kühlgehäuse 34 entsprechend der Fig. 6, wobei das Kunststoff-Kühlgehäuse 34 jedoch analog zur Fig. 5 bis auf den ebenen Bereich einer Platte 29 herab reicht.

Fig. 9 zeigt ein, gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 leicht abgewandeltes Kunststoff-Kühlgehäuse 34, bei dem jedoch das verbleibende einstückige Kunststoff- Kühlgehäuse 34 beispielsweise Bestandteil einer Vorsteu erventilplatte 35 einer Getriebesteuerung sein kann. Des weiteren sind die Dichtkanten 16 bei diesem Ausführungs beispiel durch ebene Dichtflächen 36 ersetzt, gegen die der Elektronikbaustein 8 durch das Warmverstemmen mit seiner oberen ebenen Fläche 17 an Warmverstemmbereichen 32 gepreßt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die vorher erwähnte umlaufende Nut 19 und die elastische Wand 20 entfallen. Für das Abdichten mittels der Dichtfläche 36 nach Fig. 9 ist es günstiger, wenn für die Fläche 17 keine weitere Auflage vorhanden ist.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen können fol gende Abwandlungen vorgenommen werden:

Der Zulaufanschluss 2 und/oder die Zulaufbohrung 27 kön nen auch außermittig angeordnet sein, außerdem können sie auch schräg oder horizontal in den unteren Bereich des Kühlgehäuses 1, 30 oder 34 münden. Es können darüber hin aus auch mehrere Zulaufanschlüsse 2 und/oder Zulaufboh rungen 27 vorhanden sein.

Der Ausströmkanal 6 kann bei sämtlichen Ausführungsbei spielen in beliebiger Richtung angeordnet sein. Er kann direkt in den freien Raum, beispielsweise eines Getriebe gehäuses münden oder in Verbindung mit einem weiteren Rücklaufkanal stehen. Der Ausströmkanal 6 oder mehrere solcher Ausströmkanäle 6 können auch ganz oder teilweise in verschiedenen Gehäuseteilen einer Steuervorrichtung schon vorhanden sein.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen können in den Ab dichtbereichen auch zusätzliche Dichtelemente wie z. B., Silikonraupen, O-Ring, Flachdichtungen usw. Anwendung finden.

Die Durchflussrichtung des Kühlöls kann in jedem Fall auch so vertauscht sein, so daß das Kühlöl zuerst die Grundplatte des Elektronikbausteins 8 erreicht. Bei allen Ausführungsbeispielen kann das Kühlöl durch ein anderes Kühlmedium z. B. Kühlwasser des Motors ersetzt sein, ins besondere dann, wenn ohnehin zusätzliche Dichtelemente Anwendung finden.

Claims

1. Kühlvorrichtung für einen Elektronikbaustein mit,

1. einem dichten, größtenteils metallischen Gehäuse für den Elektronikbaustein (8), das zumindest teilweise zur Kühlung von elektrischen Bauelementen im Elektronikbau stein (8) herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
2. der Elektronikbaustein (8) mit seinem Gehäuse in einem Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) untergebracht ist, wobei das Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) einen Zulaufanschluss (2; 27) und einen Ausströmkanal (6) für eine Kühlflüssigkeit aufweist und der Elektronikbaustein (8) derart im Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) gelagert ist, dass er bis auf die Lagerstel len (9, 7) und die Bereiche für Anschlussstecker (11) des Elektronikbausteins (8) von der Kühlflüssigkeit umström bar ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass.

1. im Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) ein Überströmkanal (5) vor handen ist, durch den die Kühlflüssigkeit zum Ausströmka nal (6) fließen kann.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass

1. das Kühlgehäuse (1; 30; 34) direkt an einer Steuervorrich tung eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug ange bracht ist.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass

1. Teile des Kühlgehäuses (1; 30; 34) Baubestandtei le/Platten (25; 29; 35) der Steuervorrichtung sind.

5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass

1. das Kühlgehäuse (1; 30; 34) aus einem Gehäuseunterteil (3) und einem Gehäusedeckel (4) besteht und zumindest ei nes der Teile des Kühlgehäuses (1; 30; 34, 35) aus Kunst stoff ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Kühlflüssigkeit das Kühlöl für das Getriebe des Kraftfahrzeuges ist und direkt vom Ölkühler des Kraft fahrzeuges zum Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) geleitet wird.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, dass

1. die Kühlflüssigkeit das Kühlwasser für den Motor des Kraftfahrzeuges ist und direkt vom Kühler des Kraftfahr zeuges zum Kühlgehäuse (1; 30; 34, 35) geleitet wird.

8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Anschlussstecker (13) in mindestens einer Öffnung (14) eines der Kühlgehäuseteile (4) angeordnet sind und gegenüber der Kühlflüssigkeit mit einem umlaufenden Dich tungssteg (15) an den Innenseiten der Kühlgehäuseteile (4) abgedichtet sind.

9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass

1. der Elektronikbaustein (8) im Inneren an einem der Kühlgehäuseteile (4; 30; 34) durch Warmverstemmen eines Kunsstoffsteges (31) im Bereich des Randes (9) des Elek tronikbausteins (8) gehalten ist.

10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass

1. das Kühlgehäuse (1; 30; 34) an der Innenseite Abstützste ge (15; 21; 24) aufweist, die nach dem Zusammenfügen des Kühlgehäuses (1, 30; 34) den Elektronikbaustein (8) im In neren fixieren.